基于嵌入式計算機的電梯平衡系數測試儀研究

王 樂 周 蕊 紀嘉麟

（天津市特種設備監督檢驗技術研究院 天津 300192）

基于嵌入式計算機的電梯平衡系數測試儀研究

王 樂 周 蕊 紀嘉麟

（天津市特種設備監督檢驗技術研究院 天津 300192）

針對傳統的電梯平衡系數檢測方法費時、費力、效率低，測試結果誤差大的問題，提出了一種基于嵌入式計算機的便攜式平衡系數測試儀的設計方案，闡述了系統的硬件結構、軟件流程。通過以單片機為核心的距離檢測系統實現轎廂與對重的平衡位置檢測。通過無線通信，實現主控系統與距離檢測系統之間的數據通信。該測試儀的應用減小了傳統測量方法帶來的人為誤差，使檢測過程更高效，檢測結果更準確。

平衡系數 嵌入式計算機 距離檢測系統 無線通信

電梯平衡系數作為曳引式驅動電梯的重要性能指標，直接影響到電梯的運行安全、能源消耗、舒適性等方面［1］。其作用是為了說明對重平衡轎廂側重量的程度，其設計和取值與曳引輪繩槽的形狀、材料、鋼絲繩和繩槽的潤滑、轎廂的自重等有關系［2］。

平衡系數過大或過小都有可能導致電梯運行過程中曳引輪兩側曳引繩的拉力關系不滿足曳引條件，從而出現曳引鋼絲繩在曳引輪上打滑的情況［3］。平衡系數過大，轎廂在空載或輕載情況下，可能造成上行超速甚至沖頂事故；平衡系數過小，轎廂在重載或滿載情況下，可能造成下行超速甚至蹲底事故［4］。因此平衡系數取值是否合理至關重要。TSG T7001—2009《電梯監督檢驗和定期檢驗規則——曳引與強制驅動電梯》要求，曳引電梯的平衡系數應當在0.40～0.50之間，或者符合制造（改造）單位的設計值［5］。

對平衡系數進行檢測是電梯施工單位自檢和檢驗機構監督檢驗的重要環節，其實質是檢測對重所平衡掉轎廂側重量的比值是否在檢規規定的范圍內。檢規要求的檢驗方法為：轎廂分別裝載額定載重量的30%、40%、45%、50%、60%作上、下全程運行，當轎廂和對重運行到同一水平位置時，記錄電動機的電流值，繪制電流-負荷曲線，以上、下行運行曲線的交點確定平衡系數［5］。傳統的檢驗方法通常有兩種方式確定轎廂和對重在同一水平位置的時刻：在曳引繩上做標記或通過觀察控制系統的樓層位置顯示粗略估計。這兩種方法都存在人為反應誤差，且電梯行程越大、速度越快，產生的誤差越大。當平衡系數接近設計上限或下限時，這種誤差很可能導致檢驗人員將檢驗結論誤判為不合格。為了解決這個問題，本文從應用角度出發，研制了一種基于嵌入式計算機的便攜式平衡系數測試儀。該測試儀可自動檢測轎廂和對重在同一水平位置的時刻并記錄電動機電流值，在整個測試過程結束后，自動繪制電流-負荷曲線，確定平衡系數。

1 平衡系數測試儀硬件設計

本系統 設計的平衡系數測試儀由主控系統和距離檢測系統組成。該系統硬件結構框圖如圖1所示。

圖1 平衡系數測試儀硬件結構框圖

1.1 主控系統硬件設計

主控系統以PCM-9361嵌入式計算機為核心，主要部分包括鍵盤、液晶顯示、電流檢測模塊、無線通信模塊。鍵盤設計以HT82K629A-40標準鍵盤芯片為核心，從而避免了鍵盤掃描電路和中斷處理電路的設計，通過重新定義按鍵的使用功能使其滿足系統需求，配合觸屏的輸入方式，使操作更簡潔。電流檢測通過電流傳感器經A/D轉換后將數字量傳遞給PCM-9361。待所有電流檢測數據得出后，系統根據記錄數據自動擬合、繪制并顯示平衡系數曲線。

1.2 距離檢測系統硬件設計

距離檢測系統以AT89C51單片機為核心，主要部分包括紅外測距模塊、電池供電模塊、無線通信模塊。距離檢測系統置于轎頂，當檢測到轎廂和對重在平衡位置時，系統通過無線通信向置于機房或緊急操作屏的主控系統發出信息，主控系統立即檢測并記錄此刻電流值。紅外測距模塊采用紅外測距傳感器，在轎廂運動過程中，該傳感器以一定頻率向對重側發射紅外光，光經障礙物反射后又被傳感器接收，經A/D轉換將數字量傳遞給單片機。當轎廂與對重在同一水平位置時，檢測系統得到轎廂與對重的距離；當兩者不在同一水平位置時，檢測系統得到轎廂與井道壁的距離。由于轎廂與對重的距離小于與井道壁的距離，因此所有檢測數據的最小值即為轎廂與對重的距離。

1.3 通信方式的選擇與硬件設計

由于置于轎頂的距離檢測系統隨轎廂的移動而移動，因此使用無線通信實現其與主控系統的數據傳遞。本系統選用PTR2000芯片作為無線數據傳輸模塊，該模塊硬件連接簡圖如圖2所示。

圖2 無線通信模塊硬件連接簡圖

無線通信模塊的主要外圍電路有以下兩個：

1）與單片機的連接電路。AT89C51的RXD和TXD引腳與PTR2000模塊的DO和DI引腳直接相連，PTR2000的模式控制引腳與單片機的控制引腳相連。

2）與PCM-9361計算機的連接電路。通過MAX202器件對PCM-9361的串口RS232和PTR2000模塊進行RS232和TTL電平轉換，其輸入輸出信號與PTR2000的DO、DI連接，經其轉換后的信號直接與PCM-9361的RS232串口相連接。

2 平衡系數測試儀軟件設計

在進行平衡系數測試之前，要進行測試系統的井道自學習，由于紅外測距傳感器有特定的測量范圍，首先應粗略確定轎頂邊緣與對重之間的距離，根據此距離將距離檢測系統安放在轎頂的合適位置。學習開始，將電梯從底層開到頂層，在此期間測量距離檢測系統到障礙物的距離，學習結束，得到最小值Lmin即為檢測系統與對重的水平距離。以此值為基準，設定一個范圍Lmin-ΔL＜L＜Lmin+ΔL，當在轎廂運行過程中檢測到的距離在這個范圍內時，表明轎廂與對重到達同一水平位置，此時距離檢測系統通過無線通信向主控系統發送信號，觸發主控系統進入中斷測量并記錄電流值。整個系統軟件簡易流程圖如圖3所示。

3 平衡系數測試儀測試實例

為了測試該儀器的效果，筆者對某臺新裝電梯進行了測試。該電梯基本參數如下：額定載重量Q=800kg，額定速度v=1.0m/s，層站為7層7站。在電梯安裝前，筆者已隨施工單位在開箱點件后測得相關數據：轎廂及其配件的重量G，對重裝置及其配件的重量W。根據平衡系數計算公式k=（W-G）/Q，得出k=45.1%。

電梯安裝完成后，通過傳統方法得出平衡系數為43%。通過測試儀測得電流值并自動繪制的平衡系數曲線如圖4所示。從圖中可得出測試儀測得平衡系數為45.3%。測試結果表明該測試儀的使用在實現自動化的同時能基本反映電梯平衡系數的實際情況，使檢測結果更客觀。

圖3 系統軟件流程簡圖

圖4 平衡系數曲線

4 結束語

基于PCM-9361的平衡系數測試儀體積小，方便攜帶，且該嵌入式計算機配有多種標準接口，可方便對系統進行功能擴展，后續開發過程可考慮完善以下功能：

1）加裝小型打印機，將繪制好的平衡系數曲線適時打印出來；

2）與計算機進行數據交換，將數據上傳到計算機。

經過現場測試試驗，該系統運行穩定。與用傳統方法測得的平衡系數測試曲線和測試結果基本一致。基于嵌入式計算機PCM-9361的便攜式平衡系統測試儀的開發和利用，減小了人為因素對測試結果的影響，縮短了檢測時間，提高了檢測效率，使檢測結果更可靠，對檢驗機構的電梯檢驗和施工單位的電梯安裝、改造、重大維修有一定的指導意義。

［1］李典偉.利用額定載荷靜態測試電梯平衡系數方法［J］.質量技術監督研究，2011，（2）：35-37.

［2］陳偉森.平衡系數對電梯運行的影響及其測量方法探究［J］.機電工程技術，2013，42（05）：104-107.

［3］毛懷新.電梯與自動扶梯技術檢驗［M］.北京：學苑出版社，2001.

［4］秦宜奮.曳引電梯平衡系數的合理配置及檢測［J］.中國特種設備安全，2013，29（9）：14-17.

［5］ TSG T7001—2009 電梯監督檢驗和定期檢驗規則——曳引與強制驅動電梯［S］.

Research on Elevator Balance Coeffi cient Test Instrument Based on Embedded Computer

Wang Le Zhou Rui Ji Jialin
（Tianjin Special Equipment Inspection Institution Tianjin 300192）

Aimed at the problem that the traditional elevator balance coeffi cient detection method is timeconsuming， laborious and ineffi cient with large error in detection result， a portable elevator balance coeffi cient test instrument is proposed which is based on embedded computer. This paper describes its hardware architecture and software process. Balance position detection of car and counterweight is completed by distance detection system using a single chip microcomputer as its core. Data communication is achieved with wireless communication between the host system and the distance detection system. Compared with traditional detection method， the application of this new instrument reduces human error， makes detection process more effi cient and makes detection results more accurate.

Balance coeffi cient Embedded computer Distance detection system Wireless

X941

A

1673-257X（2015）05-18-03

10.3969/j.issn.1673-257X.2015.05.004

王樂（1988～），男，碩士，助理工程師，從事特種設備機電類工作及研究。

2014-07-31）

communication