易曉蘭++朱振國(guó)

摘 要：本文介紹了一種自動(dòng)扶梯多功能同步動(dòng)態(tài)檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)方案、技術(shù)實(shí)現(xiàn)以及應(yīng)用情況。儀器設(shè)能快速實(shí)現(xiàn)自動(dòng)扶梯運(yùn)行速度、加速度、扶手帶與梯級(jí)速度同步率、制停距離、梯級(jí)兩側(cè)與圍裙板之間的距離、水平區(qū)段前后梯級(jí)高度差、梯級(jí)塌陷開關(guān)和梯級(jí)之間距離等多參數(shù)的動(dòng)態(tài)同步精確檢測(cè)，適用于自動(dòng)扶梯生產(chǎn)、使用、維保單位和檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)制動(dòng)距離等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)便快速檢測(cè)。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)扶梯、速度同步率、動(dòng)態(tài)間距、動(dòng)態(tài)檢測(cè)

1.引言

近年來自動(dòng)扶梯事故頻發(fā)，安全檢驗(yàn)形勢(shì)嚴(yán)峻，對(duì)自動(dòng)扶梯的檢驗(yàn)技術(shù)提出了更高的要求。自動(dòng)扶梯運(yùn)行的參數(shù)很多，扶手帶速度同步率等、制停距離等速度相關(guān)參數(shù)異常容易導(dǎo)致扶梯運(yùn)行不穩(wěn)從而致使乘客站立不穩(wěn)而摔倒，梯級(jí)兩側(cè)與圍裙板間距等距離相關(guān)參數(shù)則容易導(dǎo)致乘客在乘梯過程中腳、衣物等被夾持牽絆，從而釀成危險(xiǎn)，比如梯級(jí)兩側(cè)與圍裙板間距過大容易引起腳趾擠壓事故，水平區(qū)段前后梯級(jí)高度差容易絆倒乘客，梯級(jí)塌陷開關(guān)失效容易則引起更為嚴(yán)重的事故。

因此國(guó)標(biāo)GB 16899-2011《自動(dòng)扶梯和自動(dòng)人行道制造與安裝安全規(guī)范》和特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范TSGT7005-2012 《自動(dòng)扶梯與自動(dòng)人行道監(jiān)督檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)規(guī)程》對(duì)制停距離、梯級(jí)高度差等與乘客生命財(cái)產(chǎn)安全息息相關(guān)的參數(shù)提出了明確的量化檢驗(yàn)要求。

針對(duì)以上項(xiàng)目，目前國(guó)內(nèi)自動(dòng)扶梯檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)和制造廠家多采用轉(zhuǎn)速表、直尺等單項(xiàng)儀表和工具手動(dòng)測(cè)試，檢驗(yàn)精度低、誤差大，而效率相對(duì)較低，不能準(zhǔn)確反應(yīng)自動(dòng)扶梯運(yùn)行狀況，現(xiàn)行檢驗(yàn)技術(shù)的原始低下國(guó)家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)要求難以落實(shí)，自動(dòng)扶梯因以上運(yùn)行參數(shù)異常導(dǎo)致安全事故仍然層出不窮。因此完善檢驗(yàn)手段，提升檢驗(yàn)技術(shù)，保障自動(dòng)扶梯的安全運(yùn)行迫在眉睫，研發(fā)自動(dòng)的、通用的、多功能的自動(dòng)扶梯檢測(cè)儀器十分必要。

2.總設(shè)計(jì)方案

自動(dòng)扶梯多功能同步動(dòng)態(tài)檢測(cè)儀正是基于以上背景而研制的一種便攜式的智能化檢測(cè)儀器，用于自動(dòng)扶梯運(yùn)行速度、加速度、扶手帶與梯級(jí)速度同步率、制停距離等速度相關(guān)參數(shù)，以及梯級(jí)兩側(cè)與圍裙板之間的距離、水平區(qū)段前后梯級(jí)高度差、梯級(jí)塌陷開關(guān)和梯級(jí)之間距離等距離相關(guān)參數(shù)的精確檢測(cè)。

儀器從檢測(cè)功能的角度分為速度類和距離類，速度類采用兩側(cè)扶手帶和梯級(jí)三路測(cè)速裝置同步檢測(cè)，距離類采用高精度激光測(cè)距傳感器配合不同的檢測(cè)工裝實(shí)現(xiàn)精確測(cè)試。儀器包含速度類、距離類多路傳感器、不同功能的專用檢測(cè)工裝、主機(jī)、數(shù)據(jù)采集盒。速度類采用有線連接，距離類采用藍(lán)牙無(wú)線傳輸。系統(tǒng)原理框圖如圖1。

兩側(cè)扶手帶與梯級(jí)三路速度傳感器通過線纜與主機(jī)連接，兩路測(cè)距傳感器通過數(shù)據(jù)采集盒經(jīng)藍(lán)牙與主機(jī)連接，主機(jī)包括ARM核心的主控單元，采用鋰電池供電，配有彩色觸控顯示屏顯示人機(jī)界面以及測(cè)試結(jié)果、過程曲線等，配有微型打印機(jī)現(xiàn)場(chǎng)打印測(cè)試結(jié)果，采用專業(yè)存儲(chǔ)芯片用以保存設(shè)置的參數(shù)和測(cè)試記錄。

從結(jié)構(gòu)的角度，自動(dòng)扶梯多功能同步動(dòng)態(tài)檢測(cè)儀由主機(jī)和配件箱組成。配件箱包含兩個(gè)扶手帶測(cè)速裝置、一個(gè)梯級(jí)測(cè)速裝置、兩個(gè)測(cè)距傳感器、一個(gè)數(shù)據(jù)采集盒、相關(guān)的機(jī)械工裝。

兩個(gè)扶手帶測(cè)速裝置用來檢測(cè)兩側(cè)扶手帶的運(yùn)行速度，采用吸盤吸附在護(hù)壁板上，通過調(diào)節(jié)活動(dòng)測(cè)試臂使得測(cè)速輪壓緊在扶手帶上，扶梯運(yùn)行，扶手帶通過摩擦力帶動(dòng)測(cè)速輪，從而帶動(dòng)其同軸的旋轉(zhuǎn)編碼器，從而測(cè)試運(yùn)行速度。

梯級(jí)測(cè)速裝置用來測(cè)試梯級(jí)運(yùn)行速度，采用吸盤吸附在圍裙板上，通過調(diào)節(jié)測(cè)試臂使得測(cè)速輪壓緊在梯級(jí)踏板上，扶梯運(yùn)行，踏板通過摩擦力帶動(dòng)測(cè)速輪，從而帶動(dòng)其同軸的旋轉(zhuǎn)編碼器，從而測(cè)試運(yùn)行速度。

機(jī)械工裝包括梯級(jí)圍裙板間隙檢測(cè)工裝、梯級(jí)高度差檢測(cè)工裝、梯級(jí)塌陷檢測(cè)工裝和垂直標(biāo)尺。

兩個(gè)測(cè)距傳感器為高精度激光測(cè)距傳感器，配合不同機(jī)械工裝，用來檢測(cè)梯級(jí)兩側(cè)與圍裙板間隙、水平區(qū)段相鄰梯級(jí)高度差、梯級(jí)塌陷開關(guān)打桿頂端與梯級(jí)下緣的距離。

測(cè)距傳感器信號(hào)通過數(shù)據(jù)采集盒經(jīng)藍(lán)牙端口無(wú)線傳輸至主機(jī)。

主機(jī)基于ARM嵌入式系統(tǒng)，高速采集速度數(shù)據(jù)和距離數(shù)據(jù)，并進(jìn)行綜合分析處理，得到測(cè)試結(jié)果，顯示測(cè)試結(jié)果并存儲(chǔ)和打印。

3.技術(shù)實(shí)現(xiàn)

3.1 機(jī)械設(shè)計(jì)

儀器機(jī)械設(shè)計(jì)包括主機(jī)箱設(shè)計(jì)、扶手帶測(cè)速裝置設(shè)計(jì)、梯級(jí)測(cè)速裝置設(shè)計(jì)、梯級(jí)圍裙板間隙檢測(cè)工裝設(shè)計(jì)、梯級(jí)高度差檢測(cè)工裝設(shè)計(jì)、梯級(jí)塌陷檢測(cè)工裝設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集盒設(shè)計(jì)。

3.1.1 主機(jī)箱設(shè)計(jì)

主機(jī)箱用來放置安裝主控板、電池、液晶屏、打印機(jī)、各路傳感器接口、充電接口等，考慮便攜、密封、美觀等因素，主機(jī)設(shè)計(jì)如圖2，主機(jī)面板如圖3。

3.1.2扶手帶測(cè)速裝置設(shè)計(jì)

兩個(gè)扶手帶測(cè)速裝置用來檢測(cè)兩側(cè)扶手帶的運(yùn)行速度，采用吸盤吸附在護(hù)壁板上，通過調(diào)節(jié)活動(dòng)測(cè)試臂使得測(cè)速輪壓緊在扶手帶上，扶梯運(yùn)行時(shí)扶手帶通過摩擦力帶動(dòng)測(cè)速輪，從而帶動(dòng)其同軸的旋轉(zhuǎn)編碼器，從而測(cè)試運(yùn)行速度。扶手帶測(cè)速裝置設(shè)計(jì)有兩節(jié)活動(dòng)測(cè)試臂，調(diào)節(jié)幅度大，操作靈活，可以保證對(duì)各種形式護(hù)壁板你、扶手帶的通用性。 扶手帶測(cè)速裝置如圖4。

3.1.3梯級(jí)測(cè)速裝置設(shè)計(jì)

梯級(jí)測(cè)速裝置用來測(cè)試梯級(jí)運(yùn)行速度，采用吸盤吸附在圍裙板上，通過調(diào)節(jié)測(cè)試臂使得測(cè)速輪壓緊在梯級(jí)踏板上，扶梯運(yùn)行，踏板通過摩擦力帶動(dòng)測(cè)速輪，從而帶動(dòng)其同軸的旋轉(zhuǎn)編碼器，從而測(cè)試運(yùn)行速度。梯級(jí)測(cè)速裝置設(shè)計(jì)精巧，安裝方便，通用性強(qiáng)，梯級(jí)測(cè)速裝置如圖5。

3.1.4 梯級(jí)圍裙板間隙檢測(cè)工裝設(shè)計(jì)

兩個(gè)梯級(jí)圍裙板間隙檢測(cè)工裝配合兩個(gè)測(cè)距傳感器來檢測(cè)扶梯運(yùn)行過程中梯級(jí)兩側(cè)與圍裙板間隙。測(cè)距傳感器為高精度激光傳感器，梯級(jí)圍裙板間隙檢測(cè)工裝采用帶彈性鉗口的底座鉗在圍裙板附近的梯級(jí)齒上，激光傳感器安裝于底座上，測(cè)試時(shí)，工裝隨著梯級(jí)運(yùn)行，測(cè)得梯級(jí)板兩側(cè)與圍裙板的動(dòng)態(tài)間距。梯級(jí)圍裙板間隙檢測(cè)如圖6。

3.1.5梯級(jí)高度差檢測(cè)工裝設(shè)計(jì)

梯級(jí)高度差檢測(cè)工裝配合測(cè)距傳感器檢測(cè)自動(dòng)扶梯水平區(qū)段前后相鄰梯級(jí)高度差。梯級(jí)高度差檢測(cè)工裝設(shè)置有橫梁，橫梁上設(shè)有手動(dòng)吸盤，橫梁兩端剛性連接水平測(cè)試臂，兩個(gè)垂直測(cè)試臂上端連接水平測(cè)試臂，下端通過滑動(dòng)軸連接兩個(gè)活動(dòng)測(cè)試端，活動(dòng)測(cè)試端下方的滾輪支撐在自動(dòng)扶梯的梯級(jí)踏面上，自動(dòng)扶梯運(yùn)行，前后相鄰兩個(gè)梯級(jí)之間的高度差使得滾輪和活動(dòng)測(cè)試端沿著滑動(dòng)軸上下滑動(dòng)，兩個(gè)垂直測(cè)試臂上均設(shè)有激光測(cè)距傳感器，檢測(cè)與兩個(gè)活動(dòng)測(cè)試端面的距離變化，計(jì)算獲得相鄰兩個(gè)梯級(jí)的高度差。梯級(jí)高度差檢測(cè)工裝如圖7所示。

3.1.6梯級(jí)塌陷檢測(cè)工裝設(shè)計(jì)

梯級(jí)塌陷檢測(cè)工裝配合測(cè)距傳感器檢測(cè)自動(dòng)扶梯梯級(jí)塌陷開關(guān)打桿頂端與梯級(jí)下緣之間的距離。塌陷開關(guān)距離測(cè)試工裝將激光測(cè)距傳感器固定于打桿上端附近，激光傳感器固定于底座，底座中心開孔套在塌陷開關(guān)打桿上，保證測(cè)試方向與打桿方向平行的同時(shí)，也防止工裝滑脫、墜落，扶梯運(yùn)行過程中，激光傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)動(dòng)態(tài)距離，測(cè)得的梯級(jí)塌陷開關(guān)打桿頂端距離梯級(jí)下緣的距離。梯級(jí)塌陷檢測(cè)如圖8。

3.1.7數(shù)據(jù)采集盒設(shè)計(jì)

梯級(jí)兩側(cè)與圍裙板間隙等距離類參數(shù)測(cè)試，由于需要在扶梯運(yùn)行過程中動(dòng)態(tài)測(cè)試，傳感器位于梯級(jí)上隨之運(yùn)行，或者位于桁架內(nèi)部，若采用有線傳輸，傳感器線纜不但要有足夠長(zhǎng)度，勢(shì)必還妨礙運(yùn)行，甚至造成危險(xiǎn)，因此采用無(wú)線傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)激光傳感器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。

設(shè)計(jì)外形小巧的數(shù)據(jù)采集盒，激光傳感器線纜連接到數(shù)據(jù)采集盒，由數(shù)據(jù)采集盒經(jīng)藍(lán)牙將測(cè)試數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸至主機(jī)。測(cè)試梯級(jí)兩側(cè)與圍裙板間距時(shí)，數(shù)據(jù)采集盒放置在梯級(jí)兩側(cè)與圍裙板間距檢測(cè)工裝所安裝的梯級(jí)上隨著運(yùn)行，動(dòng)態(tài)測(cè)試，測(cè)試水平區(qū)段梯級(jí)高度差時(shí)，數(shù)據(jù)采集盒放置在梳齒板上，測(cè)試梯級(jí)塌陷開關(guān)打桿頂端與梯級(jí)下緣之間的距離時(shí)，數(shù)據(jù)采集盒放置在附近桁架上不妨礙運(yùn)行的位置。數(shù)據(jù)采集盒設(shè)計(jì)如圖9。

3.2電氣設(shè)計(jì)

儀器電氣硬件設(shè)計(jì)內(nèi)容包括速度傳感器選擇、距離傳感器選擇、無(wú)線傳輸方案設(shè)計(jì)、主控電路板設(shè)計(jì)等。

3.2.1 速度傳感器選擇

速度測(cè)試采用測(cè)速輪+旋轉(zhuǎn)編碼器的型式，測(cè)試時(shí)被測(cè)扶手帶或梯級(jí)通過摩擦驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)編碼器前端的測(cè)速輪，測(cè)速輪帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)生脈沖信號(hào)，測(cè)出自動(dòng)扶梯扶手帶及梯級(jí)單位時(shí)間的脈沖數(shù)，測(cè)速輪直徑已知，即可導(dǎo)出速度和加速度。旋轉(zhuǎn)編碼器選用500脈沖每周的規(guī)格，足以滿足測(cè)試精度要求。

3.2.2距離傳感器選擇

無(wú)論是梯級(jí)/踏板與圍裙板間隙，還是梯級(jí)塌陷開關(guān)打桿頂端與梯級(jí)下緣距離，其本質(zhì)是距離檢測(cè)。其特殊要求：非接觸測(cè)量，被測(cè)距離小，僅有幾個(gè)毫米，并且要求傳感器響應(yīng)速度快。因此采用激光測(cè)距傳感器，能實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸距離測(cè)量，速度快，精度高，抗光、電干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適用于微小距離的動(dòng)態(tài)測(cè)量。

3.2.3無(wú)線傳輸方案設(shè)計(jì)

由于需要在扶梯運(yùn)行過程中動(dòng)態(tài)測(cè)試，傳感器位于梯級(jí)/踏板上隨之運(yùn)行，或者位于桁架內(nèi)部，若采用有線傳輸，傳感器線纜不但要有足夠長(zhǎng)度，勢(shì)必還妨礙運(yùn)行，因此采用藍(lán)牙無(wú)線傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)激光傳感器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。

3.2.4主控電路板設(shè)計(jì)

主控電路板采用采用ARM7內(nèi)核的控制器LPC2368開發(fā)嵌入式微處理程序。采用7寸的彩色液晶觸摸顯示屏，開發(fā)人際交互界面，通過串口與主芯片進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)圖片、數(shù)據(jù)和曲線的顯示及觸控操作。選用微型熱敏打印機(jī)，通過串口與主芯片進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)測(cè)試結(jié)果的現(xiàn)場(chǎng)打印。采用專業(yè)存儲(chǔ)芯片AT45DB321，4.3M字節(jié)的主存儲(chǔ)器容量，可存儲(chǔ)連續(xù)測(cè)試約18小時(shí)的數(shù)據(jù)。采用7.4V鋰電池供電，克服檢驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)電源限制。

4 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)，首先安裝好相應(yīng)的測(cè)試裝置，連接線纜，開機(jī)測(cè)試，啟動(dòng)扶梯，儀器在扶梯運(yùn)行過程中動(dòng)態(tài)采集數(shù)據(jù)，并自動(dòng)計(jì)算測(cè)試結(jié)果。

使用自動(dòng)扶梯多功能同步動(dòng)態(tài)檢測(cè)儀對(duì)某臺(tái)自動(dòng)扶梯的運(yùn)行速度、加速度、制停距離等進(jìn)行測(cè)量，儀器顯示的測(cè)試結(jié)果如圖10，梯級(jí)高度差測(cè)試結(jié)果如圖11。

5.結(jié)語(yǔ)

自動(dòng)扶梯多功能同步動(dòng)態(tài)檢測(cè)儀，能準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)自動(dòng)扶梯的運(yùn)行速度、加速度、制停距離、梯級(jí)高度差等參數(shù)的定量檢測(cè)，在自動(dòng)扶梯運(yùn)行過程中測(cè)試，真實(shí)地反應(yīng)設(shè)備運(yùn)行狀況，并且多參數(shù)動(dòng)態(tài)同步檢測(cè)，一次測(cè)試得出多項(xiàng)參數(shù)，大大提升檢測(cè)檢驗(yàn)效率，為自動(dòng)扶梯安全運(yùn)行提供了先進(jìn)、科學(xué)和急需的檢測(cè)儀器。

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【文章編號(hào)】1627-6868（2017）05-0003-03

【作者簡(jiǎn)介】易曉蘭，女，工程師，碩士研究生，主要從事電梯檢驗(yàn)與管理。