姜宏 冷洪勇 趙榮

摘 ?要：自動(dòng)扶梯發(fā)生事故的原因錯(cuò)綜復(fù)雜，其中超速及非操縱逆轉(zhuǎn)所帶來(lái)危害和社會(huì)方向是更為巨大的。本文使用虛擬儀器模擬產(chǎn)生的脈沖信號(hào)代替自動(dòng)扶梯原有的傳感器脈沖信號(hào)，通過(guò)改變模擬脈沖信號(hào)的頻率或者相位，以達(dá)到自動(dòng)扶梯超速、非操縱逆轉(zhuǎn)的目的，滿足檢測(cè)要求。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器;自動(dòng)扶梯;超速、防逆轉(zhuǎn);檢測(cè)

1研究背景

現(xiàn)在，我國(guó)自動(dòng)扶梯的數(shù)量在與日俱增，在使用的過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)一些事故，對(duì)人員造成了嚴(yán)重的傷害[2]。通過(guò)事故案例的調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，自動(dòng)扶梯發(fā)生的安全事故多種多樣，但每種事故造成的傷害卻不是單一的，如表1-1所示。[1][2]

2國(guó)內(nèi)外對(duì)自動(dòng)扶梯安全問(wèn)題研究的現(xiàn)狀

2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀[3][4]

為減少扶梯事故的產(chǎn)生，國(guó)外的研究主要集中于扶梯綜合安全性能的檢測(cè)。面向市場(chǎng)也推出了成熟的檢測(cè)產(chǎn)品，美國(guó)碧蒙特公司針對(duì)電梯或自動(dòng)扶梯運(yùn)行質(zhì)量開發(fā)了EVA-625專業(yè)測(cè)量產(chǎn)品;德國(guó)TUV公司檢測(cè)系統(tǒng)ADIASYSTEM能自動(dòng)生成檢測(cè)報(bào)告;日本小野測(cè)器株式會(huì)社EC-2100設(shè)備只需將測(cè)速環(huán)放在扶手帶或梯級(jí)踏板即可以測(cè)量自動(dòng)扶梯的速度。

2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)對(duì)自動(dòng)扶梯的安全性能檢測(cè)方法的研究也是多種多樣的，不僅對(duì)安全性能檢測(cè)的儀器重視，而且自動(dòng)扶梯超速和預(yù)防自動(dòng)電梯逆轉(zhuǎn)事故的檢測(cè)裝備開發(fā)也是國(guó)內(nèi)專家學(xué)者所研究的重點(diǎn)。上海市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究所研發(fā)的設(shè)備，被國(guó)內(nèi)多家企業(yè)采用作為自動(dòng)扶梯的安全性能檢測(cè)儀器[5];杭州市特檢院聯(lián)合企業(yè)開發(fā)了MI-7004E;珠海檢測(cè)院戚政武院長(zhǎng)等人[6]基于變頻技術(shù)研制了國(guó)內(nèi)首臺(tái)針對(duì)超速和非操縱逆轉(zhuǎn)的綜合檢測(cè)儀器。縱觀國(guó)內(nèi)外研究成果，還是存在一些問(wèn)題：1）國(guó)外檢測(cè)設(shè)備在自動(dòng)扶梯超速和非操縱逆轉(zhuǎn)保護(hù)功能檢測(cè)過(guò)程中仍然存在一定的局限性;2）國(guó)外的檢測(cè)儀器主要還是針對(duì)的垂直箱式電梯而不是自動(dòng)扶梯設(shè)計(jì)的，檢測(cè)儀器存在功能冗余、針對(duì)性不強(qiáng)等問(wèn)題;3）國(guó)內(nèi)常用的檢測(cè)方法通用性不強(qiáng)，未形成統(tǒng)一的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和流程。

3軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)平臺(tái)選擇

本裝置軟件開發(fā)平臺(tái)選用圖形化編程軟件LabVIEW，LabVIEW作為目前唯一的編譯型圖形化編程語(yǔ)言，把復(fù)雜、費(fèi)事、費(fèi)力的編程語(yǔ)句簡(jiǎn)化成進(jìn)行選擇的菜單或者圖標(biāo)，并用線條連接起來(lái)的簡(jiǎn)單圖形編程方式[7]

4軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4. 1 脈沖信號(hào)測(cè)量

通過(guò)對(duì)傳感器的脈沖信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，將得到的脈沖信號(hào)參數(shù)進(jìn)行輸出信號(hào)的模擬。在LabVIEW中，測(cè)量脈沖信號(hào)使用的是脈沖測(cè)量子VI，使用脈沖測(cè)量子可測(cè)量脈沖的周期、占空比和脈沖持續(xù)期等信息。

4. 2 扶梯運(yùn)行速度測(cè)算

對(duì)于自動(dòng)扶梯扶梯速度的測(cè)量，測(cè)量方法主要有三種[27]：脈沖數(shù)法（M法）、脈沖周期法（T法）與脈沖數(shù)周期法（M/T法）。

脈沖周期法（T法）：根據(jù)測(cè)量轉(zhuǎn)速傳感器輸出一個(gè)脈沖的周期時(shí)間得到測(cè)試的速度。在測(cè)試的過(guò)程中，把信號(hào)周期時(shí)間頻率設(shè)置為fc，時(shí)鐘脈沖數(shù)量是mc個(gè)，轉(zhuǎn)一圈轉(zhuǎn)速傳感器輸出的脈沖數(shù)量是P，周長(zhǎng)為C，那么進(jìn)行時(shí)間單位轉(zhuǎn)化后所得到轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)速度如式1所示：

脈沖數(shù)周期測(cè)量方法（M/T法）：把被測(cè)試的脈沖時(shí)間定為T。計(jì)算時(shí)間和對(duì)應(yīng)的脈沖時(shí)間設(shè)置為C，時(shí)間到了T后第一個(gè)被測(cè)脈沖根據(jù)終止時(shí)間來(lái)計(jì)量，每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈轉(zhuǎn)速傳感器輸出的脈沖值是P，那么轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速如式2所示：

本裝置使用的是光電編碼器，采用脈沖數(shù)計(jì)算的方式來(lái)進(jìn)行計(jì)算。在規(guī)定的間隔時(shí)間Tg內(nèi)，所測(cè)量的轉(zhuǎn)速傳感器輸出的脈沖數(shù)值是MP，每圈轉(zhuǎn)速傳感器輸出的脈沖數(shù)是P，測(cè)試速度的輪周長(zhǎng)是C，通過(guò)時(shí)間單位轉(zhuǎn)換后得到自動(dòng)扶梯踏板的運(yùn)行速度：

（1）先計(jì)算出測(cè)速裝置的轉(zhuǎn)速，式3所示

（2）根據(jù)求得的轉(zhuǎn)速，求出自動(dòng)扶梯踏板運(yùn)行速度，式4所示

4.3 模擬信號(hào)的生成

信號(hào)發(fā)生器VI參數(shù)設(shè)置面板如圖1所示。

由于輸出脈沖信號(hào)為雙通道，所以采用了兩個(gè)相同的脈沖發(fā)生器進(jìn)行信號(hào)模擬，其中兩個(gè)信號(hào)會(huì)存在一定的相位差，以達(dá)到與自動(dòng)扶梯傳感器信號(hào)一樣的信號(hào)。由于采集卡的輸出電壓為0～5V，因此，為保證模擬信號(hào)的幅值在滿足條件的前提下，實(shí)現(xiàn)采集卡效率的最大化利用，對(duì)信號(hào)的幅值進(jìn)行了一定的調(diào)節(jié)，使其最大電壓為5V，最小電壓為0V。其程序如圖2所示。

4.3 軟件系統(tǒng)主要功能設(shè)計(jì)[8]

4. 1 信號(hào)輸入系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

信號(hào)輸入采用DAQ通道輸入。如果信號(hào)傳輸要求抗干擾能力強(qiáng)，一般選擇差分輸入的模式;為了保證采集效率最大可能的被利用，此處最大電壓，以及最小電壓都選為其極限值，即分別為10V，-10V。采用“DAQmx開始任務(wù)（VI）”連接“DAQmx讀?。╒I）”進(jìn)行讀取采樣，單通道N采樣讀取單個(gè)波形，通過(guò)“DAQmx停止任務(wù)（VI）”的指令停掉正在進(jìn)行的任務(wù)，讓它返回“DAQmx開始任務(wù)（VI）”最初的狀態(tài)，然后就啟動(dòng)“DAQmx清除任務(wù)（VI）”把此次的任務(wù)清理掉，在清除任之前，就應(yīng)該結(jié)束VI任務(wù)，還可以根據(jù)需求保留任務(wù)中的可用資源，以避免分配不必要的內(nèi)存，使任務(wù)高效進(jìn)行。

4. 2 信號(hào)輸出系統(tǒng)設(shè)計(jì)

采用模擬量輸出功能模塊。首先對(duì)“DAQmx創(chuàng)建虛擬通道（AI）”進(jìn)行設(shè)置，采用的是AO電壓，即輸出通道;此處輸出的最高電壓為+5V，最低電壓為0V;然后連接“DAQmx開始任務(wù)（VI）”;再經(jīng)過(guò)“DAQmx寫入（VI）”進(jìn)行讀取采樣，多通道N采樣寫入單個(gè)波形，以保證雙信號(hào)同時(shí)輸出，通過(guò)“DAQmx停止任務(wù)（VI）”結(jié)束正在進(jìn)行的任務(wù)，讓它回到“DAQmx開始任務(wù)（VI）”沒有行動(dòng)之前的時(shí)候，然后就啟動(dòng)“DAQmx清除任務(wù)（VI）”把這次任務(wù)全部清理掉，可以根據(jù)需求保留任務(wù)中的可用資源，以避免內(nèi)存浪費(fèi)，提高其工作效率。

圖3為輸入通道參數(shù)設(shè)置界面，圖4為輸出通道參數(shù)設(shè)置界面，圖5為檢測(cè)系統(tǒng)界面。

5總結(jié)

通根據(jù)其檢測(cè)流程進(jìn)行了自動(dòng)扶梯運(yùn)行的傳感器脈沖信號(hào)參數(shù)和運(yùn)行速度的測(cè)量，分別對(duì)超速、欠速和逆轉(zhuǎn)異常信號(hào)進(jìn)行模擬輸出，對(duì)扶梯制動(dòng)系統(tǒng)性能進(jìn)行了檢測(cè)證實(shí)了本檢測(cè)系統(tǒng)具有良好的實(shí)用性能。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：姜宏，男，漢族，副教授，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

基金項(xiàng)目：新疆維吾爾自治區(qū)高?？蒲杏?jì)劃項(xiàng)目（XJEDU2014I007）