電梯轎廂意外移動距離測量裝置研究

王磊，王齊剛，蔣濤

（上海市特種設備監督檢驗技術研究院，上海 200333）

電梯檢規提出轎廂意外移動保護裝置試驗要求，轎廂在井道上部空載，以型式試驗證書所給出的試驗速度上行并觸發制停部件，僅使用制停部件能使電梯停止，轎廂的意外移動距離在型式試驗證書給出的范圍內。檢驗過程中，施工調試人員可根據電梯制造單位提供的試驗方法對電梯轎廂意外移動保護裝置功能進行試驗并由檢驗人員現場確認。而有關轎廂的意外移動距離值很難準確測量，電梯制造單位提供的轎廂意外移動保護裝置型式試驗證書中并未提供準確的測量方法，轎廂意外移動距離值測量是檢驗中的一個難點。本文提出一套測量裝置，通過相應測量方法測量和計算，從而驗證轎廂意外移動距離是否在型式試驗證書給出的范圍內。

1 轎廂意外移動保護裝置簡介

轎廂意外移動是指在開鎖區域內且開門狀態下，轎廂無指令離開層站的移動，不包含裝卸載引起的移動。轎廂意外移動的常見原因有：電梯制動器制動力力矩不足、傳動裝置失效、控制系統故障導致停梯開閘、門鎖回路被人為短接等。轎廂一旦發生意外移動，會對乘客造成剪切、擠壓等嚴重傷害。為了減少此類事故的發生，GB 7588-2003《電梯制造與安裝安全規范》第1號修改單中提出轎廂意外移動保護裝置（unintended car movement protection system簡稱UCMP），當層門未被鎖住且轎門未關閉的情況下，由于轎廂安全運行所依賴的驅動主機或驅動控制系統的任何單一元件失效引起轎廂離開層站的意外移動，轎廂意外移動保護裝置應制停電梯。轎廂意外移動保護裝置由檢測子系統、制停子系統和自監測子系統組成，檢測子系統檢測轎廂是否發生意外移動，當檢測子系統檢測到轎廂發生意外移動時觸發制停子系統動作，由制停子系統制停轎廂。電梯通過配置轎廂意外移動保護裝置可以有效避免“開門溜車”事故的發生。

2 電梯轎廂意外移動距離測量裝置原理

本文提出了一種電梯轎廂意外移動距離測量裝置，該裝置采用近距離無線傳輸Zigbee技術，通過建立無線傳感網絡完成整個測量過程。

該裝置系統原理如圖1所示，轎廂位置信號由平層感應器信號變化獲取并傳輸給微控制器，位移傳感器用來測量距離。微控制器和協調器（Zigbee協調節點）進行串口連接，兩者通過串口通信協議進行數據交互。終端設備（Zigbee終端節點）對位移傳感器進行數據采集和控制，其自身具備模數轉換功能，將位移傳感器采集的模擬量轉化為數字量。Zigbee協調節點主要負責完成Zigbee終端節點的數據解析和轉發功能。而Zigbee終端節點主要負責接收從Zigbee協調節點發來的指令，對相應的終端設備進行控制，如獲取位移傳感器的數據值并反饋給Zigbee協調節點。Zigbee協調器節點解析信息并轉發給微控制器。Zigbee協調節點和Zigbee終端節點通過相關通信協議進行通信。微控制器對位移傳感器測量數據進行處理并計算出距離值。

圖1 系統原理圖

如圖2所示為電梯轎廂意外移動距離測量裝置系統結構圖，位移傳感器安裝于轎廂頂部，測量其與井道頂面的距離值h，微控制器進入測量模式，轎廂位于次頂層平層位置，電梯進行轎廂意外移動保護裝置功能試驗，通過操作控制柜驅動電梯以型式試驗證書給出的試驗速度上行，當電梯運行至脫離平層位置，平層感應器給微控制器轎廂位置信號，微控制器通過無線通信方式采集位移傳感器測量數據作為起點值，電梯運行至轎廂意外移動保護裝置制停子系統制停電梯，位移傳感器測量終點距離值并傳輸給微控制器。微控制器通過起點和終點距離值計算出轎廂意外移動距離值。

圖2 測量系統結構圖

為提高準確性，在計算轎廂實際意外移動距離時應進行補償。設電梯檢測子系統的響應時間為T1，微控制器響應電梯位置傳感器信號變化直至微控制器采集到位移傳感器初始位置數據的系統響應時間為T2。設定電梯型式試驗規定的運行速度為V，由微控制器計算得出轎廂意外移動距離為S1，轎廂實際意外移動距離為S，則：

3 Zigbee無線模塊設計

本設計采用TI公司CC2530芯片作為無線傳感模塊，芯片釆用8051微控制器內核，建立在基于標準協議IEEE802.15.4之上的Zigbee協議棧，CC2530片上集成了高靈敏度，抗干擾性強的射頻收發組件電路。該芯片ADC具備 14位的模擬數字轉換，能滿足位移傳感器的數據精度。如圖3所示為Zigbee無線模塊原理圖，阻容巴倫電路作為外部天線電路實現無線通信功能，C19、C20為隔直電容，C21與L4構成高通濾波器，C22與L5構成低通濾波器，信號經兩種濾波器處理后，相位分別超前和滯后了90°，從而實現了差分信號到單端信號的轉換。

圖3 Zigbee無線模塊原理圖

圖4 所示為轎廂意外移動距離測量裝置測量過程主程序流程圖，系統初始化完成進入UCMP測試程序，當微控制器收到轎廂脫離平層感應器位置信號，微控制器采集位移傳感器初始位移數據，當UCMP制停轎廂，微控制器采集位移傳感器最終距離數據并通過相應算法計算出距離值。

圖4 主程序流程圖

4 結語

本文研究了一種電梯轎廂意外移動距離測量裝置，該系統裝置采用低成本、低功耗的Zigbee無線傳輸技術，結構簡單、準確性高，可應用于檢驗過程中電梯轎廂意外移動距離測量。