一種基于物聯網的電梯閘瓦磨耗實時監測系統的設計

黃捷洲+朱仁聰+肖乾+高雪山

【摘 要】實現了一個基于圓容柵傳感器檢測的電梯閘瓦嵌入式監測儀及其后臺安全系統與報警系統。首先利用圓容柵傳感器與單片機實現對電梯閘瓦磨耗量進行測量并輸出。再通過W5100網絡模塊將電梯實時抱閘厚度發送到PC機中以進行電梯抱閘磨損情況的圖樣化處理，以達到對電梯抱閘磨耗進行實時監控的目的。

【關鍵詞】圓容柵傳感器；電梯抱閘磨損；實時監控

電梯抱閘是電梯制動器上動作發生率非常高的一個裝置，而抱閘中的閘瓦磨耗程度決定了電梯制動系統的性能。目前電梯閘瓦磨耗檢測主要依靠技術人員定期去現場進行制動抱閘試驗，得出電梯閘瓦的磨耗量。該方法不僅費時費力，而且存在人為失誤問題。

本文介紹了一種科學、準確、安全快捷的抱閘磨耗監測系統。綜合利用傳感器和單片機、網絡模塊完成數據的采集、處理和傳輸。使我們能夠第一時間發現制動系統磨耗超限故障，以減少因電梯制動系統閘瓦磨耗超限所帶來的經濟損失。

1 結構設計

1.1 監測系統安裝

系統安裝如圖1所示，將圓容柵傳感器置于電梯抱閘左方的傳感器安裝座上，另一頭與制動閘瓦相連，并在磁力器后方安裝微型處理器安裝座用以固定單片機。

1.2 測量原理

電梯正常運行狀態時，磁力器體內兩個獨立的線圈通電，生成一對反向推力作用在左右兩邊的抱閘臂上的推桿上，分別推動兩根推桿水平反向移動，迫使制動閘瓦遠離制動輪，與此同時壓縮彈簧為抱閘臂提供彈性回復力，。

電梯制動時，磁力器內的兩個獨立線圈斷電，其電磁作用消失，左右兩邊抱閘臂在彈簧回復力的作用下向制動輪方向移動，同時抱閘臂推動制動閘瓦，使得閘瓦抱緊制動輪，閘瓦與制動輪相互摩擦從而達到制動的目的。電梯制動時閘瓦與制動輪相對滑動發生相互磨耗，因閘瓦片材質為橡膠，磨損較快，隨著閘瓦片的磨耗變薄，左右兩個制動閘瓦會逐漸向制動輪方向偏移。應用圓容柵傳感器對閘瓦背部的移動進行監測并傳輸其位移信息。

微型處理器對接收到的位移進行處理并顯示在LED電子顯示屏上。對得到的閘瓦磨耗量數據集中統計并繪制出相應的函數圖像，能夠直觀得了解閘瓦每天的變化情況。

1.3 系統工作原理

將圓容柵傳感器安裝在曳引機機座上的傳感器安裝座上。將測量點設定在閘瓦臂與閘瓦的鉸接處使測量點與之同步運動。當電梯抱閘受到磨耗時，閘瓦厚度縮小，導致容柵傳感器中的電容改變；隨著電容的改變，圓容柵傳感器中的電流發生改變并直接通過以I/0輸入單片機中。單片機在計數、顯示和輸出控制環節中完成辨向、計數、數據轉化調整，并形成測量數據，在控制邏輯電路的控制下將測量數據進行譯碼、驅動和顯示，并將測量數據送至數據輸出接口，輸出同步脈沖和數據脈沖。

單片機將收到的電流信號解析完成后，便對得到的信息進行存儲并顯示在LED電子顯示屏上，同時形成對應的閘瓦磨耗變化函數，使我們能第一時間發現電梯抱閘問題。單片機將轉換完成的信息通過地址總線發送到事先設置好的網絡模塊，并保存在靜態隨機存取存儲器中，以方便與網絡模塊中信息的實時交互。

網絡模塊接收到信息后，轉發到電腦終端。并對網絡模塊的信息進行解碼，分析電梯抱閘的實時情況，從而反饋給網絡模塊。網絡模塊接收到的信息通過數據總線發送到單片機中；一旦電梯抱閘磨耗量超過人工設定的磨耗極限時，單片機便立即通過電梯中心系統停止電梯的運行并將危險信息傳送至網絡模塊。網絡模塊收到信息后通過數據總線返回單片機中并且發送到電腦終端，由電腦終端通知工作人員組織維修工作。

2 模塊選型

2.1 網絡模塊

本方案選用的是W5100網絡模塊，W5100是一款多功能的單片網絡接口芯片，內部集成有10/100Mbps以太網控制器，主要應用于高集成、高穩定、高性能和低成本的嵌入式系統中。使用W5100不需要考慮以太網的控制，只需要進行簡單的端口編程。且W5100與單片機可直接相互交流，就向訪問外部存儲器一樣。

2.2 傳感器

選用圓容柵傳感器，該傳感器價格性能比好、環境適應性強、工作穩定可靠、測量信號便于傳輸。且溫度穩定性好，結構簡單，采樣頻率高，運行速度快，以及適合與外圍設備計算機等聯機組成自動測量系統的特點。

2.3 微型處理器

本系統選用stm32 單片機，該單片機具有性能高，低成本、低功耗、體積小等特點。十分容易嵌入所需安裝的位置，完成所需要完成的工作，并且在一定程度上減少了本產品的商業成本。

3 結束語

本設計利用嵌入式系統的高性能、低價格、易于組裝等特點。結合了圓容柵傳感器、單片機和W5100網絡模塊對電梯抱閘磨耗量化并發送到PC終端，省去了人工定時檢測的麻煩與成本。增加了電梯的安全性能與工作人員的工作效率，解決了因為工作人員失誤而導致的維修問題。完備的遠程網絡報警裝置使維修人員與電梯抱閘的相互更加便捷、精準，滿足了電梯穩定運行的要求。目前該系統已處于初步推廣之中，今后會根據實際情況要求對系統進行更新升級，以保證能夠適應市場環境。逐漸實現感應裝置與信息處理裝置一體化，簡化總體結構，使其更加輕巧便捷，適應性更強，最終擴展到能夠對整部電梯進行實時監測。

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[責任編輯：田吉捷]