一種自動扶梯運行參數快速精確檢測方法的設計與實現

梁敏健 戚政武 楊寧祥

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一種自動扶梯運行參數快速精確檢測方法的設計與實現

梁敏健 戚政武 楊寧祥

（廣東省特種設備檢測研究院珠海檢測院 珠海 519002）

摘 要：針對扶梯運行參數常用檢測方法及儀器存在誤差大、操作復雜、效率低的不足，提出了一種快速精確的檢測方法。首先通過一個可快速安裝拆卸的信號采集模塊對扶梯的梯級速度、扶手帶速度、制停距離和減速度進行采集，結合制停同步觸發信號，再對采集的脈沖信號進行處理和計算，實現了扶梯和人行道運行參數的快速精確檢測。

關鍵詞：自動扶梯 自動人行道 運行參數 快速檢測

據國家質檢總局公布數據，截止2015年底我國電梯保有量已經超過400萬臺。自動扶梯和自動人行道（以下簡稱自動扶梯）約占電梯總數的10%，被廣泛應用在商場、超市、地鐵站、火車站、機場、醫院、學校等公共場所和人流聚集的場合。扶梯的運行狀況是否良好通常會表現在梯級速度、扶手帶同步率、制動距離以及制動減速度等運行參數上，若上述參數超標會帶來安全隱患，甚至引起嚴重安全事故。如扶手帶與梯級不同步容易引起摔跤，扶梯制停距離過大可能導致扶梯的梯級缺失保護裝置不能起到有效保護作用，制動力矩不足可能引起非操縱逆轉事故等［1］。因此在扶梯的安裝、保養、檢測和定期檢查中對扶梯的運行參數進行檢測是十分必要的，也是保障扶梯安全運行的重要措施。

目前對扶梯的梯級或扶手帶速度測量常常采用轉速表人工測量，存在誤差大和讀數不穩定的缺點；制停距離的常用方法較為復雜，需要打開控制柜接入扶梯制動器的供電回路，這不僅容易對自動扶梯造成一定程度損壞，而且還增加了操作的復雜度，費時費力［2］。我國扶梯數量多，維保檢查及檢測任務繁重，因此需要一種安裝便捷，快速準確的運行參數檢測方法及儀器。基于以上考慮，本文提出了一種扶梯運行參數快速檢測方法及儀器：使用一個可快速安裝（拆卸）的信號采集模塊分別對梯級速度、扶手帶速度、運行距離信號進行實時采集，結合同步制停信號，經一定的信號處理和計算，可得到扶梯運行速度、扶手帶速度（同步偏差）、制停距離及最大減速度值。

1 系統工作原理

圖1是該儀器的系統原理框圖，一個可快速安裝（拆卸）的信號采集模塊（見圖2）可對梯級運行速度、運行距離、扶手帶速度進行實時采集，并傳輸到信號處理和計算模塊進行處理計算，一個用于觸發急停開關的制停同步觸發裝置（見圖7）把產生的同步信號，傳輸到信號處理及計算模塊作為制停開始信號。當把采集模塊安裝在水平梯級上（見圖3），可測量梯級速度、制停距離及最大減速度；當把信號采集模塊安裝在扶手帶上（見圖4），可測量扶手帶速度。人機交互及顯示模塊則以曲線和數字方式顯示并保存扶梯的實時速度、扶手帶速度、制停距離，最大制動減速度等參數。

圖1　系統工作原理框圖

2 可快速安裝（拆卸）的信號采集模塊的設計與實現

如圖2所示，該模塊是整個檢測系統的重要部分，包括固定部件與采集部件兩大部分，其中，固定部件包括三段式可調節結構的固定臂11、用以吸附于圍裙板上的吸盤12，及用以連接測速部件的若干銷孔13。采集部件包括固定銷21及旋轉編碼器22、膠輪23、聯軸器24。固定臂11的銷孔端設置為中空的插入槽，固定銷21可插入其中并通過銷孔13固定，由于銷孔13可設置于插入槽壁的不同位置，使得固定銷21插入深度可調，以提高裝置的適應性［3］。進行梯級速度、制停距離、制停減速度測量時，真空吸盤安裝在扶梯入口水平段梯級（一般安裝在第一個梯級）的圍裙板上，通過調整固定臂11和固定銷21的插入深度，使得膠輪23與水平梯級良好接觸（如圖3所示）；進行扶手帶速度測量時，真空吸盤安裝在扶梯護壁板（通常是光滑的玻璃），通過調整固定臂11和固定銷21的插入深度，使得硅膠輪23與扶手帶的中央水平部分良好接觸（如圖4所示）［4］。

圖2　信號采集模塊結構圖

圖3　梯級速度（制停距離）測量時模塊安裝示意圖

圖4　扶手帶速度測量時模塊安裝示意圖

與扶梯梯級直接接觸的膠輪23采用標準周長200mm/圈的耐磨性橡膠輪，其與旋轉編碼器22（編碼器的分辨率為2000脈沖/圈，因此制停距離的分辨率可達0.1mm）通過彈性聯軸器24同軸連接。當膠輪23隨扶梯梯級轉動時，旋轉編碼器22同步轉動并生成脈沖信號，脈沖信號傳輸至信號處理及計算模塊后便可得出對應的當前扶梯速度、制停距離、制動減速度。通常，扶梯梯級之間存有對檢測結果帶來不利影響的凹凸不平等問題，而彈性聯軸器的設計則有效解決了此項缺陷，作為一種緩沖結構，其可有效吸能并以自有的高適應性彌補上述凹凸不平引起的測量誤差，保證本系統的高精度。

3 信號處理及計算模塊的設計與實現

該模塊是整個檢測儀器的控制和處理核心，主要實現脈沖信號的隔離、濾波及計數運算。信號采集模塊安裝的位置一般在水平段，距離扶梯出入口處（檢測人員手持儀器的地方）3m左右，旋轉編碼器脈沖信號在傳輸中會引入電磁干擾（扶梯電動機的干擾、扶梯變頻器的干擾等）導致信號畸變［5］，因此在對脈沖信號進行計數前要先進行隔離整形。本設計采用高速光耦6N137對脈沖信號進行整形，6N137光耦合器是一款用于單通道的高速光耦合器，其內部有一個850nm波長AlGaAs LED和一個集成檢測器組成，其檢測器由一個光敏二極管、高增益線性運放及一個肖特基鉗位的集電極開路的三極管組成。具有溫度、電流和電壓補償功能，高的輸入輸出隔離，LSTTL/ TTL兼容，高速（典型為10MBd），5mA的極小輸入電流。而且6N137對長距離傳輸后波形變緩的上升沿和下降沿能夠起明顯改善作用，有利于對脈沖的上升沿或下降沿進行計數［6］。圖5（a）和圖5（b）是隔離整形前后的脈沖信號，實驗情況和實際應用情況都表明使用6N137對脈沖信號進行隔離整形效果良好。

圖5　隔離整形前后的脈沖信號

脈沖信號經過整形后，MCU對其進行計數，從而計算出扶梯實時速度（扶手帶速度）和制停距離、制停減速度等參數。以制動距離測量為例，如圖6所示，旋轉編碼器輸出A、B兩相脈沖信號（兩相脈沖頻率相同，相位相差90°），MCU從接收到同步制停脈沖開始對A相脈沖信號的下降沿進行計數，直至扶梯停止（旋轉編碼器不輸出脈沖）。假設制停期間，脈沖計數為M，硅膠滾輪的周長為L，旋轉編碼器的分辨率為N，則制停距離，本設計中硅膠滾輪的周長為0.2m，編碼器分辨率為2000線，則制停距離。由于脈沖計數M的誤差為±1，因此制停距離的理論測量誤差為0.0001m，即0.1mm。

梯級速度的實時測量是通過脈沖頻率測量實現的，假設對梯級速度的采樣周期T為0.1s（即1s采樣10次），MCU在一個周期T內對A相脈沖信號的下降沿進行計數得M，則扶梯實時速度，由于脈沖計數M的誤差為±1，因此速度測量誤差為 0.001m/s。如果扶梯的名義速度為0.5m/s，則相對誤差為0.5%，滿足標準要求。

圖6　脈沖計數示意圖

4 同步制停觸發裝置的設計

本系統設計了一種手柄式同步制停觸發裝置，原理如圖7所示，手柄的端部安裝一可自動復位的機械開關，當使用手柄觸發扶梯出入口的急停裝置時，手柄上的開關也同時被觸發，向儀器發送一個脈沖信號，儀器開始計算制停距離。

圖7　同步制停觸發裝置原理示意圖

5 試驗結果與功能驗證

使用該檢測方法可以對扶梯的速度、扶手帶速度、制停距離進行快速檢測，并生成速度和制停曲線，按照減速度的定義可以從速度曲線計算出減速度曲線，并計算出最大減速度，如圖8所示。使用該儀器對同一臺扶梯進行了多次測量，結果見表1，試驗結果表明該檢測方法及儀器檢測準確、結果一致性良好。

圖8　儀器檢測顯示界面圖

表1　多次試驗測量結果

6 結束語

本文針對目前扶梯速度、扶手帶速度、制停距離及最大減速度等參數檢測方法復雜、精度不高、效率低的情況，設計了一種快速檢測方法及儀器，實現了扶梯運行參數的快速準確檢測（一般只需要3min可完成上述項目）。目前該檢測方法及儀器已經被國內多個檢測機構使用。

參考文獻

［1］ 潘相晨.自動扶梯的制停距離［J］. 中國特種設備安全，2012，28（12）：47-48.

［2］ 劉錫鑫，魏彪，鄭徐豪，等.一種基于MCU的自動扶梯測量儀的設計和實現［J］.國外電子測量技術，2012，（8）：35-39.

［3］ 戚政武，梁敏健，陳英紅.一種自動扶梯或自動人行道的測速裝置［P］.廣東：CN204138118U，2015-02-04.

［4］ 戚政武，梁敏健，陳英紅.一種自動扶梯綜合檢測系統［P］.廣東：CN204661114U，2015-09-23.

［5］ 林少杰，梁敏健.談電梯變頻器對旋轉編碼器信號的干擾［J］.中國電梯，2013，24（15）：34-35.

［6］ 張超，孟憲軍.光電隔離區6N137和6N136的使用［A］.中國煤炭學會煤礦自動化專業委員會.第十屆全國煤礦自動化學術年會論文集［C］.2000：101-103.

［國家質檢總局科技計劃項目：2010QK090］

書 訊

NB/T 47046—2015 承壓設備用鎳和鎳合金板18.00元

NB/T 47047—2015 承壓設備用鎳和鎳合金無縫管 20.00元

NB/T 47048—2015 螺旋板式熱交換器 55.00元

壓力容器用不銹鋼 120.00元

聯系人：莊曉 010-59068615

胡丹 010-59068612

Design and Implementation of a Fast Detection Method for Running Parameters of Escalator

Liang Minjian Qi Zhengwu Yang Ningxiang
(Guangdong Institute of Special Equipment Inspection and Research, Zhuhai Branch Zhuhai 519002)

AbstractTo solve the disadvantages of large errors, complicated operation and low efficiency of the comment detection methods and instruments for escalator running parameters, a fast and accurate detection method is proposed. Speeds of the step and the arm, the barking distance and the barking deceleration are collected by a signal acquisition module which can be quickly installed and disassembled. In combination with the synchronous trigger signal of stop signal, the pulse signals are processed and calculated to achieve the fast and accurate detection of the running parameters of the escalator and the moving walk.

KeywordsEscalator Moving walk Running parameter Fast detection

中圖分類號：X941

文獻標識碼：B

文章編號：1673-257X（2016）04-0029-04

DOI：10.3969/j.issn.1673-257X.2016.04.004

作者簡介：梁敏健（1984～），男，博士，工程師，主要從事機電類特種設備檢測方法以及儀器的研究與開發工作。

收稿日期：（2016-01-19）