可以自動扶梯超速、非操縱逆轉保護功能檢測裝置軟件系統設計

姜宏 冷洪勇 趙榮

摘 ?要：自動扶梯發生事故的原因錯綜復雜，其中超速及非操縱逆轉所帶來危害和社會方向是更為巨大的。本文使用虛擬儀器模擬產生的脈沖信號代替自動扶梯原有的傳感器脈沖信號，通過改變模擬脈沖信號的頻率或者相位，以達到自動扶梯超速、非操縱逆轉的目的，滿足檢測要求。

關鍵詞：虛擬儀器;自動扶梯;超速、防逆轉;檢測

1研究背景

現在，我國自動扶梯的數量在與日俱增，在使用的過程中出現過一些事故，對人員造成了嚴重的傷害[2]。通過事故案例的調查分析發現，自動扶梯發生的安全事故多種多樣，但每種事故造成的傷害卻不是單一的，如表1-1所示。[1][2]

2國內外對自動扶梯安全問題研究的現狀

2.1 國外研究現狀[3][4]

為減少扶梯事故的產生，國外的研究主要集中于扶梯綜合安全性能的檢測。面向市場也推出了成熟的檢測產品，美國碧蒙特公司針對電梯或自動扶梯運行質量開發了EVA-625專業測量產品;德國TUV公司檢測系統ADIASYSTEM能自動生成檢測報告;日本小野測器株式會社EC-2100設備只需將測速環放在扶手帶或梯級踏板即可以測量自動扶梯的速度。

2.2 國內研究現狀

國內對自動扶梯的安全性能檢測方法的研究也是多種多樣的，不僅對安全性能檢測的儀器重視，而且自動扶梯超速和預防自動電梯逆轉事故的檢測裝備開發也是國內專家學者所研究的重點。上海市特種設備檢驗研究所研發的設備，被國內多家企業采用作為自動扶梯的安全性能檢測儀器[5];杭州市特檢院聯合企業開發了MI-7004E;珠海檢測院戚政武院長等人[6]基于變頻技術研制了國內首臺針對超速和非操縱逆轉的綜合檢測儀器。縱觀國內外研究成果，還是存在一些問題：1）國外檢測設備在自動扶梯超速和非操縱逆轉保護功能檢測過程中仍然存在一定的局限性;2）國外的檢測儀器主要還是針對的垂直箱式電梯而不是自動扶梯設計的，檢測儀器存在功能冗余、針對性不強等問題;3）國內常用的檢測方法通用性不強，未形成統一的檢測標準和流程。

3軟件系統設計平臺選擇

本裝置軟件開發平臺選用圖形化編程軟件LabVIEW，LabVIEW作為目前唯一的編譯型圖形化編程語言，把復雜、費事、費力的編程語句簡化成進行選擇的菜單或者圖標，并用線條連接起來的簡單圖形編程方式[7]

4軟件系統設計

4. 1 脈沖信號測量

通過對傳感器的脈沖信號進行測量，將得到的脈沖信號參數進行輸出信號的模擬。在LabVIEW中，測量脈沖信號使用的是脈沖測量子VI，使用脈沖測量子可測量脈沖的周期、占空比和脈沖持續期等信息。

4. 2 扶梯運行速度測算

對于自動扶梯扶梯速度的測量，測量方法主要有三種[27]：脈沖數法（M法）、脈沖周期法（T法）與脈沖數周期法（M/T法）。

脈沖周期法（T法）：根據測量轉速傳感器輸出一個脈沖的周期時間得到測試的速度。在測試的過程中，把信號周期時間頻率設置為fc，時鐘脈沖數量是mc個，轉一圈轉速傳感器輸出的脈沖數量是P，周長為C，那么進行時間單位轉化后所得到轉軸的旋轉速度如式1所示：

脈沖數周期測量方法（M/T法）：把被測試的脈沖時間定為T。計算時間和對應的脈沖時間設置為C，時間到了T后第一個被測脈沖根據終止時間來計量，每轉動一圈轉速傳感器輸出的脈沖值是P，那么轉軸的轉速如式2所示：

本裝置使用的是光電編碼器，采用脈沖數計算的方式來進行計算。在規定的間隔時間Tg內，所測量的轉速傳感器輸出的脈沖數值是MP，每圈轉速傳感器輸出的脈沖數是P，測試速度的輪周長是C，通過時間單位轉換后得到自動扶梯踏板的運行速度：

（1）先計算出測速裝置的轉速，式3所示

（2）根據求得的轉速，求出自動扶梯踏板運行速度，式4所示

4.3 模擬信號的生成

信號發生器VI參數設置面板如圖1所示。

由于輸出脈沖信號為雙通道，所以采用了兩個相同的脈沖發生器進行信號模擬，其中兩個信號會存在一定的相位差，以達到與自動扶梯傳感器信號一樣的信號。由于采集卡的輸出電壓為0～5V，因此，為保證模擬信號的幅值在滿足條件的前提下，實現采集卡效率的最大化利用，對信號的幅值進行了一定的調節，使其最大電壓為5V，最小電壓為0V。其程序如圖2所示。

4.3 軟件系統主要功能設計[8]

4. 1 信號輸入系統的設計

信號輸入采用DAQ通道輸入。如果信號傳輸要求抗干擾能力強，一般選擇差分輸入的模式;為了保證采集效率最大可能的被利用，此處最大電壓，以及最小電壓都選為其極限值，即分別為10V，-10V。采用“DAQmx開始任務（VI）”連接“DAQmx讀?。╒I）”進行讀取采樣，單通道N采樣讀取單個波形，通過“DAQmx停止任務（VI）”的指令停掉正在進行的任務，讓它返回“DAQmx開始任務（VI）”最初的狀態，然后就啟動“DAQmx清除任務（VI）”把此次的任務清理掉，在清除任之前，就應該結束VI任務，還可以根據需求保留任務中的可用資源，以避免分配不必要的內存，使任務高效進行。

4. 2 信號輸出系統設計

采用模擬量輸出功能模塊。首先對“DAQmx創建虛擬通道（AI）”進行設置，采用的是AO電壓，即輸出通道;此處輸出的最高電壓為+5V，最低電壓為0V;然后連接“DAQmx開始任務（VI）”;再經過“DAQmx寫入（VI）”進行讀取采樣，多通道N采樣寫入單個波形，以保證雙信號同時輸出，通過“DAQmx停止任務（VI）”結束正在進行的任務，讓它回到“DAQmx開始任務（VI）”沒有行動之前的時候，然后就啟動“DAQmx清除任務（VI）”把這次任務全部清理掉，可以根據需求保留任務中的可用資源，以避免內存浪費，提高其工作效率。

圖3為輸入通道參數設置界面，圖4為輸出通道參數設置界面，圖5為檢測系統界面。

5總結

通根據其檢測流程進行了自動扶梯運行的傳感器脈沖信號參數和運行速度的測量，分別對超速、欠速和逆轉異常信號進行模擬輸出，對扶梯制動系統性能進行了檢測證實了本檢測系統具有良好的實用性能。

參考文獻

[1] ?張達特.由自動扶梯安全事故引發的分析思考[J].現代物業，2018（08）：36-37.

[2] ?陳文標.自動扶梯事故的原因分析及改進建議[J].中國特種設備安全，2017，33（01）：75-79.

[3] ?劉方亭，張清鵬.EVA-625在電梯檢驗中的應用[J].中國儀器儀表，2009（11）：46-48.

[4] ?Luft F . Escalator-driven research[J]. Journal of Molecular Medicine，2004，82（5）：275-277.

[5] ?謝星. 基于模糊評價法的電梯安全檢驗與風險評估[D].武漢工程大學，2018.

[6] ?潘珂. 基于GPRS的電梯乘運質量檢測系統的研究開發[D].浙江理工大學，2015.

作者簡介：姜宏，男，漢族，副教授，研究方向：物聯網技術。

基金項目：新疆維吾爾自治區高?？蒲杏媱濏椖浚╔JEDU2014I007）