電梯轎廂意外移動距離測量裝置研究

王磊，王齊剛，蔣濤

（上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院，上海 200333）

電梯檢規(guī)提出轎廂意外移動保護裝置試驗要求，轎廂在井道上部空載，以型式試驗證書所給出的試驗速度上行并觸發(fā)制停部件，僅使用制停部件能使電梯停止，轎廂的意外移動距離在型式試驗證書給出的范圍內(nèi)。檢驗過程中，施工調(diào)試人員可根據(jù)電梯制造單位提供的試驗方法對電梯轎廂意外移動保護裝置功能進行試驗并由檢驗人員現(xiàn)場確認。而有關(guān)轎廂的意外移動距離值很難準確測量，電梯制造單位提供的轎廂意外移動保護裝置型式試驗證書中并未提供準確的測量方法，轎廂意外移動距離值測量是檢驗中的一個難點。本文提出一套測量裝置，通過相應(yīng)測量方法測量和計算，從而驗證轎廂意外移動距離是否在型式試驗證書給出的范圍內(nèi)。

1 轎廂意外移動保護裝置簡介

轎廂意外移動是指在開鎖區(qū)域內(nèi)且開門狀態(tài)下，轎廂無指令離開層站的移動，不包含裝卸載引起的移動。轎廂意外移動的常見原因有：電梯制動器制動力力矩不足、傳動裝置失效、控制系統(tǒng)故障導(dǎo)致停梯開閘、門鎖回路被人為短接等。轎廂一旦發(fā)生意外移動，會對乘客造成剪切、擠壓等嚴重傷害。為了減少此類事故的發(fā)生，GB 7588-2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》第1號修改單中提出轎廂意外移動保護裝置（unintended car movement protection system簡稱UCMP），當層門未被鎖住且轎門未關(guān)閉的情況下，由于轎廂安全運行所依賴的驅(qū)動主機或驅(qū)動控制系統(tǒng)的任何單一元件失效引起轎廂離開層站的意外移動，轎廂意外移動保護裝置應(yīng)制停電梯。轎廂意外移動保護裝置由檢測子系統(tǒng)、制停子系統(tǒng)和自監(jiān)測子系統(tǒng)組成，檢測子系統(tǒng)檢測轎廂是否發(fā)生意外移動，當檢測子系統(tǒng)檢測到轎廂發(fā)生意外移動時觸發(fā)制停子系統(tǒng)動作，由制停子系統(tǒng)制停轎廂。電梯通過配置轎廂意外移動保護裝置可以有效避免“開門溜車”事故的發(fā)生。

2 電梯轎廂意外移動距離測量裝置原理

本文提出了一種電梯轎廂意外移動距離測量裝置，該裝置采用近距離無線傳輸Zigbee技術(shù)，通過建立無線傳感網(wǎng)絡(luò)完成整個測量過程。

該裝置系統(tǒng)原理如圖1所示，轎廂位置信號由平層感應(yīng)器信號變化獲取并傳輸給微控制器，位移傳感器用來測量距離。微控制器和協(xié)調(diào)器（Zigbee協(xié)調(diào)節(jié)點）進行串口連接，兩者通過串口通信協(xié)議進行數(shù)據(jù)交互。終端設(shè)備（Zigbee終端節(jié)點）對位移傳感器進行數(shù)據(jù)采集和控制，其自身具備模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，將位移傳感器采集的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量。Zigbee協(xié)調(diào)節(jié)點主要負責完成Zigbee終端節(jié)點的數(shù)據(jù)解析和轉(zhuǎn)發(fā)功能。而Zigbee終端節(jié)點主要負責接收從Zigbee協(xié)調(diào)節(jié)點發(fā)來的指令，對相應(yīng)的終端設(shè)備進行控制，如獲取位移傳感器的數(shù)據(jù)值并反饋給Zigbee協(xié)調(diào)節(jié)點。Zigbee協(xié)調(diào)器節(jié)點解析信息并轉(zhuǎn)發(fā)給微控制器。Zigbee協(xié)調(diào)節(jié)點和Zigbee終端節(jié)點通過相關(guān)通信協(xié)議進行通信。微控制器對位移傳感器測量數(shù)據(jù)進行處理并計算出距離值。

圖1 系統(tǒng)原理圖

如圖2所示為電梯轎廂意外移動距離測量裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，位移傳感器安裝于轎廂頂部，測量其與井道頂面的距離值h，微控制器進入測量模式，轎廂位于次頂層平層位置，電梯進行轎廂意外移動保護裝置功能試驗，通過操作控制柜驅(qū)動電梯以型式試驗證書給出的試驗速度上行，當電梯運行至脫離平層位置，平層感應(yīng)器給微控制器轎廂位置信號，微控制器通過無線通信方式采集位移傳感器測量數(shù)據(jù)作為起點值，電梯運行至轎廂意外移動保護裝置制停子系統(tǒng)制停電梯，位移傳感器測量終點距離值并傳輸給微控制器。微控制器通過起點和終點距離值計算出轎廂意外移動距離值。

圖2 測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

為提高準確性，在計算轎廂實際意外移動距離時應(yīng)進行補償。設(shè)電梯檢測子系統(tǒng)的響應(yīng)時間為T1，微控制器響應(yīng)電梯位置傳感器信號變化直至微控制器采集到位移傳感器初始位置數(shù)據(jù)的系統(tǒng)響應(yīng)時間為T2。設(shè)定電梯型式試驗規(guī)定的運行速度為V，由微控制器計算得出轎廂意外移動距離為S1，轎廂實際意外移動距離為S，則：

3 Zigbee無線模塊設(shè)計

本設(shè)計采用TI公司CC2530芯片作為無線傳感模塊，芯片釆用8051微控制器內(nèi)核，建立在基于標準協(xié)議IEEE802.15.4之上的Zigbee協(xié)議棧，CC2530片上集成了高靈敏度，抗干擾性強的射頻收發(fā)組件電路。該芯片ADC具備 14位的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換，能滿足位移傳感器的數(shù)據(jù)精度。如圖3所示為Zigbee無線模塊原理圖，阻容巴倫電路作為外部天線電路實現(xiàn)無線通信功能，C19、C20為隔直電容，C21與L4構(gòu)成高通濾波器，C22與L5構(gòu)成低通濾波器，信號經(jīng)兩種濾波器處理后，相位分別超前和滯后了90°，從而實現(xiàn)了差分信號到單端信號的轉(zhuǎn)換。

圖3 Zigbee無線模塊原理圖

圖4 所示為轎廂意外移動距離測量裝置測量過程主程序流程圖，系統(tǒng)初始化完成進入UCMP測試程序，當微控制器收到轎廂脫離平層感應(yīng)器位置信號，微控制器采集位移傳感器初始位移數(shù)據(jù)，當UCMP制停轎廂，微控制器采集位移傳感器最終距離數(shù)據(jù)并通過相應(yīng)算法計算出距離值。

圖4 主程序流程圖

4 結(jié)語

本文研究了一種電梯轎廂意外移動距離測量裝置，該系統(tǒng)裝置采用低成本、低功耗的Zigbee無線傳輸技術(shù)，結(jié)構(gòu)簡單、準確性高，可應(yīng)用于檢驗過程中電梯轎廂意外移動距離測量。