基于嵌入式计算机的电梯平衡系数测试仪研究

王 乐 周 蕊 纪嘉麟

（天津市特种设备监督检验技术研究院 天津 300192）

基于嵌入式计算机的电梯平衡系数测试仪研究

王 乐 周 蕊 纪嘉麟

（天津市特种设备监督检验技术研究院 天津 300192）

针对传统的电梯平衡系数检测方法费时、费力、效率低，测试结果误差大的问题，提出了一种基于嵌入式计算机的便携式平衡系数测试仪的设计方案，阐述了系统的硬件结构、软件流程。通过以单片机为核心的距离检测系统实现轿厢与对重的平衡位置检测。通过无线通信，实现主控系统与距离检测系统之间的数据通信。该测试仪的应用减小了传统测量方法带来的人为误差，使检测过程更高效，检测结果更准确。

平衡系数 嵌入式计算机 距离检测系统 无线通信

电梯平衡系数作为曳引式驱动电梯的重要性能指标，直接影响到电梯的运行安全、能源消耗、舒适性等方面［1］。其作用是为了说明对重平衡轿厢侧重量的程度，其设计和取值与曳引轮绳槽的形状、材料、钢丝绳和绳槽的润滑、轿厢的自重等有关系［2］。

平衡系数过大或过小都有可能导致电梯运行过程中曳引轮两侧曳引绳的拉力关系不满足曳引条件，从而出现曳引钢丝绳在曳引轮上打滑的情况［3］。平衡系数过大，轿厢在空载或轻载情况下，可能造成上行超速甚至冲顶事故；平衡系数过小，轿厢在重载或满载情况下，可能造成下行超速甚至蹲底事故［4］。因此平衡系数取值是否合理至关重要。TSG T7001—2009《电梯监督检验和定期检验规则——曳引与强制驱动电梯》要求，曳引电梯的平衡系数应当在0.40～0.50之间，或者符合制造（改造）单位的设计值［5］。

对平衡系数进行检测是电梯施工单位自检和检验机构监督检验的重要环节，其实质是检测对重所平衡掉轿厢侧重量的比值是否在检规规定的范围内。检规要求的检验方法为：轿厢分别装载额定载重量的30%、40%、45%、50%、60%作上、下全程运行，当轿厢和对重运行到同一水平位置时，记录电动机的电流值，绘制电流-负荷曲线，以上、下行运行曲线的交点确定平衡系数［5］。传统的检验方法通常有两种方式确定轿厢和对重在同一水平位置的时刻：在曳引绳上做标记或通过观察控制系统的楼层位置显示粗略估计。这两种方法都存在人为反应误差，且电梯行程越大、速度越快，产生的误差越大。当平衡系数接近设计上限或下限时，这种误差很可能导致检验人员将检验结论误判为不合格。为了解决这个问题，本文从应用角度出发，研制了一种基于嵌入式计算机的便携式平衡系数测试仪。该测试仪可自动检测轿厢和对重在同一水平位置的时刻并记录电动机电流值，在整个测试过程结束后，自动绘制电流-负荷曲线，确定平衡系数。

1 平衡系数测试仪硬件设计

本系统 设计的平衡系数测试仪由主控系统和距离检测系统组成。该系统硬件结构框图如图1所示。

图1 平衡系数测试仪硬件结构框图

1.1 主控系统硬件设计

主控系统以PCM-9361嵌入式计算机为核心，主要部分包括键盘、液晶显示、电流检测模块、无线通信模块。键盘设计以HT82K629A-40标准键盘芯片为核心，从而避免了键盘扫描电路和中断处理电路的设计，通过重新定义按键的使用功能使其满足系统需求，配合触屏的输入方式，使操作更简洁。电流检测通过电流传感器经A/D转换后将数字量传递给PCM-9361。待所有电流检测数据得出后，系统根据记录数据自动拟合、绘制并显示平衡系数曲线。

1.2 距离检测系统硬件设计

距离检测系统以AT89C51单片机为核心，主要部分包括红外测距模块、电池供电模块、无线通信模块。距离检测系统置于轿顶，当检测到轿厢和对重在平衡位置时，系统通过无线通信向置于机房或紧急操作屏的主控系统发出信息，主控系统立即检测并记录此刻电流值。红外测距模块采用红外测距传感器，在轿厢运动过程中，该传感器以一定频率向对重侧发射红外光，光经障碍物反射后又被传感器接收，经A/D转换将数字量传递给单片机。当轿厢与对重在同一水平位置时，检测系统得到轿厢与对重的距离；当两者不在同一水平位置时，检测系统得到轿厢与井道壁的距离。由于轿厢与对重的距离小于与井道壁的距离，因此所有检测数据的最小值即为轿厢与对重的距离。

1.3 通信方式的选择与硬件设计

由于置于轿顶的距离检测系统随轿厢的移动而移动，因此使用无线通信实现其与主控系统的数据传递。本系统选用PTR2000芯片作为无线数据传输模块，该模块硬件连接简图如图2所示。

图2 无线通信模块硬件连接简图

无线通信模块的主要外围电路有以下两个：

1）与单片机的连接电路。AT89C51的RXD和TXD引脚与PTR2000模块的DO和DI引脚直接相连，PTR2000的模式控制引脚与单片机的控制引脚相连。

2）与PCM-9361计算机的连接电路。通过MAX202器件对PCM-9361的串口RS232和PTR2000模块进行RS232和TTL电平转换，其输入输出信号与PTR2000的DO、DI连接，经其转换后的信号直接与PCM-9361的RS232串口相连接。

2 平衡系数测试仪软件设计

在进行平衡系数测试之前，要进行测试系统的井道自学习，由于红外测距传感器有特定的测量范围，首先应粗略确定轿顶边缘与对重之间的距离，根据此距离将距离检测系统安放在轿顶的合适位置。学习开始，将电梯从底层开到顶层，在此期间测量距离检测系统到障碍物的距离，学习结束，得到最小值Lmin即为检测系统与对重的水平距离。以此值为基准，设定一个范围Lmin-ΔL＜L＜Lmin+ΔL，当在轿厢运行过程中检测到的距离在这个范围内时，表明轿厢与对重到达同一水平位置，此时距离检测系统通过无线通信向主控系统发送信号，触发主控系统进入中断测量并记录电流值。整个系统软件简易流程图如图3所示。

3 平衡系数测试仪测试实例

为了测试该仪器的效果，笔者对某台新装电梯进行了测试。该电梯基本参数如下：额定载重量Q=800kg，额定速度v=1.0m/s，层站为7层7站。在电梯安装前，笔者已随施工单位在开箱点件后测得相关数据：轿厢及其配件的重量G，对重装置及其配件的重量W。根据平衡系数计算公式k=（W-G）/Q，得出k=45.1%。

电梯安装完成后，通过传统方法得出平衡系数为43%。通过测试仪测得电流值并自动绘制的平衡系数曲线如图4所示。从图中可得出测试仪测得平衡系数为45.3%。测试结果表明该测试仪的使用在实现自动化的同时能基本反映电梯平衡系数的实际情况，使检测结果更客观。

图3 系统软件流程简图

图4 平衡系数曲线

4 结束语

基于PCM-9361的平衡系数测试仪体积小，方便携带，且该嵌入式计算机配有多种标准接口，可方便对系统进行功能扩展，后续开发过程可考虑完善以下功能：

1）加装小型打印机，将绘制好的平衡系数曲线适时打印出来；

2）与计算机进行数据交换，将数据上传到计算机。

经过现场测试试验，该系统运行稳定。与用传统方法测得的平衡系数测试曲线和测试结果基本一致。基于嵌入式计算机PCM-9361的便携式平衡系统测试仪的开发和利用，减小了人为因素对测试结果的影响，缩短了检测时间，提高了检测效率，使检测结果更可靠，对检验机构的电梯检验和施工单位的电梯安装、改造、重大维修有一定的指导意义。

［1］李典伟.利用额定载荷静态测试电梯平衡系数方法［J］.质量技术监督研究，2011，（2）：35-37.

［2］陈伟森.平衡系数对电梯运行的影响及其测量方法探究［J］.机电工程技术，2013，42（05）：104-107.

［3］毛怀新.电梯与自动扶梯技术检验［M］.北京：学苑出版社，2001.

［4］秦宜奋.曳引电梯平衡系数的合理配置及检测［J］.中国特种设备安全，2013，29（9）：14-17.

［5］ TSG T7001—2009 电梯监督检验和定期检验规则——曳引与强制驱动电梯［S］.

Research on Elevator Balance Coeffi cient Test Instrument Based on Embedded Computer

Wang Le Zhou Rui Ji Jialin
（Tianjin Special Equipment Inspection Institution Tianjin 300192）

Aimed at the problem that the traditional elevator balance coeffi cient detection method is timeconsuming， laborious and ineffi cient with large error in detection result， a portable elevator balance coeffi cient test instrument is proposed which is based on embedded computer. This paper describes its hardware architecture and software process. Balance position detection of car and counterweight is completed by distance detection system using a single chip microcomputer as its core. Data communication is achieved with wireless communication between the host system and the distance detection system. Compared with traditional detection method， the application of this new instrument reduces human error， makes detection process more effi cient and makes detection results more accurate.

Balance coeffi cient Embedded computer Distance detection system Wireless

X941

A

1673-257X（2015）05-18-03

10.3969/j.issn.1673-257X.2015.05.004

王乐（1988～），男，硕士，助理工程师，从事特种设备机电类工作及研究。

2014-07-31）

communication