新型电梯综合性能测试仪的设计与应用

祝新伟，徐连荣，朱亚军，黄凯，李东洋

（1.嘉兴市特种设备检测院，浙江 嘉兴 314050；2.湖州市特种设备检测中心，浙江 湖州 313000；3.丽水市特种设备检测院，浙江 丽水 323000；4.浙江省联合特种设备研究院，杭州 310023）

新型电梯综合性能测试仪的设计与应用

祝新伟1，徐连荣2，朱亚军3，黄凯4，李东洋4

（1.嘉兴市特种设备检测院，浙江 嘉兴 314050；2.湖州市特种设备检测中心，浙江 湖州 313000；3.丽水市特种设备检测院，浙江 丽水 323000；4.浙江省联合特种设备研究院，杭州 310023）

针对目前电梯检测过程中工作量大、测量不精确及测量时需携带大量测量仪器等问题，提出一种以嵌入式STM32F407ZE处理器为核心，基于Android5.1操作系统的新型电梯综合检测仪，完成电梯速度、振动加速度、平衡系数及噪声的多项参数检测分析。阐述了系统的总体设计及测试功能在实际过程中的应用，试验结果表明该仪器实现了电梯运行性能的可视化测量与现场分析，提高了检验工作效率。

电梯检测；智能；微处理器；多功能测试

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.054

1 引言

近年来，随着我国经济的快速发展，电梯被广泛应用于高层建筑中，成为日常生活中不可或缺的交通工具[1]。考虑到我国各城市人口密度较大，电梯使用频繁，导致其长时间处于高强度运行状态，存在一定安全隐患，据我国特种设备安全状况统计数据显示，近几年来，我国平均每年的电梯事故都在60起左右[2]。

电梯的运行速度、振动加速度、平衡系数和噪声等作为电梯的重要参数，直接影响着电梯的运行安全。本文针对传统电梯检测仪存在检测参数单一、价格昂贵、不易携带等问题[3-5]，提出一种为检验人员量身定制的便携式新型电梯综合性能测试仪，集成多种常规电梯检测仪器功能于一体，具有体积小、功能强、成本低、便携性好等优点。

2 测试仪系统设计

电梯综合性能测试仪由传感器、信号采集模块、信号处理模块及电源模块等组成，测试仪总体设计结构如图1所示。

图1 电梯综合性能测试仪总体设计结构

2.1 传感器

在满足计量指标下，选用三轴加速度传感器型号AKE39T，量程±2g，分辨率0.6mg/LSB；三相有功功率计AOB193P，精度1%，量程30kW；电容噪声计型号GM1356，频率范围20Hz~ 12.5kHz，量程30~130dB；三款传感器均带RS485输出。滚轮计米器LD3806-600BM，用MCU(MicroControlUnit，微控制器)中的定时器记录其输出脉冲的个数。

2.2 信号采集模块

测试仪以 ST公司 32位 Cortex-M4嵌入式微处理器STM32F407为核心，具有USB、UART、定时器等功能部件及单精度浮点运算部件，带总线扩展接口，可直接连接SRAM(Static RadomAccessMemory)芯片，简化了检测电路的硬件组成，降低了硬件成本。

2.3 信号处理模块

选用带电容触屏的10"PAD作为测试仪主机，在Android 5.1操作系统和Eclipse开发环境下基于Java语言进行电梯运行性能分析软件编写，完成对电梯检测参数的数据计算、性能分析、显示和存储。

2.4 电源模块

主电池采用12V4Ah可充电锂电池，自带充电保护电路。考虑到信号采集和传感器工作需要的电源包括5V和3.3V电压，通过LM22676-ADJ电源芯片对12V主电压进行电压转换实现。

3 测试仪功能研制

检测仪主要用于实现电梯速度、加速度、平衡系数及噪声的性能检测分析，包括轿厢运行速度、电梯门开关速度、曳引速度、轿厢振动加速度、平衡系数和噪声测试。电梯门开关速度、曳引速度直接通过滚轮计米器进行接触式测量，利用STM32F407微处理器中的定时器记录计米器输出脉冲个数，通过滤波分析处理实现速度检测；轿厢振动测试通过三轴加速度传感器测量实现，利用三轴加速度传感器实现轿厢运行过程中X/Y/Z三轴加速度信号采集，对测得的振动原始信号进行滤波分析实现振动加速度测量，并结合最大振动峰值，进行振动结果分析；轿厢速度测试则在获取三轴加速度信号后进行辛普森数值积分[6]计算分析，实现轿厢运行速度测量；平衡系数测试通过功率计检测曳引机实际消耗的有功功率及三轴加速度传感器检测轿厢的运行速度，结合功率法[7]计算，完成平衡系统测量；噪声测试通过噪声计分别测试获取关注位置的背景噪声和噪声值，并对噪声值信号进行背景噪声修正，通过滤波处理后实现噪声测量。

4 测试仪应用

4.1 速度/振动加速度检测

选择额定速度为1m/s，额定载荷为1000kg的乘客电梯进行轿厢运行速度检测，放置三轴加速度传感器在轿厢地板中心半径为100mm的圆形范围内[8]，Z轴垂直于地板，X轴正对轿门，测得三轴振动加速度信号如图2所示，由图2可知Z轴加速度信号反应轿厢启动、加速、匀速、减速过程，X轴和Y轴反应轿厢侧向晃动。通过滤波处理和积分计算，得到轿厢运行加速度和速度，如图3所示，可知轿厢运行速度在匀速段为0.99m/s，加速度在-0.57~0.75m/s2之间，根据GB/T10058—2009《电梯技术条件》，测试结果显示加速度性能参数完全达到要求，近似额定速度。该电梯基本满足整机性能要求。

4.2 平衡系数检测

在测试时，安装有功功率计在曳引机变频器输出端；放置三轴加速度传感器在轿厢地板中心，用于检测轿厢运行速度。测量电梯一次升程和降程信号，实现平衡系数计算。

选择额定速度为1.5m/s，额定载荷为1000kg的乘客电梯进行平衡系数测试，测量获取轿厢上行/下行至与对重同一水平位置时电梯功率和轿厢运行速度，通过公式（1）计算出平衡系数为0.446，根据GB/T10058—2009《电梯技术条件》，曳引式电梯平衡系数应在0.4~0.5范围内，该电梯满足平衡系数测试要求。

式中，K为平衡系数；Ps为轿厢上行至与对重同一水平位置时电梯运行功率，W；Px为轿厢下行至与对重同一水平位置时电梯运行功率，W；vs为轿厢上行与对重同一水平位置时电梯运行速度，m/s；vx为轿厢下行至与对重同一水平位置时电梯运行速度，m/s；Q为电梯额定载荷（从被测电梯的基本参数得到），kg；g为重力加速度。

图2 三轴振动加速度信号

图3 三轴加速度分析结果

图4 乘客电梯轿厢开关门过程噪声测量结果

4.3 噪声检测

以轿厢开关门过程噪声检测为例，对额定速度为1m/s的乘客电梯进行噪声测量，放置电容噪声计于电梯轿厢地板上方1.5m±0.1m处位置[7]，测得轿厢噪声结果如图4所示。在测试中噪声最大为60dB，根据GB/T10058—2009《电梯技术条件》规定，开关门过程中轿厢内最大噪声值为65dB（v≤2.5m/s），表明该电梯轿厢开关门过程噪声检测满足相关性能要求。

5 结语

本文针对电梯日常检验的需求，在分析传统检测仪器的基础上，采用高性能嵌入式技术和面向对象程序设计，研制开发新型电梯综合性能测试仪，实现电梯检测参数的快速、可视化测量分析。测试仪以其多功能、模块化及便携性好等特点，便捷了检验人员的现场操作，提高了检验的工作效率。

【1】王倩,万莅新.基于ARM的电梯能效检测系统设计[J].自动化与仪器仪表,2010(5):25-26.

【2】2015年全国特种设备安全状况白皮书[R].国家质量监督检验检疫总局,2009.

【3】何丽,石丽华,贾晋杰,等.基于AT89系列单片机的手提式电梯限速器测试仪[J].微型机与应用,2014,33(11)：94-96.

【4】孟红星,许士瑞.电梯加速度测试仪及其应用[J].电梯工业,2002(3):31-33.

【5】郑建军,陈志军.便携式电梯限速器测试仪的设计[J].工业控制计算机, 2012,25(2):103-104.

【6】毛怀新.电梯与自动扶梯技术检验[M].北京：学苑出版社,2001.

【7】GB/T24474—2009电梯乘运质量测量[S].

Design and Application of New Elevator Comprehensive Detector

ZHUXin-wei1,XULian-rong2,ZHUYa-jun3,HUANGKai4,LIDong-yang4
(1.JiaxingSpecialEquipmentInspectionInstituteJiaxing314050,Chin;2.HuzhouSpecialEquipmentInspectionCenterHuzhou313000,China；3.LishuiSpecialEquipmentInspectionInstituteLishui323000,China；4.ZhejiangUnionSpecialEquipmentInstituteHangzhou310023,China）

Aiming at various problems during elevator detection, such as heavyworkload, inaccuracy in measurement, and large quantity of instruments in themeasurement, a newelevator integrated detector is proposed,which uses an embedded STM32F407ZE as the core, andAndroid 5.1 as operating system, to completetheelevatorspeed,vibrationacceleration,balancingfactorandnoiseanalysisofthemulti-parameterdetection.Theoveralldesignofthe systemand the function in the process of actual application is elaborated.Test results showthat the visualmeasurement and analysis on-site of elevator's running performance,whichimprovestheworkefficiencyofdetection.

elevatordetection;intelligence;microprocessor;multifunctionaltest

TP216

B

1007-9467（2016）07-0083-03

2016-6-1

浙江省安全生产科技计划项目（2014A1001）

祝新伟（1967~），男，浙江嘉兴人，高级工程师，主要从事特种设备安全技术研究，（电子信箱）kayhwang@126.com。