一种自动扶梯运行参数快速精确检测方法的设计与实现

梁敏健 戚政武 杨宁祥



一种自动扶梯运行参数快速精确检测方法的设计与实现

梁敏健 戚政武 杨宁祥

（广东省特种设备检测研究院珠海检测院 珠海 519002）

摘 要：针对扶梯运行参数常用检测方法及仪器存在误差大、操作复杂、效率低的不足，提出了一种快速精确的检测方法。首先通过一个可快速安装拆卸的信号采集模块对扶梯的梯级速度、扶手带速度、制停距离和减速度进行采集，结合制停同步触发信号，再对采集的脉冲信号进行处理和计算，实现了扶梯和人行道运行参数的快速精确检测。

关键词：自动扶梯 自动人行道 运行参数 快速检测

据国家质检总局公布数据，截止2015年底我国电梯保有量已经超过400万台。自动扶梯和自动人行道（以下简称自动扶梯）约占电梯总数的10%，被广泛应用在商场、超市、地铁站、火车站、机场、医院、学校等公共场所和人流聚集的场合。扶梯的运行状况是否良好通常会表现在梯级速度、扶手带同步率、制动距离以及制动减速度等运行参数上，若上述参数超标会带来安全隐患，甚至引起严重安全事故。如扶手带与梯级不同步容易引起摔跤，扶梯制停距离过大可能导致扶梯的梯级缺失保护装置不能起到有效保护作用，制动力矩不足可能引起非操纵逆转事故等［1］。因此在扶梯的安装、保养、检测和定期检查中对扶梯的运行参数进行检测是十分必要的，也是保障扶梯安全运行的重要措施。

目前对扶梯的梯级或扶手带速度测量常常采用转速表人工测量，存在误差大和读数不稳定的缺点；制停距离的常用方法较为复杂，需要打开控制柜接入扶梯制动器的供电回路，这不仅容易对自动扶梯造成一定程度损坏，而且还增加了操作的复杂度，费时费力［2］。我国扶梯数量多，维保检查及检测任务繁重，因此需要一种安装便捷，快速准确的运行参数检测方法及仪器。基于以上考虑，本文提出了一种扶梯运行参数快速检测方法及仪器：使用一个可快速安装（拆卸）的信号采集模块分别对梯级速度、扶手带速度、运行距离信号进行实时采集，结合同步制停信号，经一定的信号处理和计算，可得到扶梯运行速度、扶手带速度（同步偏差）、制停距离及最大减速度值。

1 系统工作原理

图1是该仪器的系统原理框图，一个可快速安装（拆卸）的信号采集模块（见图2）可对梯级运行速度、运行距离、扶手带速度进行实时采集，并传输到信号处理和计算模块进行处理计算，一个用于触发急停开关的制停同步触发装置（见图7）把产生的同步信号，传输到信号处理及计算模块作为制停开始信号。当把采集模块安装在水平梯级上（见图3），可测量梯级速度、制停距离及最大减速度；当把信号采集模块安装在扶手带上（见图4），可测量扶手带速度。人机交互及显示模块则以曲线和数字方式显示并保存扶梯的实时速度、扶手带速度、制停距离，最大制动减速度等参数。

图1　系统工作原理框图

2 可快速安装（拆卸）的信号采集模块的设计与实现

如图2所示，该模块是整个检测系统的重要部分，包括固定部件与采集部件两大部分，其中，固定部件包括三段式可调节结构的固定臂11、用以吸附于围裙板上的吸盘12，及用以连接测速部件的若干销孔13。采集部件包括固定销21及旋转编码器22、胶轮23、联轴器24。固定臂11的销孔端设置为中空的插入槽，固定销21可插入其中并通过销孔13固定，由于销孔13可设置于插入槽壁的不同位置，使得固定销21插入深度可调，以提高装置的适应性［3］。进行梯级速度、制停距离、制停减速度测量时，真空吸盘安装在扶梯入口水平段梯级（一般安装在第一个梯级）的围裙板上，通过调整固定臂11和固定销21的插入深度，使得胶轮23与水平梯级良好接触（如图3所示）；进行扶手带速度测量时，真空吸盘安装在扶梯护壁板（通常是光滑的玻璃），通过调整固定臂11和固定销21的插入深度，使得硅胶轮23与扶手带的中央水平部分良好接触（如图4所示）［4］。

图2　信号采集模块结构图

图3　梯级速度（制停距离）测量时模块安装示意图

图4　扶手带速度测量时模块安装示意图

与扶梯梯级直接接触的胶轮23采用标准周长200mm/圈的耐磨性橡胶轮，其与旋转编码器22（编码器的分辨率为2000脉冲/圈，因此制停距离的分辨率可达0.1mm）通过弹性联轴器24同轴连接。当胶轮23随扶梯梯级转动时，旋转编码器22同步转动并生成脉冲信号，脉冲信号传输至信号处理及计算模块后便可得出对应的当前扶梯速度、制停距离、制动减速度。通常，扶梯梯级之间存有对检测结果带来不利影响的凹凸不平等问题，而弹性联轴器的设计则有效解决了此项缺陷，作为一种缓冲结构，其可有效吸能并以自有的高适应性弥补上述凹凸不平引起的测量误差，保证本系统的高精度。

3 信号处理及计算模块的设计与实现

该模块是整个检测仪器的控制和处理核心，主要实现脉冲信号的隔离、滤波及计数运算。信号采集模块安装的位置一般在水平段，距离扶梯出入口处（检测人员手持仪器的地方）3m左右，旋转编码器脉冲信号在传输中会引入电磁干扰（扶梯电动机的干扰、扶梯变频器的干扰等）导致信号畸变［5］，因此在对脉冲信号进行计数前要先进行隔离整形。本设计采用高速光耦6N137对脉冲信号进行整形，6N137光耦合器是一款用于单通道的高速光耦合器，其内部有一个850nm波长AlGaAs LED和一个集成检测器组成，其检测器由一个光敏二极管、高增益线性运放及一个肖特基钳位的集电极开路的三极管组成。具有温度、电流和电压补偿功能，高的输入输出隔离，LSTTL/ TTL兼容，高速（典型为10MBd），5mA的极小输入电流。而且6N137对长距离传输后波形变缓的上升沿和下降沿能够起明显改善作用，有利于对脉冲的上升沿或下降沿进行计数［6］。图5（a）和图5（b）是隔离整形前后的脉冲信号，实验情况和实际应用情况都表明使用6N137对脉冲信号进行隔离整形效果良好。

图5　隔离整形前后的脉冲信号

脉冲信号经过整形后，MCU对其进行计数，从而计算出扶梯实时速度（扶手带速度）和制停距离、制停减速度等参数。以制动距离测量为例，如图6所示，旋转编码器输出A、B两相脉冲信号（两相脉冲频率相同，相位相差90°），MCU从接收到同步制停脉冲开始对A相脉冲信号的下降沿进行计数，直至扶梯停止（旋转编码器不输出脉冲）。假设制停期间，脉冲计数为M，硅胶滚轮的周长为L，旋转编码器的分辨率为N，则制停距离，本设计中硅胶滚轮的周长为0.2m，编码器分辨率为2000线，则制停距离。由于脉冲计数M的误差为±1，因此制停距离的理论测量误差为0.0001m，即0.1mm。

梯级速度的实时测量是通过脉冲频率测量实现的，假设对梯级速度的采样周期T为0.1s（即1s采样10次），MCU在一个周期T内对A相脉冲信号的下降沿进行计数得M，则扶梯实时速度，由于脉冲计数M的误差为±1，因此速度测量误差为 0.001m/s。如果扶梯的名义速度为0.5m/s，则相对误差为0.5%，满足标准要求。

图6　脉冲计数示意图

4 同步制停触发装置的设计

本系统设计了一种手柄式同步制停触发装置，原理如图7所示，手柄的端部安装一可自动复位的机械开关，当使用手柄触发扶梯出入口的急停装置时，手柄上的开关也同时被触发，向仪器发送一个脉冲信号，仪器开始计算制停距离。

图7　同步制停触发装置原理示意图

5 试验结果与功能验证

使用该检测方法可以对扶梯的速度、扶手带速度、制停距离进行快速检测，并生成速度和制停曲线，按照减速度的定义可以从速度曲线计算出减速度曲线，并计算出最大减速度，如图8所示。使用该仪器对同一台扶梯进行了多次测量，结果见表1，试验结果表明该检测方法及仪器检测准确、结果一致性良好。

图8　仪器检测显示界面图

表1　多次试验测量结果

6 结束语

本文针对目前扶梯速度、扶手带速度、制停距离及最大减速度等参数检测方法复杂、精度不高、效率低的情况，设计了一种快速检测方法及仪器，实现了扶梯运行参数的快速准确检测（一般只需要3min可完成上述项目）。目前该检测方法及仪器已经被国内多个检测机构使用。

参考文献

［1］ 潘相晨.自动扶梯的制停距离［J］. 中国特种设备安全，2012，28（12）：47-48.

［2］ 刘锡鑫，魏彪，郑徐豪，等.一种基于MCU的自动扶梯测量仪的设计和实现［J］.国外电子测量技术，2012，（8）：35-39.

［3］ 戚政武，梁敏健，陈英红.一种自动扶梯或自动人行道的测速装置［P］.广东：CN204138118U，2015-02-04.

［4］ 戚政武，梁敏健，陈英红.一种自动扶梯综合检测系统［P］.广东：CN204661114U，2015-09-23.

［5］ 林少杰，梁敏健.谈电梯变频器对旋转编码器信号的干扰［J］.中国电梯，2013，24（15）：34-35.

［6］ 张超，孟宪军.光电隔离区6N137和6N136的使用［A］.中国煤炭学会煤矿自动化专业委员会.第十届全国煤矿自动化学术年会论文集［C］.2000：101-103.

［国家质检总局科技计划项目：2010QK090］

书 讯

NB/T 47046—2015 承压设备用镍和镍合金板18.00元

NB/T 47047—2015 承压设备用镍和镍合金无缝管 20.00元

NB/T 47048—2015 螺旋板式热交换器 55.00元

压力容器用不锈钢 120.00元

联系人：庄晓 010-59068615

胡丹 010-59068612

Design and Implementation of a Fast Detection Method for Running Parameters of Escalator

Liang Minjian Qi Zhengwu Yang Ningxiang
(Guangdong Institute of Special Equipment Inspection and Research, Zhuhai Branch Zhuhai 519002)

AbstractTo solve the disadvantages of large errors, complicated operation and low efficiency of the comment detection methods and instruments for escalator running parameters, a fast and accurate detection method is proposed. Speeds of the step and the arm, the barking distance and the barking deceleration are collected by a signal acquisition module which can be quickly installed and disassembled. In combination with the synchronous trigger signal of stop signal, the pulse signals are processed and calculated to achieve the fast and accurate detection of the running parameters of the escalator and the moving walk.

KeywordsEscalator Moving walk Running parameter Fast detection

中图分类号：X941

文献标识码：B

文章编号：1673-257X（2016）04-0029-04

DOI：10.3969/j.issn.1673-257X.2016.04.004

作者简介：梁敏健（1984～），男，博士，工程师，主要从事机电类特种设备检测方法以及仪器的研究与开发工作。

收稿日期：（2016-01-19）