電梯導(dǎo)軌檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法研究

楊文睿 譚 凱

（湖北特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)研究院 湖北武漢 430000）

1 前言

電梯導(dǎo)軌作為安裝在電梯井與樓層之間的剛性軌道，是保證電梯轎廂正常上下運(yùn)行的基礎(chǔ)，能夠?yàn)殡娞莸奶菁?jí)、重裝置以及轎廂提供導(dǎo)向，是電梯十分重要的基準(zhǔn)部件，控制著電梯安全運(yùn)行，因此，需要對(duì)電梯導(dǎo)軌檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，并開(kāi)展檢測(cè)。當(dāng)前我國(guó)關(guān)于電梯導(dǎo)軌系統(tǒng)相關(guān)功能項(xiàng)目的檢測(cè)都是采用鉛錘、卷尺等簡(jiǎn)單工具對(duì)電梯進(jìn)行定期檢驗(yàn)的方式。結(jié)合日常電梯導(dǎo)軌檢測(cè)中出現(xiàn)明顯誤差的問(wèn)題，人們需要考慮定性檢驗(yàn)的一些定量測(cè)量數(shù)據(jù)，只有這樣，才能提高電梯導(dǎo)軌檢測(cè)相關(guān)數(shù)據(jù)的有效性。

2 電梯導(dǎo)軌檢測(cè)誤差概述

電梯作為城市高層建筑的標(biāo)配，對(duì)安全性和舒適性都有著較高的要求。電梯導(dǎo)軌作為電梯的導(dǎo)向裝置，在電梯的運(yùn)行系統(tǒng)中發(fā)揮著十分重要的作用。通常情況下，電梯導(dǎo)軌在應(yīng)用前都進(jìn)行了嚴(yán)格的檢測(cè)，將誤差控制在嚴(yán)格的規(guī)定范圍內(nèi)。同時(shí)，電梯導(dǎo)軌相關(guān)數(shù)據(jù)的誤差也成為影響電梯整體運(yùn)行質(zhì)量的重要因素。電梯導(dǎo)軌的安裝誤差作為導(dǎo)軌安裝驗(yàn)收的重要環(huán)節(jié)，更是直接關(guān)系著電梯的正常運(yùn)行。但是，當(dāng)前的導(dǎo)軌測(cè)量方法很多都是沿用過(guò)去吊線尺量的方式，以重垂線作為直線的基準(zhǔn)，同時(shí)進(jìn)行多點(diǎn)分段的人工測(cè)量方式，開(kāi)展測(cè)量的點(diǎn)數(shù)少，還容易受測(cè)量人員的經(jīng)驗(yàn)與能力影響。

通常情況下，激光垂準(zhǔn)儀也是電梯檢測(cè)導(dǎo)軌的一種方法。這種方法是利用高精度的鉛直激光束代替重錘線，將二維數(shù)的顯光靶在導(dǎo)軌上進(jìn)行固定，測(cè)量的位置就是激光射在光靶上的顯示的X、Y值，這種方法和傳統(tǒng)的吊線測(cè)量相比，精度有了較大的提高，但是也離不開(kāi)人工手動(dòng)，也會(huì)導(dǎo)致人工手動(dòng)操作的一些誤差。

近年來(lái)，隨著自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備的不斷發(fā)展，很多機(jī)構(gòu)都研發(fā)了自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)。本文介紹的電梯導(dǎo)軌檢測(cè)儀用于現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行電梯導(dǎo)軌檢測(cè)，可按照輸入常量數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，滿足電梯導(dǎo)軌檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)性能參數(shù)的數(shù)據(jù)化要求，即可準(zhǔn)確地判斷出問(wèn)題部位與部件。

3 電梯導(dǎo)軌檢測(cè)技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 7588—2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》[1]與 GB/T 10058—2009《電梯技術(shù)條件》[2]中對(duì)電梯導(dǎo)軌的安裝、調(diào)整中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)做出了數(shù)值化規(guī)定，給出了定量測(cè)試的數(shù)值化評(píng)價(jià)依據(jù)。但是，由于一些數(shù)據(jù)化的專門測(cè)試儀和數(shù)字化測(cè)試方法的缺乏，目前現(xiàn)有電梯導(dǎo)軌檢測(cè)系統(tǒng)主要是通過(guò)一般的定性式檢驗(yàn)以及個(gè)別物理量的定量測(cè)定，檢測(cè)判定的準(zhǔn)確性和可靠性仍不能滿足實(shí)際要求。因此，開(kāi)展電梯導(dǎo)軌智能檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法研究，對(duì)解決電梯安全問(wèn)題具有重要意義。

4 電梯導(dǎo)軌智能檢測(cè)系統(tǒng)

電梯導(dǎo)軌智能檢測(cè)系統(tǒng)裝置包括：伺服電機(jī)、曳引線纜架和檢測(cè)小車；曳引線纜架設(shè)有線纜、固定架和活動(dòng)軸，曳引線纜架的活動(dòng)軸相連，活動(dòng)軸在所述轉(zhuǎn)軸的帶動(dòng)下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，線纜的端部與所述檢測(cè)小車相連，將檢測(cè)小車設(shè)于待檢測(cè)電梯導(dǎo)軌上[3]。在進(jìn)行電梯導(dǎo)軌檢測(cè)的過(guò)程中，小車不再采用自身攜帶的電動(dòng)機(jī)來(lái)提供動(dòng)力，而是通過(guò)伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)軸來(lái)帶動(dòng)曳引線纜架的活動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，從而為檢測(cè)小車提供動(dòng)力，避免了由于檢測(cè)小車自身攜帶電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)，提高了測(cè)量精度。

4.1 基站系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用微型計(jì)算機(jī)控制整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)量工作，需要編寫(xiě)控制軟件、信號(hào)處理軟件、測(cè)量小車單片機(jī)嵌入式軟件系統(tǒng)?；鞠到y(tǒng)主要由一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)及一套信號(hào)收發(fā)裝置構(gòu)成，微型計(jì)算機(jī)上安裝本系統(tǒng)中開(kāi)發(fā)的控制軟件及信號(hào)處理軟件。導(dǎo)軌檢測(cè)工作人員通過(guò)微型計(jì)算機(jī)上的控制軟件向測(cè)量平臺(tái)發(fā)出指令，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)測(cè)量平臺(tái)的狀態(tài)，防止出現(xiàn)沖頂、脫落的情況，信號(hào)處理軟件處理傳感器測(cè)得的原始信號(hào)，得到電梯導(dǎo)軌3個(gè)待測(cè)平面的誤差并以曲線的形式顯示在屏幕上，以表格的形式存儲(chǔ)在硬盤中，以備復(fù)查?？刂栖浖惭b在地面基站系統(tǒng)的微型計(jì)算機(jī)上，用于控制與監(jiān)測(cè)整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的狀態(tài)?？刂栖浖缑嬷饕y(cè)量小車監(jiān)控界面，曳引系統(tǒng)監(jiān)控界面2個(gè)主要界面，控制軟件后臺(tái)需要與用于信號(hào)收發(fā)的單片機(jī)系統(tǒng)通信，本系統(tǒng)擬基于微軟的基礎(chǔ)類庫(kù)（MFC）完成控制軟件的編寫(xiě)。信號(hào)處理軟件用于處理測(cè)量平臺(tái)回傳的信號(hào)，界面主要顯示電梯導(dǎo)軌多項(xiàng)誤差的曲線，后臺(tái)的數(shù)據(jù)處理方法擬采用小波變換的方法，通過(guò)對(duì)原始數(shù)據(jù)的小波變換，得到電梯導(dǎo)軌的接頭處的臺(tái)階、接縫等誤差。

4.2 測(cè)量平臺(tái)

直線導(dǎo)軌、測(cè)量平臺(tái)骨架、滾輪、磁性輪、傳感器以及彈簧構(gòu)成是測(cè)量平臺(tái)的重要組成部分。測(cè)量平臺(tái)在進(jìn)行測(cè)量應(yīng)用中，需要借助磁性輪的作用，吸附在導(dǎo)軌上面，同時(shí)還需要去除摩擦力。測(cè)量平臺(tái)的骨架是直線導(dǎo)軌的安裝區(qū)域，利用彈簧可以將導(dǎo)軌兩邊傳感器的基座牢固，從而使傳感器貼在導(dǎo)軌上，使不同尺寸的導(dǎo)軌可以適應(yīng)測(cè)量平臺(tái)。傳感器通過(guò)直立軸可以實(shí)現(xiàn)繞軸運(yùn)轉(zhuǎn)，直立軸固定在導(dǎo)軌上，來(lái)助推導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)。在測(cè)量中，一般臺(tái)階誤差和直線度誤差都不大[4]，都在0.1 mm范圍內(nèi)，不會(huì)讓測(cè)量小車產(chǎn)生大幅度的震動(dòng)，能夠保證測(cè)量小車順利展開(kāi)導(dǎo)軌測(cè)量。測(cè)量平臺(tái)結(jié)構(gòu)詳見(jiàn)圖1。

圖1 測(cè)量平臺(tái)結(jié)構(gòu)

通過(guò)線纜曳引方式來(lái)實(shí)現(xiàn)控制測(cè)量平臺(tái)的檢測(cè)裝置，是利用可折疊支架固定運(yùn)動(dòng)控制力箱，保持其可以在導(dǎo)軌的上部，通過(guò)曳引繩的牽引，在移動(dòng)測(cè)量平臺(tái)產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)測(cè)量。運(yùn)動(dòng)控制動(dòng)力箱在工作當(dāng)中不用移動(dòng)，也能確定電梯導(dǎo)軌，在夾緊機(jī)構(gòu)影響下，可以避免安全隱患，如墜落事故等。操作人員通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制動(dòng)力箱發(fā)出指令，然后傳輸?shù)娇烧郫B支架，將其固定在軌道上面，為系統(tǒng)的運(yùn)行提供可以使用的動(dòng)力。電梯導(dǎo)軌檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖詳見(jiàn)圖2。

4.3 可控制曳引機(jī)構(gòu)

電梯導(dǎo)軌檢測(cè)系統(tǒng)采用的是線纜曳引的方式對(duì)測(cè)量平臺(tái)展開(kāi)控制，這種檢測(cè)裝置是由控制電路、伺服電機(jī)、曳引線纜以及滑輪組組成，當(dāng)?shù)孛婊景l(fā)出的信號(hào)反饋到控制電路時(shí)，會(huì)對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，使其開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。利用線纜牽引測(cè)量平臺(tái)沿導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)對(duì)測(cè)量平臺(tái)的速度展開(kāi)控制，也可以對(duì)誤差實(shí)行有效的測(cè)量。

5 檢測(cè)方法

現(xiàn)有技術(shù)中，通常是采用一個(gè)檢測(cè)小車在電梯導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)對(duì)電梯導(dǎo)軌進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)小車通常是采用自身攜帶的電動(dòng)機(jī)來(lái)提供動(dòng)力，但自身攜帶的電動(dòng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，對(duì)測(cè)量精度造成影響。本文主要從放大電路、源低通濾波電路、高速采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換（AD轉(zhuǎn)換）電路、中央處理器（CPU）的選型和設(shè)計(jì)、軟件控制設(shè)計(jì)來(lái)介紹具體的檢測(cè)方法。

圖2 電梯導(dǎo)軌檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖

5.1 放大電路

差分放大器能夠放大微弱的電信號(hào)，同時(shí)根據(jù)限速器繩產(chǎn)生的提拉力范圍，來(lái)選擇適合的放大芯片，產(chǎn)生的信號(hào)可以反映在線性放大區(qū)域。

5.2 源低通濾波電路

在檢測(cè)過(guò)程中，可以選用高精度有源低通濾波器，抑制無(wú)用頻率信號(hào)，防止電磁干擾的影響，在具體設(shè)計(jì)中，采用先進(jìn)的Multisim 8仿真軟件和歸一化方法結(jié)合，設(shè)計(jì)出有源低通濾波器的電路，根據(jù)設(shè)計(jì)實(shí)際需要，選擇合適的電阻、電容和集成運(yùn)算放大器。

5.3 高速采樣和AD轉(zhuǎn)換電路

高速采樣和AD轉(zhuǎn)換電路是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，其中，采用高速FET輸入儀器運(yùn)算放大器和四輸入高速16位AD轉(zhuǎn)換器作為高速輸入通道，可以保證在過(guò)程中采集到足夠的樣本數(shù)據(jù)，根據(jù)設(shè)計(jì)需要，選擇高精度合適的AD轉(zhuǎn)換芯片。

5.4 CPU的選型和設(shè)計(jì)

CPU的選型和設(shè)計(jì)也是不可忽視的重要因素。這是由于實(shí)時(shí)運(yùn)算處理量，要求有一個(gè)高速、高容量的中央處理器在系統(tǒng)主控CPU運(yùn)行，同時(shí)需要獨(dú)立地進(jìn)行動(dòng)態(tài)小波分析計(jì)算，并適時(shí)與主控CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。因此，在此項(xiàng)技術(shù)使用過(guò)程中，采用40 MHz時(shí)鐘頻率微處理器作為主控CPU，采用144 kB內(nèi)存高速微處理器作為運(yùn)算CPU，雙CPU結(jié)構(gòu)并行工作以保證測(cè)量數(shù)據(jù)處理的高速實(shí)時(shí)性。

5.5 軟件控制設(shè)計(jì)

軟件控制設(shè)計(jì)采用系統(tǒng)集成化設(shè)計(jì)，采用Labview進(jìn)行整體控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，根據(jù)測(cè)試需要，控制測(cè)試系統(tǒng)在限速器繩提拉力達(dá)到35 N時(shí)，即開(kāi)始記錄測(cè)試數(shù)據(jù)。運(yùn)用Labview，根據(jù)自己的需要靈活地進(jìn)行各個(gè)功能模塊的組合，能夠在軟件模塊中，將所有涉及控制的信息進(jìn)行集中，同時(shí)這些信息和數(shù)據(jù)亦可采用多種形式進(jìn)行顯示和分析，數(shù)據(jù)編輯也能夠直接、實(shí)時(shí)開(kāi)展，利用計(jì)算機(jī)總線把數(shù)據(jù)發(fā)送到存儲(chǔ)器，最后，計(jì)算機(jī)能夠直接讀數(shù)。相關(guān)工作人員也需要立足實(shí)際發(fā)展要求，利用現(xiàn)有的軟件分析技術(shù)或者軟件編程對(duì)數(shù)據(jù)展開(kāi)處理。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)測(cè)試結(jié)果的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)合收集拉壓力傳感器在不同安裝未知的檢測(cè)可以確認(rèn)最佳的導(dǎo)軌安裝位置。安裝過(guò)程中，通過(guò)固定扭力值的設(shè)定，來(lái)固定拉壓力的傳感器的位置，能夠保證所有部件的安裝減少誤差[5]。拉壓力傳感器數(shù)據(jù)傳遞過(guò)程中，電磁干擾也會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響。在拉壓力傳感器和數(shù)據(jù)接收器之間，采用高可靠的電磁屏蔽線進(jìn)行連接，可較好地消除電磁干擾的影響。

在電梯導(dǎo)軌檢測(cè)的研究實(shí)踐中，一定要從電梯檢測(cè)行業(yè)面臨的實(shí)際問(wèn)題出發(fā)，這樣不僅可以有效地減少電梯故障的發(fā)生，為電梯的穩(wěn)定運(yùn)行提供保證，還可以保障人們的生活出行安全，對(duì)推動(dòng)電梯檢測(cè)行業(yè)向更便捷、更安全的方向發(fā)展有積極作用。