對一款多功能便攜式智能型電梯檢測機的說明

■文/宋金泉 張國安 宋梁君 黃 凱

對一款多功能便攜式智能型電梯檢測機的說明

■文/宋金泉 張國安 宋梁君 黃 凱

浙江紹興特檢院設計了一款多功能便攜式電梯檢測設備，在實現電梯速度、加速度、噪聲及平衡系數等多參數檢測的同時，還能對檢測電梯進行全面的安全風險評估。本文介紹了檢測系統的軟硬件設計，并針對某乘客電梯進行現場應用，結果表明該儀器能實現電梯性能分析及風險評估，滿足電梯檢測需求。

隨著我國現代化城市的建設，電梯被廣泛應用于高層建筑，為了保障電梯的安全性，加強電梯的安全檢測，及時發現安全隱患是確保電梯安全運行的有效措施。電梯速度、加速度、噪聲及平衡系數等作為電梯的整機性能參數，直接影響電梯的運行安全。針對目前電梯檢測設備存在測量參數單一，少有風險評估分析以及現場檢測工作量大等問題，浙江紹興特檢院設計研究了一款便攜式多功能智能型電梯檢測機。該機采用智能化設計，以STM32F407為核心信號采集電路，基于Android 5.1操作系統，對檢測參數進行分析處理，并根據安全風險評價項對電梯進行風險評估，可實現電梯安全性能的檢測。

機器的硬件設計

這款便攜式檢測機的硬件系統主要由傳感器、信號采集模塊、信號處理模塊和電源模塊組成（見圖1）。

圖1 系統硬件總結構圖

一、傳感器

根據GB/T 24474-2009《電梯乘運質量測量》和GB/T 10059-2009《電梯實驗方法》中測量儀器測量指標，選用三軸加速度傳感器型號AKE39T，量程2g，精度優于0.5%；聲級計GM1356，頻率A計權，量程30～130dB，分辨率1dB；有功功率計采用電流鉗、電壓端子采集輸入，量程1～30kW，誤差小于0.2%；滾輪編碼器LD3806-600BM準確度優于±5%，量程0.005m/s～10m/s，精確到mm。

二、信號采集模塊

信號采集以ST公司32位Cortex-M4嵌入式微處理器STM32F407為核心，根據傳感器的輸出特性連接多種傳感器模塊，對傳感器信號進行濾波、放大、整形等預處理。采集信號緩存在SRAM(Static Radom Access Memory，靜態隨機存取存儲器)中，通過藍牙無線傳輸或SPI(Serial Peripheral Interface，串行外設接口)與上位機PAD(Portable Android Device，平板電腦)連接，實現信號數據的在線讀取。同時選用SanDisk的32G存儲卡作為外部存儲介質，對測量原始數據進行記錄保存。

三、信號處理模塊

選用SAMSUNG Galaxy Note SM-P600 32G平板電腦作為檢測設備上位機，以1.3+1.9Ghz雙四核處理器為核心，對數據信號進行數值計算和ISO標準濾波，完成電梯性能參數的在線測試，實現測量參數的現場分析和圖形化顯示。PAD內置藍牙接口用于連接微型藍牙打印機，對測試結果進行現場輸出打??；內置SD卡用于存儲擴展。

四、電源模塊

檢測系統共需要3種電壓模式，主電池充電電路為12V 4Ah，自帶保護電路；MUC信號采集模塊的需要電壓為3.3V；傳感器工作的需要電壓為5V。電源模塊以12V的直流電源作為供電轉換電路的輸入端，采用LM22676-ADJ轉換芯片對電壓進行轉換，獲取信號采集和傳感器工作需要的3.3V和5V電源電壓。

機器的軟件設計

上位機軟件設計主要在Android 5.1操作系統和Eclipse開發環境下基于Java進行編程，主要包括電梯性能參數測試軟件和安全風險評估軟件。

一、性能分析軟件設計

系統性能分析軟件主要用于完成電梯速度、加速度、噪聲及平衡系數的在線測試和分析，其軟件分析主功能（見圖2）。

電梯速度測試主要包括電梯轎廂運行速度、轎廂移門速度的測試，其中運行速度通過放置三軸加速度傳感器于轎廂地板中心半徑為100mm的圓形范圍內，對測量加速度信號進行數值積分得到；移門速度則直接通過滾輪編碼器接觸式測量得到。

圖2 電梯檢測系統性能分析軟件

加速度測試主要包括運行加速度、振動加速度測試。運行加速度主要對三軸加速度垂直方向單向加速度信號進行10Hz低通濾波（2階巴特沃斯濾波）后得到，同時對轎廂起動加速度和制動減速度最大值進行計算；振動加速度則對三軸加速度信號進行ISO 8041濾波后得到，并計算X/Y/Z軸的最大峰峰值及A95峰峰值。

噪聲測試主要利用聲級計對運行中轎廂內噪聲值和開關門過程噪聲值進行直接測量，并對噪聲信號求最大值以及背景噪聲的修正。

平衡系數測試主要利用有功功率計測試曳引機變頻器輸入端線電壓與線電流，通過功率計內置計算測得曳引機有功功率，并結合電梯轎廂上/下行運行速度，根據功率/速度檢測法計算電梯平衡系數。

二、風險評估軟件設計

采用GB/20900-2007《電梯、自動扶梯和自動人行道 安全風險評價和降低的方法》確定的方法，通過對影響電梯安全的評價項進行風險識別及定量、定性分析，對風險的嚴重程度、風險的發生概率進行評估，通過確定風險等級和類別，結合專家評定意見，提出降低風險措施和評估結論。評估流程（見圖3）。

風險評估軟件基于Android系統實現，主要包括用戶管理、電梯信息管理、風險評估、專家評定、評估數據統計及評估報告等。

用戶管理主要用于用戶賬戶管理，包括用戶添加、刪除，用戶密碼修改及權限設置等。

電梯信息管理包括電梯名稱、使用單位、維保單位、制造單位、改造單位、電梯基本參數等信息，通過“添加”、“修改”、“刪除”功能實現電梯基本信息的創建、修改和刪除。

在完成電梯基本信息錄入后點擊“風險評估”，從電梯屬性和安全要求出發進行風險項（如電氣系統、曳引系統、導向系統、轎廂、門系統等）的情節識別，選擇影響電梯安全運行的各個風險情節要素，并對選擇風險項進行嚴重程度和發生概率評估，確定風險等級和類別。

專家評定主要根據各子系統的風險等級綜合確定該電梯的綜合等級和類別，對該電梯做出綜合評價，填寫評審結論，提出相對應降低風險措施。

評估數據統計主要用于統計各電梯的風險評價總項數、已評價數、I級、Ⅱ級、Ⅲ級、未評價數量及綜合風險值RZ與綜合風險等級，并可通過點擊具體風險級別查看同等級風險評價項。

評估報告主要用于生成特定格式的電梯安全風險評估報告。

性能分析

選擇一臺標準速度為1m/s，額定載荷為1000kg的乘客電梯進行電梯整機性能測試，測得三軸加速度及噪聲原始信號，并對原始信號進行濾波、計算及噪聲修正，得到電梯運行綜合性能圖。

根據性能測試結果，得到該乘客電梯轎廂的運行速度在勻速段為0.99m/s，起動加速度最大值為0.57m/ s2，制動減速度最大值為0.75m/s2，轎廂內最大噪聲值為60dB。根據GB/T 10058-2009《電梯技術條件》整機性能要求，乘客電梯起動加速度和制動減速度最大值應≤1.5m/s2，運行中轎廂內最大噪聲值≤55dB。測試結果中，聲音信號最大值為60dB，最大噪聲不發生在運行過程，運行中轎廂內的最大噪聲值≤55dB，符合標準技術條件。加速度性能參數則完全達到要求，且電梯運行速度非常接近額定速度。根據測試結果，該電梯運行性能基本達到技術要求。

固定有功功率計在乘客電梯曳引機變頻器輸入端，測量轎廂下行至與對重同一水平位置時電梯功率Px=45102W，上行至水平位置時的功率Ps=36822W，相對應位置轎廂下行速度vx=0.99m/s，上行速度vs=1m/s，由平衡系數功率/速度檢測公式測得平衡系數為：

根據GB/T 10058-2009《電梯技術條件》，電梯的平衡系數應在0.4～0.5范圍內，綜上參數測試結果，該電梯整機性能符合相關標準。

風險評估

對該標準速度為1m/s，額定載荷為1000kg的乘客電梯進行現場安全風險評估，結合前文電梯性能檢測分析結果，對選擇風險項進行嚴重程度和發生概率的評估，再根據GB/20900-2007確定方法，計算出風險項等級。對各子系統風險項評估后，進行專家評定，評審專家根據各項子系統現場風險評估結果確定該電梯的綜合風險等級，對電梯做出客觀評價，并在專家評定中輸入評審結論，同時出具評估報告。使用單位根據專家評定給出的結果，參照專家提出的防護措施對該電梯進行相應的維護整改。

這個機器根據電梯檢驗相關標準，采用先進適用技術，在完成電梯整機性能參數檢測的基礎上，實現電梯的安全風險評估，在一定程度上便捷了檢驗人員的現場操作，提高了檢測效率。

應用結果表明，該檢測機器符合相關電梯檢驗檢測標準，能夠滿足電梯日常安檢的需要，是一種效率高、便攜性能好、成本低的新型檢測設備。

（作者單位：浙江省紹興市特種設備檢測院）