基于ARM系统自动扶梯梯级踏陷安全检测仪的设计

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[摘要]本文在研制一种新型自动扶梯与自动人行道梯级踏陷安全性能检测仪的基础上，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及自动人行道的检测和验证提供了一种安全有效的技术手段。

[关键词]自动扶梯梯级塌陷保护安全检测

依据国标自动扶梯与自动人行道安装安全规范GB16899-2011的规定，当梯级、踏板、出现踏陷或链条伸长时，自动扶梯或人行道下陷安全保护装置应动作，使扶梯自动停止运行。由于自动扶梯和自动人行道（以下统称为自动扶梯）自身设计的特点，目前大多数采用传统的拆除自动扶梯梯级，依靠人为手动来切断下陷开关的检验方法来进行验证其开关可靠性，其检测方法不具备科学性，且不能检测梯级下陷开关与梯级上方的垂直距离，因而国标GB16899-2011及特种设备安全技术规范TSGT7005-2012均未对梯级踏陷开关与杆动作距离作明确规定，根据我国目前制造企业的标准一般把梯级踏陷设计在5±1mm范围内，又因自动扶梯梯级踏陷安全保护在运行的情况下来验证存在不安全因素。因此。本文中笔者介绍一种便携式自动扶梯梯级塌陷安全检测仪的设计，它能够对自动扶梯的梯级塌陷不用拆除梯级的情况下进行检测，从而帮助自动扶梯的使用单位和电梯施工单位及时发现设备存在的隐患，从而保障自动扶梯的安全运行。由于该检测仪器操作简便、安全快速，所以非专业检测机构甚至使用单位经过培训即可有效使用该检测仪对自动扶梯进行测试和评估。这样，使自动扶梯的安全运行不再局限于每年一次的定期检验，使施工单位和使用单位在技术上增强了对对自动扶梯的管理力度和检测水平。

一、自动扶梯梯级塌陷安全检测仪的总体设计

目前国内自动扶梯或人行道梯级塌陷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方面的问题。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）主要功能和性能（1）梯级踏陷安全动作性能检测；（2）梯级塌陷安全开关与与连杆距离监测5±1mm；（3）液晶显示，菜单化管理；（4）支持打印功能；（5）支持USB通讯；

（二）主要部件：（1）数据采集分析仪主机（2）光电编码器传感系统（3）柔性光电传感器（4）模拟控制器（5）彩色触摸液晶显示屏（6）7.4V可充电锂电池。

二、自动扶梯梯级塌陷安全检测仪的主要技术设计

本项目所研究的方法为以国家标准为基础，采用“多路传感器+模拟控制器+嵌入式计算机系统+计算机”模块化结构设计，其中最关键的是多路传感器和模拟控制器的选择和设计。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即可得到相应的结果。

本系统拟考虑由四大部分组成：传感器、模拟控制器、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：系统基本原理框图

本系统中传感器部分主要包括光电编码器传感系统和柔性光电传感器。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，通过柔性光电传感器以高精度光电传感器为主，辅以一定长度的柔性连接，可以深入到扶梯内部测量转动部分的数据。采用探伤或专用磁铁粘在扶梯梯级内侧上，手动操作自动扶梯或人行道使带有磁铁梯级运行到梯级下陷开关处，获得切断梯级下陷安全开关并通过传感器检测开关距离，将切断开关信号通过数据采集分析仪的分析和计算，即可获得梯级下陷开关距离以及梯级下陷开关的可靠性的二者的情况。

模拟控制器以小型电机配备感应元件，该感应元件可以根据不同的扶梯而更换不同的感应元件，该部分由数据采集分析仪控制，可以按照不同的速度进行旋转并可正反转。其基本原理是模拟控制器可以按照所测扶梯的梯速与梯速下陷开关的可靠性检测，也可以测试自动扶梯的超速、欠速保护功能。同时可以通过正反转的转换，来检测自动扶梯的梯级踏陷安全保护装置的可靠性。

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、电机驱动模块、彩色触摸屏液晶、传感器输入接口等。通过电机驱动模块驱动模拟控制器中的电机，可实现速度控制和正反转，用彩色触摸屏液晶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，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。并可打印测试报告和对测试数据进行数据库管理，可随时调出查看。其原理框图如下图二所示。

图二：系统原理框图

四、采用的研究、试验方法和技术路线（包括工艺流程）

本项目所研究的方法为以国家标准为基础，采用“多传感器模块+嵌入式计算机系统+计算机”模块化结构设计，实现对自动扶梯和自动人行道梯级塌陷安全开关距离检测，同时对自动扶梯和自动人行道梯级塌陷安全开关性能等进行检测，从而初步判断出自动扶梯或自动人行道梯级塌陷运行安全可靠性，为自动扶梯或自动人行道运行提供安全评估依据。

五、总结

这一项目研究将设计一种便携式的、通用的梯级踏陷安全保护检测仪，对自动扶梯的主要安全保护功能进行现场检测，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。由于它具有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，使扶使用单位和梯维保单位在技术上增强了对扶梯的管理力度和水平，它的研制成功势必会对自动扶梯或自动人行道的安全保护装置检测提供科学的检测手段。

（作者单位：安徽省特种设备检测院）