多功能智能化的电梯安全检测仪研制

(福建省特种设备检验研究院，福建 福州 350008)

0 引言

随着城市化发展，高层建筑不断增多，电梯逐渐成为生活中必不可少的重要组成，但与生活关系如此密切的公共设施却时常出现安全隐患，若不及时检修，极有可能酿成事故。目前，电梯安全检测主要依靠各种检测仪器进行，如测速仪、激光测距仪、照度计和声级计等，利用这些仪器测量电梯的速度、距离、照度和噪声等参数，依据这些参数进一步评价电梯的安全性[1]。但市面常见的检测仪器功能单一，种类繁多且价格昂贵，多为进口产品。这就要求工作人员佩戴多种仪器进行检查作业，并且熟练掌握每种仪器的使用方法，并分别统计测试结果。这直接影响了检修工作的效率，不仅延长了检修时间，影响电梯正常使用，同时，较大的工作量容易引起工作人员的抵触情绪，导致其不能认真测量，而凭经验判断或直接编造安全数据，不能达到安全测试的目的[1-2]。

为了改变这一弊端，提出一种多功能智能化电梯安全检测仪，集传统电梯安全测试仪功能于一身，并利用软件编程使其可以对收集的信息进行安全评价，自动分析系统安全性，并根据专家意见库对安全等级不可接受的系统提出维修意见，分别输出各测试数据和最终评价结果。仪器充分结合了当前流行的软件技术和大数据技术，使电梯安全检测更科学更具时代感，同时也有利于设备的更新，使安全检测技术紧随电梯的发展。利用该新型测试仪对电梯进行安全测试，不仅携带轻便，操作简单，还可以快速评价系统安全性，提供科学的评价结果和权威的专家意见，有利于提高电梯安全检修的工作效率和工作质量。

1 电梯安全检测仪总体方案设计

1.1 电梯安全检测业务流程设计

通过电梯检测仪器获取电梯匀速运行时、加速时、减速时的电梯速度、距离、照度和噪声等参数，根据获取的参数分析电梯加速度等相关参数信息。将相关参数信息与安全数据信息进行对比，确定电梯是否安全。电梯检测业务所需要的电梯终端安全分析模块如图1所示。

图1 电梯终端安全分析模块

1.2 电梯安全检测仪功能结构设计

根据前面的电梯检验业务需求，现对电梯安全检测仪的功能结构进行设计。多功能智能化电梯安全检测仪主要由4大模块构成[3]。其中，传感模块为该多功能电梯安全检测仪主要功能部分，包括照度测量、激光测距、旋转测距、温度测量、噪声测量、角度测量和电路测量几部分，合理配备了传感器进行信号采集，并将收集到的电信号转换成单片机的适用范围；电源管理模块为仪器的供电系统，包括电源管理芯片、电压转换芯片和供电电池，采用锂电池供电，并同时对仪器的电力系统进行有效管理；辅助模块主要为仪器的连接与信号传输提供服务，方便仪器与计算机或打印机等连接，将测量结果传输至电脑或打印，存储模块采用ATMEL_24C256芯片，便于数据的记录与保存管理，此外还包括仪器开关控制和霍尔传感器等；人机模块为仪器的操作和显示模块。数据的处理采用Lenovo投影平板电脑，基于Android操作系统，四核处理器对收集的数据进行处理分析，同时可直接将显示内容投放，方便结果的展示和现场分析处理。检测仪系统组成架构如图2所示。

图2 系统组成构架

2 电梯安全检测仪主要开发模块

针对电梯性能参数分析和安全评价，基于上位机操作系统，利用JAVA进行后台编程开发，设计出与该多功能电梯安全测量仪配套的上位机应用程序。后台应用软件有Eclipse，Tomcat，MySQL数据库，前端利用Ajax，HTML，JavaScript进行页面开发。

2.1 电梯安全检测仪性能分析模块开发

为了分析处理由仪器收集的数据，通过性能分析模块对电梯加速度、电梯速度、电梯噪声和电梯平衡系数等方面进行安全分析[4]。通过对三轴加速度垂直方向单向加速度信号进行10 Hz低通滤波，可以得到电梯的运行加速度，并可以进一步计算轿厢最大启动加速度和最大制动减速度；而通过对三轴加速度信号进行ISO 8041滤波后可得到电梯的振动加速度，并可以进一步计算出X/Y/Z轴的最大峰峰值和A95峰峰值。用声级计直接测量运行中轿厢内噪声值和开关门噪声值，并调用后台程序的噪声处理部分对信号的最大值和背景噪声进行修正处理。利用有功功率计，测试曳引机变频器输入端线电压和线电流，曳引机有功功率可以直接利用功率计算得到，通过电梯速度作为参数调用Java代码计算出电梯平衡系数，将值存储至数据库，并返回前端页面。

2.2 电梯安全检测仪风险评估模块开发

评估主要依据GB/T 20900-2007《电梯、自动扶梯和自动人行道 安全风险评价和降低的方法》，首先对电梯各因素进行风险辨识，确定危险源；然后进行定性或定量分析，量化风险的发生概率和严重程度，并进一步进行分级评估；最后结合专家建议确定风险降低处理措施，降低风险并消除隐患[5-6]。

软件安全评价的简易流程如图3所示。具体来讲，分析检测仪收集的数据通过二进制比特流传递至电梯检测仪后台程序，后台程序进行危险源识别，确认可能造成危险事故的因素，之后根据数据是否超出合理范围以及各组数据之间的相互关系评估风险，并查询数据库中专家评定标准判断风险等级是否可以接受。若可以接受，则返回安全评价结果至前端页面；若不可接受，则输出问题成因，方便指导工作人员进行维护，维护后再次测定评价是否达标。

图3 安全评价流程

在上位机的Android系统平台下，后台程序运行快捷方便，其用户操作系统主要包括电梯信息管理系统、用户管理系统、风险辨识系统、专家意见库、数据处理系统和评估结果报告。其中，电梯名称、使用单位、维护保修单位、生产制造单位、改造安装单位，以及电梯的基本信息主要由电梯信息管理系统存储并体现，可对电梯信息进行“添加”、“编辑”、“删除”操作；用户操作系统主要包括用户账号的注册、登陆、密码管理、用户信息和权限设定等；风险辨识系统主要用于在检测仪测定完成并传输数据后的信息处理和判断，包括对电梯轿厢、电梯门、曳引系统和电气系统等电梯所有系统进行全面的分析，根据数据是否在安全范围之内来判断系统是否存在风险，并根据发生概率和严重程度确定风险等级；将确定等级后的风险与专家意见库对照，确定风险是否可以接受，并根据专家意见输出整改方案，协助工作人员现场的维护工作，同时输出全部评价报告，完成电梯的检测工作。

3 电梯安全检测仪数据库设计

3.1 电梯安全检测仪实体关系设计

电梯安全检测仪利用MySQL关系型数据库，以及集合代数来解决数据库中的数据应用问题，现实世界中的各种实体及其相互之间的联系可用关系模型来表示。简而言之，关系型数据库由多张具有相互关系的二维行列表构成。为表示关系型数据库的概念设计，本文采用E-R(实体-关系)图进行说明，如图4所示。

图4 电梯安全检测仪E-R图

3.2 数据库主要表单关联

在电梯安全检测过程中，需要将电梯相关参数与专家意见信息进行比对，故需要在电梯相关参数表中建立专家意见信息表的外键。将电梯参数传至后台代码，经过计算得出电梯相关参数，存储至电梯相关参数表中。电梯相关参数如表1所示。

表1 电梯相关参数表结构

在多功能电梯检测仪数据库中，通过电梯检测参数ID字段可确定多个电梯相关参数号，再通过专家意见信息ID字段与电梯相关参数号进行逻辑判断，比较判断后设置是否比较字段值为1，得出电梯相关参数表中的该条数据是否满足安全条件。若满足安全条件，设置该数据的是否安全字段值为1，否则设置该字段值为0。若在电梯检测参数ID字段下的是否安全字段值全为1，则检测仪实际检测的该参数符合安全条件。

4 电梯安全检测仪主要优势

本文研发的多功能智能化电梯安全检测仪相对于传统的检测仪具有诸多优势，具体表现如下：

a.功能的集成化简化了电梯检测作业，极大程度地减少了工作人员的设备携带量，并方便检测作业完成，仅需手持一部该新型检测仪便可完成电梯检测的常规项目，不需要不停的换用仪器，造成工作效率低。

b.蓝牙信息传输方便检测数据的快捷传送，在一定程度上提高了工作效率，而信息存储功能有利于数据的备份，为今后的检修提供依据。

c.硬件设备均采用目前先进的芯片技术，设备反应快，灵敏度高，使检测工作更加精准快捷。

d.与计算机的结合以及应用程序的开发使数据处理更加快捷，同时可以根据实际情况分析出电梯安全系数，与以往的人工处理相比更加快捷严谨，计算机技术的引入使电梯的安全检测更具时代感，而科学的安全评价方法也使得检测结果更具科学性和可靠性。

e.专家意见库的引入使评价结果更加权威，同时有助于指导检修人员现场维护，而意见库与网络的同步更新也是大数据时代的体现。

f.评价程序基于当前流行的Android系统，该系统经多年完善已经十分成熟，保证了评价程序运行的稳定性，同时根据今后电梯的发展，程序也可以逐渐完善，并有可能在今后的发展中直接与Android系统手机联用，使电梯安全检测工作更加方便。

5 电梯安全检测仪实际应用

通过研究国家标准GB 7588-2003《电梯制造与安装安全规范》，测试试验中以125%动载荷试验为例。即当轿厢装载1.25倍额定载荷时，电梯以额定速度向下运行时进行电梯的制动速度性能测试，以此检测电梯重载向下运行时制动的可靠性和舒适性能。试验中电梯以额定速度1.0 m/s向下运行，紧急制动时由该多功能测试仪检测电梯制动减速度随时间的变化特点。

图5 制动装置制动曲线

电梯的运行速度性能曲线如图5所示。可以看出，制动时其速度曲线有突变，平均减速度为2.284 m/s2，超过标准要求不大于1.5 m/s2的要求，其制动时刻带有异常振动冲击与噪声，在停止时刻乘客会有明显的顿挫感，如果制动力调整不好还会引起乘客骨头损伤等事故，影响乘客乘运电梯的舒适性和安全性。

6 结束语

设计了一种多功能智能化电梯安全检测仪，该检测仪不仅可以检测多项指标，同时可以自动分析数据得出电梯安全等级，并对安全等级不达标的部分提出整改意见，指导现场工作。该新型检测仪简化了电梯安全检测的工作流程，提供了更加权威科学的分析结果，同时便于更新升级，时刻与电梯的发展同步，计算机与大数据的引入使电梯的安全检测更具时代感。在今后的发展中，还有望将仪器的软件程序系统与网络接轨，并上传数据、事故案例、检修案例等，为电梯的发展和电梯安全技术的发展提供理论依据。通过产品的实际试用证实，该新型检测仪与传统检测仪相比，能极大地提高工作效率和安全检测质量，使电梯安全检测更加可靠。