電梯門鎖嚙合深度集中監控系統研究

馬艷秋

（沈陽特種設備檢測研究院， 遼寧 沈陽 110035）

0 引言

隨著建筑行業的飛速發展， 建筑結構的復雜程度也在不斷提高，越來越多的高樓層出現，電梯作為建筑工程當中不可或缺的一員，使用的人數和頻率越來越高，而近年來的電梯使用過程中， 電梯發生故障的概率也隨之升高[1]。其中，由于電梯門故障導致，從而導致電梯門意外開啟， 使得乘梯人員墜入井道的事故時有發生， 危害性極大，嚴重影響到了電梯整體使用過程中的安全，是電梯安全檢驗中重點關注的項目。 電梯門鎖裝置是電梯門系統最重要的部件之一， 門鎖嚙合深度是否達標是判斷電梯門系統是否符合電梯運行要求的重要條件。

現階段對于電梯門鎖嚙合深度的檢測仍采用人工定期檢測的方式， 需要人工下井并采用直尺等測量儀器進行測量，精度低，人為主觀性影響嚴重，人力物力耗費高，且定期檢測的時效性差， 無法做到電梯門鎖嚙合深度的實時精準監測。 因此，對電梯門鎖嚙合深度集中監控具有重要意義。

本系統設計了一種電梯門鎖嚙合深度集中監控系統，該系統可以實時檢測門鎖的嚙合深度，并且通過無線傳輸將門鎖嚙合深度數據上傳到監控界面， 從而可以實現實時在線監測，保證電梯安全運行。 該系統在一定程度上節約了人力成本，并且避免了人為主觀性影響，提高了電梯監控系統的效率以及準確率。

1 系統設計

1.1 系統總體設計

電梯門鎖嚙合深度集中監控系統總體結構見圖1。

圖1 系統總體結構Fig.1 Overall structure of system

系統由STM32 單片機嚙合深度檢測單元、 無線傳輸模塊、 基于LabVIEW的監控界面組成。

嚙合深度檢測單元主要由激光測距傳感器組成，通過固定件加裝在電梯門鎖上，由激光測距傳感器得到電梯門鎖的嚙合深度數據。

無線傳輸模塊加裝在電梯門鎖上， 用于將嚙合深度檢測單元通過激光測距傳感器得到電梯門鎖的嚙合深度數據發送出去，再由遠程監控室進行接收。

監控界面由LabVIEW 的監控程序實現，用于將遠程監控室從無線傳輸模塊接收到的電梯門鎖的嚙合深度數據顯示出來，以供工作人員監控。

位于電梯門鎖檢測位置的檢測單元將獲取的電梯嚙合深度數據通過單片機串口經過無線傳輸模塊發送，遠程監控室通過傳輸控制協議/網絡協議（Transmission Control Protocol，TCP/IP）與無線傳輸模塊進行通信，利用LabVIEW 軟件設計監控界面， 實現電梯門鎖嚙合深度集中監控功能[2]。 其中，電梯門鎖嚙合示意圖見圖2。

圖2 電梯門鎖示意圖Fig.2 Schematic diagram of elevator door lock engagement

1.2 LabVIEW 監控界面設計

基于LabVIEW 的監控程序主要實現以下功能：

（1） 無 線 數 據 接收： 通過TCP/IP 協議接收通過無線傳輸模塊傳輸的電梯門鎖嚙合深度數據。

（2）電梯門鎖嚙合深度顯示：識別并提取門鎖嚙合深度的測量值，并在對應顯示框顯示。

（3）電梯門鎖嚙合深度不達標報警：當嚙合深度沒有達到要求值時，紅燈點亮報警。

（4）電梯門鎖嚙合深度閾值設置：設置門鎖嚙合深度最低值。

獲取由無線傳輸模塊傳輸的數據后， 開始對其進行數據分析處理和管理。監控界面的前面板見圖3。監控界面具有監測啟動和停止控制、門鎖嚙合深度顯示、門鎖嚙合深度閾值設置以及報警功能[4]。當檢測到嚙合深度小于7mm 時，相應樓層報警燈顯示紅色，并且按下停止按鈕，保證乘梯人員的安全，當檢測到嚙合深度合格時，按下啟動按鈕，電梯重新運行[5]。

圖3 監控界面Fig.3 Monitoring interface

LabVIEW 的框圖程序見圖4。即在此基礎上實現的數據管理，如數據顯示、報警指示等。

圖4 LabVIEW 框圖程序Fig.4 Program chart of LabVIEW

2 檢測方法及原理

激光測距技術是通過測量激光脈沖發射以及接收前后的時差或者相位變化來獲取距離信息， 具有測量精度高、抗干擾能力強等優點，目前廣泛應用于實時監測領域中。 所以，針對本文電梯門鎖嚙合深度的實時檢測，利用激光測距傳感器來獲取電梯門鎖嚙合深度， 并用于構建遠程監控系統，以達到精準、實時監測的效果。

本文采用脈沖式激光傳感器，主要包括激光收發系統、電源系統以及信號處理系統等。 發射端發射905nm 的激光脈沖，接收端利用帶有濾光片的APD 用于光電信號的轉換[3]。

單片機選擇STM32F407，該芯片的性能良好、功耗小、分辨率高，并且可以同時進行多通道測量。 STM32F407 通過SPI 總線設置工作方式，用于讀取并記錄脈沖發射時刻t1和反射回脈沖的時刻t2，故t1和t2之間的時間間隔為：

式中：c—光速。

3 實驗驗證

為了驗證本電梯門鎖嚙合深度集中監控系統的真實效果，我們使用真實的電梯門鎖，搭建了電梯門鎖嚙合深度集中監控系統實驗臺。

通過手動將電梯門鎖嚙合深度分別轉動至5.00、6.00、7.00、8.00、9.00 的位置處，查看LabVIEW 監控界面，得到測量值。每組數據經過100 次實驗之后，得到5 組平均測量值。

通過本次搭建的電梯門鎖嚙合深度集中監控系統實驗臺，進行了100 次的測量實驗，實驗結果表明，本電梯門鎖嚙合深度集中監控系統的檢測精度誤差≤0.02mm，其實驗結果見表1。

表1 實驗結果Tab.1 Experimental results

4 效益分析

當今電梯的使用已經越來越普遍，確定電梯門鎖的安全問題是電梯安全中一項重要的課題。然而對于電梯門鎖嚙合深度的安全問題，目前并沒有有效的在線監測解決方案。本電梯門鎖嚙合深度集中監控系統解決了電梯門鎖嚙合深度在線監測的問題，實現了門鎖嚙合深度數據可視化的效果，可以加強人們對電梯安全的信任，大幅度減少由電梯門鎖產生的安全事故，保障了乘客及工作人員的人身安全，具有廣泛的適用性，產生了顯著的社會效益。

由于現有的人口增長迅速， 土地的面積已經越來越不能容納這些人口，因此樓層的增高勢在必行，而由此而體現出的電梯的應用也越來越重要，越來越日常，為了降低人們乘坐電梯的風險， 使目前頻繁出現的電梯悲劇數量降低， 對于電梯門鎖安全問題的研究仍然是非常重要的，相比于傳統的人工檢測電梯門鎖嚙合深度，本電梯門鎖嚙合深度集中監控系統僅采用激光測距傳感器、 無線傳輸模塊、LabVIEW 界面，就能夠實現比傳統檢測方法更精準、實時的效果。并且電梯門鎖嚙合深度集中監控系統可以加裝在現有的電梯門鎖上， 無需更換現有的電梯門鎖。 低成本、高精度以及高適用性，可為電梯安全防護措施帶來可觀的效益。

5 結論

本系統利用激光測距傳感技術， 通過單片機與Lab-VIEW 相結合的方式，設計并構建了一種電梯門鎖嚙合深度集中監控系統。 應用這一監控系統對電梯門鎖的嚙合深度進行遠程監控。 文中方案將單片機采集到的數據由無線傳輸模塊發送進行無線傳輸， 上位機采用LabVIEW技術通過TCP/IP 協議與單片機進行通訊，從而實現數據的接收，且采集到的數據精度達到毫米級[6]。通過測試，這一監控系統能實時監測到電梯嚙合深度， 檢測精度誤差≤0.02mm，穩定性高，保障了電梯的安全運行。