新型電梯綜合性能測試儀的設計與應用

祝新偉，徐連榮，朱亞軍，黃凱，李東洋

（1.嘉興市特種設備檢測院，浙江 嘉興 314050；2.湖州市特種設備檢測中心，浙江 湖州 313000；3.麗水市特種設備檢測院，浙江 麗水 323000；4.浙江省聯合特種設備研究院，杭州 310023）

新型電梯綜合性能測試儀的設計與應用

祝新偉1，徐連榮2，朱亞軍3，黃凱4，李東洋4

（1.嘉興市特種設備檢測院，浙江 嘉興 314050；2.湖州市特種設備檢測中心，浙江 湖州 313000；3.麗水市特種設備檢測院，浙江 麗水 323000；4.浙江省聯合特種設備研究院，杭州 310023）

針對目前電梯檢測過程中工作量大、測量不精確及測量時需攜帶大量測量儀器等問題，提出一種以嵌入式STM32F407ZE處理器為核心，基于Android5.1操作系統的新型電梯綜合檢測儀，完成電梯速度、振動加速度、平衡系數及噪聲的多項參數檢測分析。闡述了系統的總體設計及測試功能在實際過程中的應用，試驗結果表明該儀器實現了電梯運行性能的可視化測量與現場分析，提高了檢驗工作效率。

電梯檢測；智能；微處理器；多功能測試

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.054

1 引言

近年來，隨著我國經濟的快速發展，電梯被廣泛應用于高層建筑中，成為日常生活中不可或缺的交通工具[1]?？紤]到我國各城市人口密度較大，電梯使用頻繁，導致其長時間處于高強度運行狀態，存在一定安全隱患，據我國特種設備安全狀況統計數據顯示，近幾年來，我國平均每年的電梯事故都在60起左右[2]。

電梯的運行速度、振動加速度、平衡系數和噪聲等作為電梯的重要參數，直接影響著電梯的運行安全。本文針對傳統電梯檢測儀存在檢測參數單一、價格昂貴、不易攜帶等問題[3-5]，提出一種為檢驗人員量身定制的便攜式新型電梯綜合性能測試儀，集成多種常規電梯檢測儀器功能于一體，具有體積小、功能強、成本低、便攜性好等優點。

2 測試儀系統設計

電梯綜合性能測試儀由傳感器、信號采集模塊、信號處理模塊及電源模塊等組成，測試儀總體設計結構如圖1所示。

圖1 電梯綜合性能測試儀總體設計結構

2.1 傳感器

在滿足計量指標下，選用三軸加速度傳感器型號AKE39T，量程±2g，分辨率0.6mg/LSB；三相有功功率計AOB193P，精度1%，量程30kW；電容噪聲計型號GM1356，頻率范圍20Hz~ 12.5kHz，量程30~130dB；三款傳感器均帶RS485輸出。滾輪計米器LD3806-600BM，用MCU(MicroControlUnit，微控制器)中的定時器記錄其輸出脈沖的個數。

2.2 信號采集模塊

測試儀以 ST公司 32位 Cortex-M4嵌入式微處理器STM32F407為核心，具有USB、UART、定時器等功能部件及單精度浮點運算部件，帶總線擴展接口，可直接連接SRAM(Static RadomAccessMemory)芯片，簡化了檢測電路的硬件組成，降低了硬件成本。

2.3 信號處理模塊

選用帶電容觸屏的10"PAD作為測試儀主機，在Android 5.1操作系統和Eclipse開發環境下基于Java語言進行電梯運行性能分析軟件編寫，完成對電梯檢測參數的數據計算、性能分析、顯示和存儲。

2.4 電源模塊

主電池采用12V4Ah可充電鋰電池，自帶充電保護電路?？紤]到信號采集和傳感器工作需要的電源包括5V和3.3V電壓，通過LM22676-ADJ電源芯片對12V主電壓進行電壓轉換實現。

3 測試儀功能研制

檢測儀主要用于實現電梯速度、加速度、平衡系數及噪聲的性能檢測分析，包括轎廂運行速度、電梯門開關速度、曳引速度、轎廂振動加速度、平衡系數和噪聲測試。電梯門開關速度、曳引速度直接通過滾輪計米器進行接觸式測量，利用STM32F407微處理器中的定時器記錄計米器輸出脈沖個數，通過濾波分析處理實現速度檢測；轎廂振動測試通過三軸加速度傳感器測量實現，利用三軸加速度傳感器實現轎廂運行過程中X/Y/Z三軸加速度信號采集，對測得的振動原始信號進行濾波分析實現振動加速度測量，并結合最大振動峰值，進行振動結果分析；轎廂速度測試則在獲取三軸加速度信號后進行辛普森數值積分[6]計算分析，實現轎廂運行速度測量；平衡系數測試通過功率計檢測曳引機實際消耗的有功功率及三軸加速度傳感器檢測轎廂的運行速度，結合功率法[7]計算，完成平衡系統測量；噪聲測試通過噪聲計分別測試獲取關注位置的背景噪聲和噪聲值，并對噪聲值信號進行背景噪聲修正，通過濾波處理后實現噪聲測量。

4 測試儀應用

4.1 速度/振動加速度檢測

選擇額定速度為1m/s，額定載荷為1000kg的乘客電梯進行轎廂運行速度檢測，放置三軸加速度傳感器在轎廂地板中心半徑為100mm的圓形范圍內[8]，Z軸垂直于地板，X軸正對轎門，測得三軸振動加速度信號如圖2所示，由圖2可知Z軸加速度信號反應轎廂啟動、加速、勻速、減速過程，X軸和Y軸反應轎廂側向晃動。通過濾波處理和積分計算，得到轎廂運行加速度和速度，如圖3所示，可知轎廂運行速度在勻速段為0.99m/s，加速度在-0.57~0.75m/s2之間，根據GB/T10058—2009《電梯技術條件》，測試結果顯示加速度性能參數完全達到要求，近似額定速度。該電梯基本滿足整機性能要求。

4.2 平衡系數檢測

在測試時，安裝有功功率計在曳引機變頻器輸出端；放置三軸加速度傳感器在轎廂地板中心，用于檢測轎廂運行速度。測量電梯一次升程和降程信號，實現平衡系數計算。

選擇額定速度為1.5m/s，額定載荷為1000kg的乘客電梯進行平衡系數測試，測量獲取轎廂上行/下行至與對重同一水平位置時電梯功率和轎廂運行速度，通過公式（1）計算出平衡系數為0.446，根據GB/T10058—2009《電梯技術條件》，曳引式電梯平衡系數應在0.4~0.5范圍內，該電梯滿足平衡系數測試要求。

式中，K為平衡系數；Ps為轎廂上行至與對重同一水平位置時電梯運行功率，W；Px為轎廂下行至與對重同一水平位置時電梯運行功率，W；vs為轎廂上行與對重同一水平位置時電梯運行速度，m/s；vx為轎廂下行至與對重同一水平位置時電梯運行速度，m/s；Q為電梯額定載荷（從被測電梯的基本參數得到），kg；g為重力加速度。

圖2 三軸振動加速度信號

圖3 三軸加速度分析結果

圖4 乘客電梯轎廂開關門過程噪聲測量結果

4.3 噪聲檢測

以轎廂開關門過程噪聲檢測為例，對額定速度為1m/s的乘客電梯進行噪聲測量，放置電容噪聲計于電梯轎廂地板上方1.5m±0.1m處位置[7]，測得轎廂噪聲結果如圖4所示。在測試中噪聲最大為60dB，根據GB/T10058—2009《電梯技術條件》規定，開關門過程中轎廂內最大噪聲值為65dB（v≤2.5m/s），表明該電梯轎廂開關門過程噪聲檢測滿足相關性能要求。

5 結語

本文針對電梯日常檢驗的需求，在分析傳統檢測儀器的基礎上，采用高性能嵌入式技術和面向對象程序設計，研制開發新型電梯綜合性能測試儀，實現電梯檢測參數的快速、可視化測量分析。測試儀以其多功能、模塊化及便攜性好等特點，便捷了檢驗人員的現場操作，提高了檢驗的工作效率。

【1】王倩,萬蒞新.基于ARM的電梯能效檢測系統設計[J].自動化與儀器儀表,2010(5):25-26.

【2】2015年全國特種設備安全狀況白皮書[R].國家質量監督檢驗檢疫總局,2009.

【3】何麗,石麗華,賈晉杰,等.基于AT89系列單片機的手提式電梯限速器測試儀[J].微型機與應用,2014,33(11)：94-96.

【4】孟紅星,許士瑞.電梯加速度測試儀及其應用[J].電梯工業,2002(3):31-33.

【5】鄭建軍,陳志軍.便攜式電梯限速器測試儀的設計[J].工業控制計算機, 2012,25(2):103-104.

【6】毛懷新.電梯與自動扶梯技術檢驗[M].北京：學苑出版社,2001.

【7】GB/T24474—2009電梯乘運質量測量[S].

Design and Application of New Elevator Comprehensive Detector

ZHUXin-wei1,XULian-rong2,ZHUYa-jun3,HUANGKai4,LIDong-yang4
(1.JiaxingSpecialEquipmentInspectionInstituteJiaxing314050,Chin;2.HuzhouSpecialEquipmentInspectionCenterHuzhou313000,China；3.LishuiSpecialEquipmentInspectionInstituteLishui323000,China；4.ZhejiangUnionSpecialEquipmentInstituteHangzhou310023,China）

Aiming at various problems during elevator detection, such as heavyworkload, inaccuracy in measurement, and large quantity of instruments in themeasurement, a newelevator integrated detector is proposed,which uses an embedded STM32F407ZE as the core, andAndroid 5.1 as operating system, to completetheelevatorspeed,vibrationacceleration,balancingfactorandnoiseanalysisofthemulti-parameterdetection.Theoveralldesignofthe systemand the function in the process of actual application is elaborated.Test results showthat the visualmeasurement and analysis on-site of elevator's running performance,whichimprovestheworkefficiencyofdetection.

elevatordetection;intelligence;microprocessor;multifunctionaltest

TP216

B

1007-9467（2016）07-0083-03

2016-6-1

浙江省安全生產科技計劃項目（2014A1001）

祝新偉（1967~），男，浙江嘉興人，高級工程師，主要從事特種設備安全技術研究，（電子信箱）kayhwang@126.com。