一種自動扶梯多功能同步動態(tài)檢測儀的研究與應(yīng)用

易曉蘭++朱振國

摘 要：本文介紹了一種自動扶梯多功能同步動態(tài)檢測儀的設(shè)計方案、技術(shù)實現(xiàn)以及應(yīng)用情況。儀器設(shè)能快速實現(xiàn)自動扶梯運行速度、加速度、扶手帶與梯級速度同步率、制停距離、梯級兩側(cè)與圍裙板之間的距離、水平區(qū)段前后梯級高度差、梯級塌陷開關(guān)和梯級之間距離等多參數(shù)的動態(tài)同步精確檢測，適用于自動扶梯生產(chǎn)、使用、維保單位和檢驗檢測機構(gòu)對制動距離等關(guān)鍵參數(shù)進行簡便快速檢測。

關(guān)鍵詞：自動扶梯、速度同步率、動態(tài)間距、動態(tài)檢測

1.引言

近年來自動扶梯事故頻發(fā)，安全檢驗形勢嚴(yán)峻，對自動扶梯的檢驗技術(shù)提出了更高的要求。自動扶梯運行的參數(shù)很多，扶手帶速度同步率等、制停距離等速度相關(guān)參數(shù)異常容易導(dǎo)致扶梯運行不穩(wěn)從而致使乘客站立不穩(wěn)而摔倒，梯級兩側(cè)與圍裙板間距等距離相關(guān)參數(shù)則容易導(dǎo)致乘客在乘梯過程中腳、衣物等被夾持牽絆，從而釀成危險，比如梯級兩側(cè)與圍裙板間距過大容易引起腳趾擠壓事故，水平區(qū)段前后梯級高度差容易絆倒乘客，梯級塌陷開關(guān)失效容易則引起更為嚴(yán)重的事故。

因此國標(biāo)GB 16899-2011《自動扶梯和自動人行道制造與安裝安全規(guī)范》和特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范TSGT7005-2012 《自動扶梯與自動人行道監(jiān)督檢驗和定期檢驗規(guī)程》對制停距離、梯級高度差等與乘客生命財產(chǎn)安全息息相關(guān)的參數(shù)提出了明確的量化檢驗要求。

針對以上項目，目前國內(nèi)自動扶梯檢驗機構(gòu)和制造廠家多采用轉(zhuǎn)速表、直尺等單項儀表和工具手動測試，檢驗精度低、誤差大，而效率相對較低，不能準(zhǔn)確反應(yīng)自動扶梯運行狀況，現(xiàn)行檢驗技術(shù)的原始低下國家強制標(biāo)準(zhǔn)要求難以落實，自動扶梯因以上運行參數(shù)異常導(dǎo)致安全事故仍然層出不窮。因此完善檢驗手段，提升檢驗技術(shù)，保障自動扶梯的安全運行迫在眉睫，研發(fā)自動的、通用的、多功能的自動扶梯檢測儀器十分必要。

2.總設(shè)計方案

自動扶梯多功能同步動態(tài)檢測儀正是基于以上背景而研制的一種便攜式的智能化檢測儀器，用于自動扶梯運行速度、加速度、扶手帶與梯級速度同步率、制停距離等速度相關(guān)參數(shù)，以及梯級兩側(cè)與圍裙板之間的距離、水平區(qū)段前后梯級高度差、梯級塌陷開關(guān)和梯級之間距離等距離相關(guān)參數(shù)的精確檢測。

儀器從檢測功能的角度分為速度類和距離類，速度類采用兩側(cè)扶手帶和梯級三路測速裝置同步檢測，距離類采用高精度激光測距傳感器配合不同的檢測工裝實現(xiàn)精確測試。儀器包含速度類、距離類多路傳感器、不同功能的專用檢測工裝、主機、數(shù)據(jù)采集盒。速度類采用有線連接，距離類采用藍(lán)牙無線傳輸。系統(tǒng)原理框圖如圖1。

兩側(cè)扶手帶與梯級三路速度傳感器通過線纜與主機連接，兩路測距傳感器通過數(shù)據(jù)采集盒經(jīng)藍(lán)牙與主機連接，主機包括ARM核心的主控單元，采用鋰電池供電，配有彩色觸控顯示屏顯示人機界面以及測試結(jié)果、過程曲線等，配有微型打印機現(xiàn)場打印測試結(jié)果，采用專業(yè)存儲芯片用以保存設(shè)置的參數(shù)和測試記錄。

從結(jié)構(gòu)的角度，自動扶梯多功能同步動態(tài)檢測儀由主機和配件箱組成。配件箱包含兩個扶手帶測速裝置、一個梯級測速裝置、兩個測距傳感器、一個數(shù)據(jù)采集盒、相關(guān)的機械工裝。

兩個扶手帶測速裝置用來檢測兩側(cè)扶手帶的運行速度，采用吸盤吸附在護壁板上，通過調(diào)節(jié)活動測試臂使得測速輪壓緊在扶手帶上，扶梯運行，扶手帶通過摩擦力帶動測速輪，從而帶動其同軸的旋轉(zhuǎn)編碼器，從而測試運行速度。

梯級測速裝置用來測試梯級運行速度，采用吸盤吸附在圍裙板上，通過調(diào)節(jié)測試臂使得測速輪壓緊在梯級踏板上，扶梯運行，踏板通過摩擦力帶動測速輪，從而帶動其同軸的旋轉(zhuǎn)編碼器，從而測試運行速度。

機械工裝包括梯級圍裙板間隙檢測工裝、梯級高度差檢測工裝、梯級塌陷檢測工裝和垂直標(biāo)尺。

兩個測距傳感器為高精度激光測距傳感器，配合不同機械工裝，用來檢測梯級兩側(cè)與圍裙板間隙、水平區(qū)段相鄰梯級高度差、梯級塌陷開關(guān)打桿頂端與梯級下緣的距離。

測距傳感器信號通過數(shù)據(jù)采集盒經(jīng)藍(lán)牙端口無線傳輸至主機。

主機基于ARM嵌入式系統(tǒng)，高速采集速度數(shù)據(jù)和距離數(shù)據(jù)，并進行綜合分析處理，得到測試結(jié)果，顯示測試結(jié)果并存儲和打印。

3.技術(shù)實現(xiàn)

3.1 機械設(shè)計

儀器機械設(shè)計包括主機箱設(shè)計、扶手帶測速裝置設(shè)計、梯級測速裝置設(shè)計、梯級圍裙板間隙檢測工裝設(shè)計、梯級高度差檢測工裝設(shè)計、梯級塌陷檢測工裝設(shè)計、數(shù)據(jù)采集盒設(shè)計。

3.1.1 主機箱設(shè)計

主機箱用來放置安裝主控板、電池、液晶屏、打印機、各路傳感器接口、充電接口等，考慮便攜、密封、美觀等因素，主機設(shè)計如圖2，主機面板如圖3。

3.1.2扶手帶測速裝置設(shè)計

兩個扶手帶測速裝置用來檢測兩側(cè)扶手帶的運行速度，采用吸盤吸附在護壁板上，通過調(diào)節(jié)活動測試臂使得測速輪壓緊在扶手帶上，扶梯運行時扶手帶通過摩擦力帶動測速輪，從而帶動其同軸的旋轉(zhuǎn)編碼器，從而測試運行速度。扶手帶測速裝置設(shè)計有兩節(jié)活動測試臂，調(diào)節(jié)幅度大，操作靈活，可以保證對各種形式護壁板你、扶手帶的通用性。 扶手帶測速裝置如圖4。

3.1.3梯級測速裝置設(shè)計

梯級測速裝置用來測試梯級運行速度，采用吸盤吸附在圍裙板上，通過調(diào)節(jié)測試臂使得測速輪壓緊在梯級踏板上，扶梯運行，踏板通過摩擦力帶動測速輪，從而帶動其同軸的旋轉(zhuǎn)編碼器，從而測試運行速度。梯級測速裝置設(shè)計精巧，安裝方便，通用性強，梯級測速裝置如圖5。

3.1.4 梯級圍裙板間隙檢測工裝設(shè)計

兩個梯級圍裙板間隙檢測工裝配合兩個測距傳感器來檢測扶梯運行過程中梯級兩側(cè)與圍裙板間隙。測距傳感器為高精度激光傳感器，梯級圍裙板間隙檢測工裝采用帶彈性鉗口的底座鉗在圍裙板附近的梯級齒上，激光傳感器安裝于底座上，測試時，工裝隨著梯級運行，測得梯級板兩側(cè)與圍裙板的動態(tài)間距。梯級圍裙板間隙檢測如圖6。

3.1.5梯級高度差檢測工裝設(shè)計

梯級高度差檢測工裝配合測距傳感器檢測自動扶梯水平區(qū)段前后相鄰梯級高度差。梯級高度差檢測工裝設(shè)置有橫梁，橫梁上設(shè)有手動吸盤，橫梁兩端剛性連接水平測試臂，兩個垂直測試臂上端連接水平測試臂，下端通過滑動軸連接兩個活動測試端，活動測試端下方的滾輪支撐在自動扶梯的梯級踏面上，自動扶梯運行，前后相鄰兩個梯級之間的高度差使得滾輪和活動測試端沿著滑動軸上下滑動，兩個垂直測試臂上均設(shè)有激光測距傳感器，檢測與兩個活動測試端面的距離變化，計算獲得相鄰兩個梯級的高度差。梯級高度差檢測工裝如圖7所示。

3.1.6梯級塌陷檢測工裝設(shè)計

梯級塌陷檢測工裝配合測距傳感器檢測自動扶梯梯級塌陷開關(guān)打桿頂端與梯級下緣之間的距離。塌陷開關(guān)距離測試工裝將激光測距傳感器固定于打桿上端附近，激光傳感器固定于底座，底座中心開孔套在塌陷開關(guān)打桿上，保證測試方向與打桿方向平行的同時，也防止工裝滑脫、墜落，扶梯運行過程中，激光傳感器實時檢測動態(tài)距離，測得的梯級塌陷開關(guān)打桿頂端距離梯級下緣的距離。梯級塌陷檢測如圖8。

3.1.7數(shù)據(jù)采集盒設(shè)計

梯級兩側(cè)與圍裙板間隙等距離類參數(shù)測試，由于需要在扶梯運行過程中動態(tài)測試，傳感器位于梯級上隨之運行，或者位于桁架內(nèi)部，若采用有線傳輸，傳感器線纜不但要有足夠長度，勢必還妨礙運行，甚至造成危險，因此采用無線傳輸技術(shù)實現(xiàn)激光傳感器實時數(shù)據(jù)傳輸。

設(shè)計外形小巧的數(shù)據(jù)采集盒，激光傳感器線纜連接到數(shù)據(jù)采集盒，由數(shù)據(jù)采集盒經(jīng)藍(lán)牙將測試數(shù)據(jù)無線傳輸至主機。測試梯級兩側(cè)與圍裙板間距時，數(shù)據(jù)采集盒放置在梯級兩側(cè)與圍裙板間距檢測工裝所安裝的梯級上隨著運行，動態(tài)測試，測試水平區(qū)段梯級高度差時，數(shù)據(jù)采集盒放置在梳齒板上，測試梯級塌陷開關(guān)打桿頂端與梯級下緣之間的距離時，數(shù)據(jù)采集盒放置在附近桁架上不妨礙運行的位置。數(shù)據(jù)采集盒設(shè)計如圖9。

3.2電氣設(shè)計

儀器電氣硬件設(shè)計內(nèi)容包括速度傳感器選擇、距離傳感器選擇、無線傳輸方案設(shè)計、主控電路板設(shè)計等。

3.2.1 速度傳感器選擇

速度測試采用測速輪+旋轉(zhuǎn)編碼器的型式，測試時被測扶手帶或梯級通過摩擦驅(qū)動旋轉(zhuǎn)編碼器前端的測速輪，測速輪帶動旋轉(zhuǎn)編碼器轉(zhuǎn)動，發(fā)生脈沖信號，測出自動扶梯扶手帶及梯級單位時間的脈沖數(shù)，測速輪直徑已知，即可導(dǎo)出速度和加速度。旋轉(zhuǎn)編碼器選用500脈沖每周的規(guī)格，足以滿足測試精度要求。

3.2.2距離傳感器選擇

無論是梯級/踏板與圍裙板間隙，還是梯級塌陷開關(guān)打桿頂端與梯級下緣距離，其本質(zhì)是距離檢測。其特殊要求：非接觸測量，被測距離小，僅有幾個毫米，并且要求傳感器響應(yīng)速度快。因此采用激光測距傳感器，能實現(xiàn)無接觸距離測量，速度快，精度高，抗光、電干擾能力強等優(yōu)點，適用于微小距離的動態(tài)測量。

3.2.3無線傳輸方案設(shè)計

由于需要在扶梯運行過程中動態(tài)測試，傳感器位于梯級/踏板上隨之運行，或者位于桁架內(nèi)部，若采用有線傳輸，傳感器線纜不但要有足夠長度，勢必還妨礙運行，因此采用藍(lán)牙無線傳輸技術(shù)實現(xiàn)激光傳感器實時數(shù)據(jù)傳輸。

3.2.4主控電路板設(shè)計

主控電路板采用采用ARM7內(nèi)核的控制器LPC2368開發(fā)嵌入式微處理程序。采用7寸的彩色液晶觸摸顯示屏，開發(fā)人際交互界面，通過串口與主芯片進行通訊，實現(xiàn)圖片、數(shù)據(jù)和曲線的顯示及觸控操作。選用微型熱敏打印機，通過串口與主芯片進行通訊，實現(xiàn)測試結(jié)果的現(xiàn)場打印。采用專業(yè)存儲芯片AT45DB321，4.3M字節(jié)的主存儲器容量，可存儲連續(xù)測試約18小時的數(shù)據(jù)。采用7.4V鋰電池供電，克服檢驗現(xiàn)場電源限制。

4 現(xiàn)場測試

現(xiàn)場測試時，首先安裝好相應(yīng)的測試裝置，連接線纜，開機測試，啟動扶梯，儀器在扶梯運行過程中動態(tài)采集數(shù)據(jù)，并自動計算測試結(jié)果。

使用自動扶梯多功能同步動態(tài)檢測儀對某臺自動扶梯的運行速度、加速度、制停距離等進行測量，儀器顯示的測試結(jié)果如圖10，梯級高度差測試結(jié)果如圖11。

5.結(jié)語

自動扶梯多功能同步動態(tài)檢測儀，能準(zhǔn)確實現(xiàn)自動扶梯的運行速度、加速度、制停距離、梯級高度差等參數(shù)的定量檢測，在自動扶梯運行過程中測試，真實地反應(yīng)設(shè)備運行狀況，并且多參數(shù)動態(tài)同步檢測，一次測試得出多項參數(shù)，大大提升檢測檢驗效率，為自動扶梯安全運行提供了先進、科學(xué)和急需的檢測儀器。

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【文章編號】1627-6868（2017）05-0003-03

【作者簡介】易曉蘭，女，工程師，碩士研究生，主要從事電梯檢驗與管理。