基于自动扶梯制动安全检测仪结构的设计开发

摘 要：本文在研制一种新型自动扶梯制动安全测试仪的基础上，阐述了该测试仪的总体设计和技术特点，它的研制成功为我国自动扶梯在制动安全提供了一种安全有效检测和验证方法。
关键词：自动扶梯 制动安全 减速度 制停距离检测
一、 概述
随着我国公共交通和大型商场、车站、机场的快速发展，自动扶梯或人行道的安装和使用数量也越来越大，同时出现安全问题也出现快速上升的势头。根据GB16899-2011《自动扶梯和自动人行道的制造安装安全规范》的规定，通过分析近年来的多起扶梯事故案例，可以看出，由于未能及时发现自动扶梯或人行道同步运行存在隐患或超出范围，自动扶梯就可能埋有重大安全隐患，如继续运行而导致多起公共安全事故，给人们的生命财产带来损失。
由于目前扶梯自身的设计特点，其自动扶梯制动减速度及制动距离可靠性在有载荷的情况下来验证普遍较为困难且不安全，日常的设备检查中几乎无法对这些装置进行验证，使得扶梯实际上是在部分功能有缺陷的状态下长期运行，由于检测手段的不足，这些缺陷长期没有被发现和纠正。
这一研究项目将设计一种便携式的、通用的自动扶梯或人行道制动安全检测仪，对自动扶梯的制动减速度检测、制停距离检测、运行速度检测、扶手带与梯级同步功能的进行现场检测，从而帮助扶梯的使用单位和维保单位及时发现缺陷，并及时消除隐患，保障扶梯安全运行。由于它简便快速的检测安全缺陷的特点，使非专业检测机构，甚至使用单位经过培训，也可以有效使用这套仪器对扶梯的安全保护装置的有效性进行测试和评估，从而使扶梯安全运行不再局限于每年一次的安全检测，使扶梯维保单位和使用单位在技术上增强了对扶梯的管理力度和水平。
它的研制成功和推广无疑将会进一步提高我公共交通安全水平。
二、 总体设计
目前国内自动扶梯或人行道同步安全运行检测领域至少存在着检测功能不足和未能进入实用阶段两大问题。随着城市自动扶梯保有量的急剧增加，未来，对扶梯检测仪将会有更大的需求和更高的性能要求，便携化、多功能化、高可靠性、高适用性将会是扶梯检测仪的发展方向。
（一）主要功能组成
◇制动器制动过程减速度不大于1m/s2检测；
◇运行速度功能检测（含超速和欠速）；
◇扶梯刹车距离检测功能
◇扶手带和梯级同步功能检测
◇液晶显示，菜单化管理；
◇支持打印功能；
◇支持USB通讯；
◇电源：7.4V可充电锂电池；
（二）主要部件组成：
①数据采集分析仪主机
②光电编码器传感模块
③薄膜按键面板
④液晶显示屏
⑤USB接口及连线
三、主要技术指标
（一）主要技术：
本项目所研究的方法为以国家标准为基础，采用“传感器+嵌入式计算机系统+计算机”模块化结构设计，其中最关键的是传感器和上位计算机分析软件的设计。由传感器测得的信息首先进入数据采集盒，在数据采集分析仪中对数据进行初步分析并将结果在液晶显示器上显示出来。同时可通过USB接口传输给计算机，在计算机上采用人工智能等技术，并通过特定的数学模型对数据做进一步的分析，以获得更多的结果参数，并可将相应图谱在计算机上显示出来。
本系统拟考虑由三大部分组成：传感器、数据采集分析仪和便携式计算机。基本原理框图如图一所示。

图一：基本原理框图
本系统中传感器部分主要为光电编码器传感模块。光电编码器传感系统以高精度光电编码器为主体，配合以相应的机械结构，通过专用测试轮在扶梯扶手带和梯级上滚动，获得单位时间的脉冲数，通过数据采集分析仪的分析和计算，即可获得制动时减速度与名义速度及扶手带和梯级的速度以及二者的同步情况。通过人工制停扶梯，可以获得扶梯的刹车距离。光电编码器传感模块结构示意图如图二所示。

图二：光电编码器传感模块结构示意图
数据采集分析仪以ARM7内核的MCU为核心，配备有数据存储芯片、USB通信模块、液晶显示屏、薄膜按键面板、传感器输入接口等。用液晶显示屏和薄膜按键面板实现参数设置和显示，测试数据和相关参数保存在检测装置内嵌的存储器中。测试完成后，数据采集分析仪通过USB接口将数据传递给计算机，其原理框图如下图二所示。

图三：原理框图
上位计算机分析软件采用模块化设计，适用于Windows98、2000、XP等操作系统，要求计算机硬件主频不低于PIII450，并且具有USB接口，内存不低于64M，分辨率设置为1024×768及其以上。本分析软件主要利用计算机强大的分析处理能力，采用数据融合，模糊处理等人工智能技术对数据做进一步的分析处理，从而在更高层次上对相应电梯的设计、安装以及检验具有一定的指导作用。本软件具体流程为该软件首先对由嵌入式计算机系统传来的数组进行浏览，数组内数据进行分析比较，并按照人工智能等方法对数据进行分析处理，得出扶手带和梯级的同步度，智能判断出扶梯的刹车距离，并可在屏幕上绘出扶梯刹车过程中速度变化曲线及相应位移曲线。在上位计算机上还可输入测试的相关信息（扶梯型号及编号、测试人姓名、测试地点等），对每组数据进行数据库管理，随时可调出查看，并根据需要打印出测试报告。

总之，本项目仪器以电子系统为核心，配备专用测试架、微型电机以及软件分析，具有便于携带，操作简单，运行稳定，安全性高，测试精度高，智能化程度高等优点。本项目的设计和实现，将为自动扶梯行业制动安全检测提供一个有益的思路和途径。项目产品化后，将有效解决电梯行业自动扶梯非操转保护无测试仪器检测的难题，为电梯行业提供一个有力的检测手段，填补行业空白，有效提高我国自动扶梯或自动人行道运行质量及安全性能。
（作者单位：安徽省特种设备检测院 安徽合肥）