基于ARM系統(tǒng)自動扶梯梯級踏陷安全檢測儀的設計

沈沆 許林

[摘要]本文在研制一種新型自動扶梯與自動人行道梯級踏陷安全性能檢測儀的基礎上，闡述了該測試儀的總體設計和技術特點，它的研制成功為我國自動扶梯及自動人行道的檢測和驗證提供了一種安全有效的技術手段。

[關鍵詞]自動扶梯梯級塌陷保護安全檢測

依據(jù)國標自動扶梯與自動人行道安裝安全規(guī)范GB16899-2011的規(guī)定，當梯級、踏板、出現(xiàn)踏陷或鏈條伸長時，自動扶梯或人行道下陷安全保護裝置應動作，使扶梯自動停止運行。由于自動扶梯和自動人行道（以下統(tǒng)稱為自動扶梯）自身設計的特點，目前大多數(shù)采用傳統(tǒng)的拆除自動扶梯梯級，依靠人為手動來切斷下陷開關的檢驗方法來進行驗證其開關可靠性，其檢測方法不具備科學性，且不能檢測梯級下陷開關與梯級上方的垂直距離，因而國標GB16899-2011及特種設備安全技術規(guī)范TSGT7005-2012均未對梯級踏陷開關與桿動作距離作明確規(guī)定，根據(jù)我國目前制造企業(yè)的標準一般把梯級踏陷設計在5±1mm范圍內，又因自動扶梯梯級踏陷安全保護在運行的情況下來驗證存在不安全因素。因此。本文中筆者介紹一種便攜式自動扶梯梯級塌陷安全檢測儀的設計，它能夠對自動扶梯的梯級塌陷不用拆除梯級的情況下進行檢測，從而幫助自動扶梯的使用單位和電梯施工單位及時發(fā)現(xiàn)設備存在的隱患，從而保障自動扶梯的安全運行。由于該檢測儀器操作簡便、安全快速，所以非專業(yè)檢測機構甚至使用單位經(jīng)過培訓即可有效使用該檢測儀對自動扶梯進行測試和評估。這樣，使自動扶梯的安全運行不再局限于每年一次的定期檢驗，使施工單位和使用單位在技術上增強了對對自動扶梯的管理力度和檢測水平。

一、自動扶梯梯級塌陷安全檢測儀的總體設計

目前國內自動扶梯或人行道梯級塌陷檢測領域至少存在著檢測功能不足和未能進入實用階段兩方面的問題。隨著城市自動扶梯保有量的急劇增加，未來，對扶梯檢測儀將會有更大的需求和更高的性能要求，便攜化、多功能化、高可靠性、高適用性將會是扶梯檢測儀的發(fā)展方向。

（一）主要功能和性能（1）梯級踏陷安全動作性能檢測；（2）梯級塌陷安全開關與與連桿距離監(jiān)測5±1mm；（3）液晶顯示，菜單化管理；（4）支持打印功能；（5）支持USB通訊；

（二）主要部件：（1）數(shù)據(jù)采集分析儀主機（2）光電編碼器傳感系統(tǒng)（3）柔性光電傳感器（4）模擬控制器（5）彩色觸摸液晶顯示屏（6）7.4V可充電鋰電池。

二、自動扶梯梯級塌陷安全檢測儀的主要技術設計

本項目所研究的方法為以國家標準為基礎，采用“多路傳感器+模擬控制器+嵌入式計算機系統(tǒng)+計算機”模塊化結構設計，其中最關鍵的是多路傳感器和模擬控制器的選擇和設計。由傳感器測得的信息首先進入數(shù)據(jù)采集盒，在數(shù)據(jù)采集分析儀中對數(shù)據(jù)進行初步分析并將結果在液晶顯示器上顯示出來。同時可通過USB接口傳輸給計算機，在計算機上采用人工智能等技術，并通過特定的數(shù)學模型即可得到相應的結果。

本系統(tǒng)擬考慮由四大部分組成：傳感器、模擬控制器、數(shù)據(jù)采集分析儀和便攜式計算機?；驹砜驁D如圖一所示。

圖一：系統(tǒng)基本原理框圖

本系統(tǒng)中傳感器部分主要包括光電編碼器傳感系統(tǒng)和柔性光電傳感器。光電編碼器傳感系統(tǒng)以高精度光電編碼器為主體，配合以相應的機械結構，通過柔性光電傳感器以高精度光電傳感器為主，輔以一定長度的柔性連接，可以深入到扶梯內部測量轉動部分的數(shù)據(jù)。采用探傷或專用磁鐵粘在扶梯梯級內側上，手動操作自動扶梯或人行道使帶有磁鐵梯級運行到梯級下陷開關處，獲得切斷梯級下陷安全開關并通過傳感器檢測開關距離，將切斷開關信號通過數(shù)據(jù)采集分析儀的分析和計算，即可獲得梯級下陷開關距離以及梯級下陷開關的可靠性的二者的情況。

模擬控制器以小型電機配備感應元件，該感應元件可以根據(jù)不同的扶梯而更換不同的感應元件，該部分由數(shù)據(jù)采集分析儀控制，可以按照不同的速度進行旋轉并可正反轉。其基本原理是模擬控制器可以按照所測扶梯的梯速與梯速下陷開關的可靠性檢測，也可以測試自動扶梯的超速、欠速保護功能。同時可以通過正反轉的轉換，來檢測自動扶梯的梯級踏陷安全保護裝置的可靠性。

數(shù)據(jù)采集分析儀以ARM7內核的MCU為核心，配備有數(shù)據(jù)存儲芯片、USB通信模塊、電機驅動模塊、彩色觸摸屏液晶、傳感器輸入接口等。通過電機驅動模塊驅動模擬控制器中的電機，可實現(xiàn)速度控制和正反轉，用彩色觸摸屏液晶實現(xiàn)參數(shù)設置和顯示，測試數(shù)據(jù)和相關參數(shù)保存在檢測裝置內嵌的存儲器中。測試完成后，數(shù)據(jù)采集分析儀通過USB接口將數(shù)據(jù)傳遞給計算機，利用計算機強大的分析處理能力，采用數(shù)據(jù)融合，模糊處理等人工智能技術對數(shù)據(jù)做進一步的分析處理，從而在更高層次上對相應電梯的設計、安裝以及檢驗具有一定的指導作用。并可打印測試報告和對測試數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)庫管理，可隨時調出查看。其原理框圖如下圖二所示。

圖二：系統(tǒng)原理框圖

四、采用的研究、試驗方法和技術路線（包括工藝流程）

本項目所研究的方法為以國家標準為基礎，采用“多傳感器模塊+嵌入式計算機系統(tǒng)+計算機”模塊化結構設計，實現(xiàn)對自動扶梯和自動人行道梯級塌陷安全開關距離檢測，同時對自動扶梯和自動人行道梯級塌陷安全開關性能等進行檢測，從而初步判斷出自動扶梯或自動人行道梯級塌陷運行安全可靠性，為自動扶梯或自動人行道運行提供安全評估依據(jù)。

五、總結

這一項目研究將設計一種便攜式的、通用的梯級踏陷安全保護檢測儀，對自動扶梯的主要安全保護功能進行現(xiàn)場檢測，從而幫助扶梯的使用單位和維保單位及時發(fā)現(xiàn)缺陷，并及時消除隱患，保障扶梯安全運行。由于它具有簡便快速的檢測安全缺陷的特點，使非專業(yè)檢測機構，甚至使用單位經(jīng)過培訓，也可以有效使用這套儀器對扶梯的安全保護裝置的有效性進行測試和評估，從而使扶梯安全運行不再局限于每年一次的安全檢測，使扶使用單位和梯維保單位在技術上增強了對扶梯的管理力度和水平，它的研制成功勢必會對自動扶梯或自動人行道的安全保護裝置檢測提供科學的檢測手段。

（作者單位：安徽省特種設備檢測院）