電梯門鎖嚙合深度集中監(jiān)控系統(tǒng)研究

馬艷秋

（沈陽特種設(shè)備檢測研究院， 遼寧 沈陽 110035）

0 引言

隨著建筑行業(yè)的飛速發(fā)展， 建筑結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度也在不斷提高，越來越多的高樓層出現(xiàn)，電梯作為建筑工程當中不可或缺的一員，使用的人數(shù)和頻率越來越高，而近年來的電梯使用過程中， 電梯發(fā)生故障的概率也隨之升高[1]。其中，由于電梯門故障導(dǎo)致，從而導(dǎo)致電梯門意外開啟， 使得乘梯人員墜入井道的事故時有發(fā)生， 危害性極大，嚴重影響到了電梯整體使用過程中的安全，是電梯安全檢驗中重點關(guān)注的項目。 電梯門鎖裝置是電梯門系統(tǒng)最重要的部件之一， 門鎖嚙合深度是否達標是判斷電梯門系統(tǒng)是否符合電梯運行要求的重要條件。

現(xiàn)階段對于電梯門鎖嚙合深度的檢測仍采用人工定期檢測的方式， 需要人工下井并采用直尺等測量儀器進行測量，精度低，人為主觀性影響嚴重，人力物力耗費高，且定期檢測的時效性差， 無法做到電梯門鎖嚙合深度的實時精準監(jiān)測。 因此，對電梯門鎖嚙合深度集中監(jiān)控具有重要意義。

本系統(tǒng)設(shè)計了一種電梯門鎖嚙合深度集中監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實時檢測門鎖的嚙合深度，并且通過無線傳輸將門鎖嚙合深度數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控界面， 從而可以實現(xiàn)實時在線監(jiān)測，保證電梯安全運行。 該系統(tǒng)在一定程度上節(jié)約了人力成本，并且避免了人為主觀性影響，提高了電梯監(jiān)控系統(tǒng)的效率以及準確率。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)總體設(shè)計

電梯門鎖嚙合深度集中監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)Fig.1 Overall structure of system

系統(tǒng)由STM32 單片機嚙合深度檢測單元、 無線傳輸模塊、 基于LabVIEW的監(jiān)控界面組成。

嚙合深度檢測單元主要由激光測距傳感器組成，通過固定件加裝在電梯門鎖上，由激光測距傳感器得到電梯門鎖的嚙合深度數(shù)據(jù)。

無線傳輸模塊加裝在電梯門鎖上， 用于將嚙合深度檢測單元通過激光測距傳感器得到電梯門鎖的嚙合深度數(shù)據(jù)發(fā)送出去，再由遠程監(jiān)控室進行接收。

監(jiān)控界面由LabVIEW 的監(jiān)控程序?qū)崿F(xiàn)，用于將遠程監(jiān)控室從無線傳輸模塊接收到的電梯門鎖的嚙合深度數(shù)據(jù)顯示出來，以供工作人員監(jiān)控。

位于電梯門鎖檢測位置的檢測單元將獲取的電梯嚙合深度數(shù)據(jù)通過單片機串口經(jīng)過無線傳輸模塊發(fā)送，遠程監(jiān)控室通過傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（Transmission Control Protocol，TCP/IP）與無線傳輸模塊進行通信，利用LabVIEW 軟件設(shè)計監(jiān)控界面， 實現(xiàn)電梯門鎖嚙合深度集中監(jiān)控功能[2]。 其中，電梯門鎖嚙合示意圖見圖2。

圖2 電梯門鎖示意圖Fig.2 Schematic diagram of elevator door lock engagement

1.2 LabVIEW 監(jiān)控界面設(shè)計

基于LabVIEW 的監(jiān)控程序主要實現(xiàn)以下功能：

（1） 無 線 數(shù) 據(jù) 接收： 通過TCP/IP 協(xié)議接收通過無線傳輸模塊傳輸?shù)碾娞蓍T鎖嚙合深度數(shù)據(jù)。

（2）電梯門鎖嚙合深度顯示：識別并提取門鎖嚙合深度的測量值，并在對應(yīng)顯示框顯示。

（3）電梯門鎖嚙合深度不達標報警：當嚙合深度沒有達到要求值時，紅燈點亮報警。

（4）電梯門鎖嚙合深度閾值設(shè)置：設(shè)置門鎖嚙合深度最低值。

獲取由無線傳輸模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)后， 開始對其進行數(shù)據(jù)分析處理和管理。監(jiān)控界面的前面板見圖3。監(jiān)控界面具有監(jiān)測啟動和停止控制、門鎖嚙合深度顯示、門鎖嚙合深度閾值設(shè)置以及報警功能[4]。當檢測到嚙合深度小于7mm 時，相應(yīng)樓層報警燈顯示紅色，并且按下停止按鈕，保證乘梯人員的安全，當檢測到嚙合深度合格時，按下啟動按鈕，電梯重新運行[5]。

圖3 監(jiān)控界面Fig.3 Monitoring interface

LabVIEW 的框圖程序見圖4。即在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)的數(shù)據(jù)管理，如數(shù)據(jù)顯示、報警指示等。

圖4 LabVIEW 框圖程序Fig.4 Program chart of LabVIEW

2 檢測方法及原理

激光測距技術(shù)是通過測量激光脈沖發(fā)射以及接收前后的時差或者相位變化來獲取距離信息， 具有測量精度高、抗干擾能力強等優(yōu)點，目前廣泛應(yīng)用于實時監(jiān)測領(lǐng)域中。 所以，針對本文電梯門鎖嚙合深度的實時檢測，利用激光測距傳感器來獲取電梯門鎖嚙合深度， 并用于構(gòu)建遠程監(jiān)控系統(tǒng)，以達到精準、實時監(jiān)測的效果。

本文采用脈沖式激光傳感器，主要包括激光收發(fā)系統(tǒng)、電源系統(tǒng)以及信號處理系統(tǒng)等。 發(fā)射端發(fā)射905nm 的激光脈沖，接收端利用帶有濾光片的APD 用于光電信號的轉(zhuǎn)換[3]。

單片機選擇STM32F407，該芯片的性能良好、功耗小、分辨率高，并且可以同時進行多通道測量。 STM32F407 通過SPI 總線設(shè)置工作方式，用于讀取并記錄脈沖發(fā)射時刻t1和反射回脈沖的時刻t2，故t1和t2之間的時間間隔為：

式中：c—光速。

3 實驗驗證

為了驗證本電梯門鎖嚙合深度集中監(jiān)控系統(tǒng)的真實效果，我們使用真實的電梯門鎖，搭建了電梯門鎖嚙合深度集中監(jiān)控系統(tǒng)實驗臺。

通過手動將電梯門鎖嚙合深度分別轉(zhuǎn)動至5.00、6.00、7.00、8.00、9.00 的位置處，查看LabVIEW 監(jiān)控界面，得到測量值。每組數(shù)據(jù)經(jīng)過100 次實驗之后，得到5 組平均測量值。

通過本次搭建的電梯門鎖嚙合深度集中監(jiān)控系統(tǒng)實驗臺，進行了100 次的測量實驗，實驗結(jié)果表明，本電梯門鎖嚙合深度集中監(jiān)控系統(tǒng)的檢測精度誤差≤0.02mm，其實驗結(jié)果見表1。

表1 實驗結(jié)果Tab.1 Experimental results

4 效益分析

當今電梯的使用已經(jīng)越來越普遍，確定電梯門鎖的安全問題是電梯安全中一項重要的課題。然而對于電梯門鎖嚙合深度的安全問題，目前并沒有有效的在線監(jiān)測解決方案。本電梯門鎖嚙合深度集中監(jiān)控系統(tǒng)解決了電梯門鎖嚙合深度在線監(jiān)測的問題，實現(xiàn)了門鎖嚙合深度數(shù)據(jù)可視化的效果，可以加強人們對電梯安全的信任，大幅度減少由電梯門鎖產(chǎn)生的安全事故，保障了乘客及工作人員的人身安全，具有廣泛的適用性，產(chǎn)生了顯著的社會效益。

由于現(xiàn)有的人口增長迅速， 土地的面積已經(jīng)越來越不能容納這些人口，因此樓層的增高勢在必行，而由此而體現(xiàn)出的電梯的應(yīng)用也越來越重要，越來越日常，為了降低人們乘坐電梯的風(fēng)險， 使目前頻繁出現(xiàn)的電梯悲劇數(shù)量降低， 對于電梯門鎖安全問題的研究仍然是非常重要的，相比于傳統(tǒng)的人工檢測電梯門鎖嚙合深度，本電梯門鎖嚙合深度集中監(jiān)控系統(tǒng)僅采用激光測距傳感器、 無線傳輸模塊、LabVIEW 界面，就能夠?qū)崿F(xiàn)比傳統(tǒng)檢測方法更精準、實時的效果。并且電梯門鎖嚙合深度集中監(jiān)控系統(tǒng)可以加裝在現(xiàn)有的電梯門鎖上， 無需更換現(xiàn)有的電梯門鎖。 低成本、高精度以及高適用性，可為電梯安全防護措施帶來可觀的效益。

5 結(jié)論

本系統(tǒng)利用激光測距傳感技術(shù)， 通過單片機與Lab-VIEW 相結(jié)合的方式，設(shè)計并構(gòu)建了一種電梯門鎖嚙合深度集中監(jiān)控系統(tǒng)。 應(yīng)用這一監(jiān)控系統(tǒng)對電梯門鎖的嚙合深度進行遠程監(jiān)控。 文中方案將單片機采集到的數(shù)據(jù)由無線傳輸模塊發(fā)送進行無線傳輸， 上位機采用LabVIEW技術(shù)通過TCP/IP 協(xié)議與單片機進行通訊，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收，且采集到的數(shù)據(jù)精度達到毫米級[6]。通過測試，這一監(jiān)控系統(tǒng)能實時監(jiān)測到電梯嚙合深度， 檢測精度誤差≤0.02mm，穩(wěn)定性高，保障了電梯的安全運行。