■文/宋金泉 張國安 宋梁君 黃 凱

對一款多功能便攜式智能型電梯檢測機的說明

■文/宋金泉 張國安 宋梁君 黃 凱

浙江紹興特檢院設計了一款多功能便攜式電梯檢測設備，在實現(xiàn)電梯速度、加速度、噪聲及平衡系數(shù)等多參數(shù)檢測的同時，還能對檢測電梯進行全面的安全風險評估。本文介紹了檢測系統(tǒng)的軟硬件設計，并針對某乘客電梯進行現(xiàn)場應用，結果表明該儀器能實現(xiàn)電梯性能分析及風險評估，滿足電梯檢測需求。

隨著我國現(xiàn)代化城市的建設，電梯被廣泛應用于高層建筑，為了保障電梯的安全性，加強電梯的安全檢測，及時發(fā)現(xiàn)安全隱患是確保電梯安全運行的有效措施。電梯速度、加速度、噪聲及平衡系數(shù)等作為電梯的整機性能參數(shù)，直接影響電梯的運行安全。針對目前電梯檢測設備存在測量參數(shù)單一，少有風險評估分析以及現(xiàn)場檢測工作量大等問題，浙江紹興特檢院設計研究了一款便攜式多功能智能型電梯檢測機。該機采用智能化設計，以STM32F407為核心信號采集電路，基于Android 5.1操作系統(tǒng)，對檢測參數(shù)進行分析處理，并根據(jù)安全風險評價項對電梯進行風險評估，可實現(xiàn)電梯安全性能的檢測。

機器的硬件設計

這款便攜式檢測機的硬件系統(tǒng)主要由傳感器、信號采集模塊、信號處理模塊和電源模塊組成（見圖1）。

圖1 系統(tǒng)硬件總結構圖

一、傳感器

根據(jù)GB/T 24474-2009《電梯乘運質(zhì)量測量》和GB/T 10059-2009《電梯實驗方法》中測量儀器測量指標，選用三軸加速度傳感器型號AKE39T，量程2g，精度優(yōu)于0.5%；聲級計GM1356，頻率A計權，量程30～130dB，分辨率1dB；有功功率計采用電流鉗、電壓端子采集輸入，量程1～30kW，誤差小于0.2%；滾輪編碼器LD3806-600BM準確度優(yōu)于±5%，量程0.005m/s～10m/s，精確到mm。

二、信號采集模塊

信號采集以ST公司32位Cortex-M4嵌入式微處理器STM32F407為核心，根據(jù)傳感器的輸出特性連接多種傳感器模塊，對傳感器信號進行濾波、放大、整形等預處理。采集信號緩存在SRAM(Static Radom Access Memory，靜態(tài)隨機存取存儲器)中，通過藍牙無線傳輸或SPI(Serial Peripheral Interface，串行外設接口)與上位機PAD(Portable Android Device，平板電腦)連接，實現(xiàn)信號數(shù)據(jù)的在線讀取。同時選用SanDisk的32G存儲卡作為外部存儲介質(zhì)，對測量原始數(shù)據(jù)進行記錄保存。

三、信號處理模塊

選用SAMSUNG Galaxy Note SM-P600 32G平板電腦作為檢測設備上位機，以1.3+1.9Ghz雙四核處理器為核心，對數(shù)據(jù)信號進行數(shù)值計算和ISO標準濾波，完成電梯性能參數(shù)的在線測試，實現(xiàn)測量參數(shù)的現(xiàn)場分析和圖形化顯示。PAD內(nèi)置藍牙接口用于連接微型藍牙打印機，對測試結果進行現(xiàn)場輸出打印；內(nèi)置SD卡用于存儲擴展。

四、電源模塊

檢測系統(tǒng)共需要3種電壓模式，主電池充電電路為12V 4Ah，自帶保護電路；MUC信號采集模塊的需要電壓為3.3V；傳感器工作的需要電壓為5V。電源模塊以12V的直流電源作為供電轉(zhuǎn)換電路的輸入端，采用LM22676-ADJ轉(zhuǎn)換芯片對電壓進行轉(zhuǎn)換，獲取信號采集和傳感器工作需要的3.3V和5V電源電壓。

機器的軟件設計

上位機軟件設計主要在Android 5.1操作系統(tǒng)和Eclipse開發(fā)環(huán)境下基于Java進行編程，主要包括電梯性能參數(shù)測試軟件和安全風險評估軟件。

一、性能分析軟件設計

系統(tǒng)性能分析軟件主要用于完成電梯速度、加速度、噪聲及平衡系數(shù)的在線測試和分析，其軟件分析主功能（見圖2）。

電梯速度測試主要包括電梯轎廂運行速度、轎廂移門速度的測試，其中運行速度通過放置三軸加速度傳感器于轎廂地板中心半徑為100mm的圓形范圍內(nèi)，對測量加速度信號進行數(shù)值積分得到；移門速度則直接通過滾輪編碼器接觸式測量得到。

圖2 電梯檢測系統(tǒng)性能分析軟件

加速度測試主要包括運行加速度、振動加速度測試。運行加速度主要對三軸加速度垂直方向單向加速度信號進行10Hz低通濾波（2階巴特沃斯濾波）后得到，同時對轎廂起動加速度和制動減速度最大值進行計算；振動加速度則對三軸加速度信號進行ISO 8041濾波后得到，并計算X/Y/Z軸的最大峰峰值及A95峰峰值。

噪聲測試主要利用聲級計對運行中轎廂內(nèi)噪聲值和開關門過程噪聲值進行直接測量，并對噪聲信號求最大值以及背景噪聲的修正。

平衡系數(shù)測試主要利用有功功率計測試曳引機變頻器輸入端線電壓與線電流，通過功率計內(nèi)置計算測得曳引機有功功率，并結合電梯轎廂上/下行運行速度，根據(jù)功率/速度檢測法計算電梯平衡系數(shù)。

二、風險評估軟件設計

采用GB/20900-2007《電梯、自動扶梯和自動人行道 安全風險評價和降低的方法》確定的方法，通過對影響電梯安全的評價項進行風險識別及定量、定性分析，對風險的嚴重程度、風險的發(fā)生概率進行評估，通過確定風險等級和類別，結合專家評定意見，提出降低風險措施和評估結論。評估流程（見圖3）。

風險評估軟件基于Android系統(tǒng)實現(xiàn)，主要包括用戶管理、電梯信息管理、風險評估、專家評定、評估數(shù)據(jù)統(tǒng)計及評估報告等。

用戶管理主要用于用戶賬戶管理，包括用戶添加、刪除，用戶密碼修改及權限設置等。

電梯信息管理包括電梯名稱、使用單位、維保單位、制造單位、改造單位、電梯基本參數(shù)等信息，通過“添加”、“修改”、“刪除”功能實現(xiàn)電梯基本信息的創(chuàng)建、修改和刪除。

在完成電梯基本信息錄入后點擊“風險評估”，從電梯屬性和安全要求出發(fā)進行風險項（如電氣系統(tǒng)、曳引系統(tǒng)、導向系統(tǒng)、轎廂、門系統(tǒng)等）的情節(jié)識別，選擇影響電梯安全運行的各個風險情節(jié)要素，并對選擇風險項進行嚴重程度和發(fā)生概率評估，確定風險等級和類別。

專家評定主要根據(jù)各子系統(tǒng)的風險等級綜合確定該電梯的綜合等級和類別，對該電梯做出綜合評價，填寫評審結論，提出相對應降低風險措施。

評估數(shù)據(jù)統(tǒng)計主要用于統(tǒng)計各電梯的風險評價總項數(shù)、已評價數(shù)、I級、Ⅱ級、Ⅲ級、未評價數(shù)量及綜合風險值RZ與綜合風險等級，并可通過點擊具體風險級別查看同等級風險評價項。

評估報告主要用于生成特定格式的電梯安全風險評估報告。

性能分析

選擇一臺標準速度為1m/s，額定載荷為1000kg的乘客電梯進行電梯整機性能測試，測得三軸加速度及噪聲原始信號，并對原始信號進行濾波、計算及噪聲修正，得到電梯運行綜合性能圖。

根據(jù)性能測試結果，得到該乘客電梯轎廂的運行速度在勻速段為0.99m/s，起動加速度最大值為0.57m/ s2，制動減速度最大值為0.75m/s2，轎廂內(nèi)最大噪聲值為60dB。根據(jù)GB/T 10058-2009《電梯技術條件》整機性能要求，乘客電梯起動加速度和制動減速度最大值應≤1.5m/s2，運行中轎廂內(nèi)最大噪聲值≤55dB。測試結果中，聲音信號最大值為60dB，最大噪聲不發(fā)生在運行過程，運行中轎廂內(nèi)的最大噪聲值≤55dB，符合標準技術條件。加速度性能參數(shù)則完全達到要求，且電梯運行速度非常接近額定速度。根據(jù)測試結果，該電梯運行性能基本達到技術要求。

固定有功功率計在乘客電梯曳引機變頻器輸入端，測量轎廂下行至與對重同一水平位置時電梯功率Px=45102W，上行至水平位置時的功率Ps=36822W，相對應位置轎廂下行速度vx=0.99m/s，上行速度vs=1m/s，由平衡系數(shù)功率/速度檢測公式測得平衡系數(shù)為：

根據(jù)GB/T 10058-2009《電梯技術條件》，電梯的平衡系數(shù)應在0.4～0.5范圍內(nèi)，綜上參數(shù)測試結果，該電梯整機性能符合相關標準。

風險評估

對該標準速度為1m/s，額定載荷為1000kg的乘客電梯進行現(xiàn)場安全風險評估，結合前文電梯性能檢測分析結果，對選擇風險項進行嚴重程度和發(fā)生概率的評估，再根據(jù)GB/20900-2007確定方法，計算出風險項等級。對各子系統(tǒng)風險項評估后，進行專家評定，評審專家根據(jù)各項子系統(tǒng)現(xiàn)場風險評估結果確定該電梯的綜合風險等級，對電梯做出客觀評價，并在專家評定中輸入評審結論，同時出具評估報告。使用單位根據(jù)專家評定給出的結果，參照專家提出的防護措施對該電梯進行相應的維護整改。

這個機器根據(jù)電梯檢驗相關標準，采用先進適用技術，在完成電梯整機性能參數(shù)檢測的基礎上，實現(xiàn)電梯的安全風險評估，在一定程度上便捷了檢驗人員的現(xiàn)場操作，提高了檢測效率。

應用結果表明，該檢測機器符合相關電梯檢驗檢測標準，能夠滿足電梯日常安檢的需要，是一種效率高、便攜性能好、成本低的新型檢測設備。

（作者單位：浙江省紹興市特種設備檢測院）