一种自动扶梯多功能同步动态检测仪的研究与应用

易晓兰++朱振国

摘 要：本文介绍了一种自动扶梯多功能同步动态检测仪的设计方案、技术实现以及应用情况。仪器设能快速实现自动扶梯运行速度、加速度、扶手带与梯级速度同步率、制停距离、梯级两侧与围裙板之间的距离、水平区段前后梯级高度差、梯级塌陷开关和梯级之间距离等多参数的动态同步精确检测，适用于自动扶梯生产、使用、维保单位和检验检测机构对制动距离等关键参数进行简便快速检测。

关键词：自动扶梯、速度同步率、动态间距、动态检测

1.引言

近年来自动扶梯事故频发，安全检验形势严峻，对自动扶梯的检验技术提出了更高的要求。自动扶梯运行的参数很多，扶手带速度同步率等、制停距离等速度相关参数异常容易导致扶梯运行不稳从而致使乘客站立不稳而摔倒，梯级两侧与围裙板间距等距离相关参数则容易导致乘客在乘梯过程中脚、衣物等被夹持牵绊，从而酿成危险，比如梯级两侧与围裙板间距过大容易引起脚趾挤压事故，水平区段前后梯级高度差容易绊倒乘客，梯级塌陷开关失效容易则引起更为严重的事故。

因此国标GB 16899-2011《自动扶梯和自动人行道制造与安装安全规范》和特种设备安全技术规范TSGT7005-2012 《自动扶梯与自动人行道监督检验和定期检验规程》对制停距离、梯级高度差等与乘客生命财产安全息息相关的参数提出了明确的量化检验要求。

针对以上项目，目前国内自动扶梯检验机构和制造厂家多采用转速表、直尺等单项仪表和工具手动测试，检验精度低、误差大，而效率相对较低，不能准确反应自动扶梯运行状况，现行检验技术的原始低下国家强制标准要求难以落实，自动扶梯因以上运行参数异常导致安全事故仍然层出不穷。因此完善检验手段，提升检验技术，保障自动扶梯的安全运行迫在眉睫，研发自动的、通用的、多功能的自动扶梯检测仪器十分必要。

2.总设计方案

自动扶梯多功能同步动态检测仪正是基于以上背景而研制的一种便携式的智能化检测仪器，用于自动扶梯运行速度、加速度、扶手带与梯级速度同步率、制停距离等速度相关参数，以及梯级两侧与围裙板之间的距离、水平区段前后梯级高度差、梯级塌陷开关和梯级之间距离等距离相关参数的精确检测。

仪器从检测功能的角度分为速度类和距离类，速度类采用两侧扶手带和梯级三路测速装置同步检测，距离类采用高精度激光测距传感器配合不同的检测工装实现精确测试。仪器包含速度类、距离类多路传感器、不同功能的专用检测工装、主机、数据采集盒。速度类采用有线连接，距离类采用蓝牙无线传输。系统原理框图如图1。

两侧扶手带与梯级三路速度传感器通过线缆与主机连接，两路测距传感器通过数据采集盒经蓝牙与主机连接，主机包括ARM核心的主控单元，采用锂电池供电，配有彩色触控显示屏显示人机界面以及测试结果、过程曲线等，配有微型打印机现场打印测试结果，采用专业存储芯片用以保存设置的参数和测试记录。

从结构的角度，自动扶梯多功能同步动态检测仪由主机和配件箱组成。配件箱包含两个扶手带测速装置、一个梯级测速装置、两个测距传感器、一个数据采集盒、相关的机械工装。

两个扶手带测速装置用来检测两侧扶手带的运行速度，采用吸盘吸附在护壁板上，通过调节活动测试臂使得测速轮压紧在扶手带上，扶梯运行，扶手带通过摩擦力带动测速轮，从而带动其同轴的旋转编码器，从而测试运行速度。

梯级测速装置用来测试梯级运行速度，采用吸盘吸附在围裙板上，通过调节测试臂使得测速轮压紧在梯级踏板上，扶梯运行，踏板通过摩擦力带动测速轮，从而带动其同轴的旋转编码器，从而测试运行速度。

机械工装包括梯级围裙板间隙检测工装、梯级高度差检测工装、梯级塌陷检测工装和垂直标尺。

两个测距传感器为高精度激光测距传感器，配合不同机械工装，用来检测梯级两侧与围裙板间隙、水平区段相邻梯级高度差、梯级塌陷开关打杆顶端与梯级下缘的距离。

测距传感器信号通过数据采集盒经蓝牙端口无线传输至主机。

主机基于ARM嵌入式系统，高速采集速度数据和距离数据，并进行综合分析处理，得到测试结果，显示测试结果并存储和打印。

3.技术实现

3.1 机械设计

仪器机械设计包括主机箱设计、扶手带测速装置设计、梯级测速装置设计、梯级围裙板间隙检测工装设计、梯级高度差检测工装设计、梯级塌陷检测工装设计、数据采集盒设计。

3.1.1 主机箱设计

主机箱用来放置安装主控板、电池、液晶屏、打印机、各路传感器接口、充电接口等，考虑便携、密封、美观等因素，主机设计如图2，主机面板如图3。

3.1.2扶手带测速装置设计

两个扶手带测速装置用来检测两侧扶手带的运行速度，采用吸盘吸附在护壁板上，通过调节活动测试臂使得测速轮压紧在扶手带上，扶梯运行时扶手带通过摩擦力带动测速轮，从而带动其同轴的旋转编码器，从而测试运行速度。扶手带测速装置设计有两节活动测试臂，调节幅度大，操作灵活，可以保证对各种形式护壁板你、扶手带的通用性。 扶手带测速裝置如图4。

3.1.3梯级测速装置设计

梯级测速装置用来测试梯级运行速度，采用吸盘吸附在围裙板上，通过调节测试臂使得测速轮压紧在梯级踏板上，扶梯运行，踏板通过摩擦力带动测速轮，从而带动其同轴的旋转编码器，从而测试运行速度。梯级测速装置设计精巧，安装方便，通用性强，梯级测速装置如图5。

3.1.4 梯级围裙板间隙检测工装设计

两个梯级围裙板间隙检测工装配合两个测距传感器来检测扶梯运行过程中梯级两侧与围裙板间隙。测距传感器为高精度激光传感器，梯级围裙板间隙检测工装采用带弹性钳口的底座钳在围裙板附近的梯级齿上，激光传感器安装于底座上，测试时，工装随着梯级运行，测得梯级板两侧与围裙板的动态间距。梯级围裙板间隙检测如图6。

3.1.5梯级高度差检测工装设计

梯级高度差检测工装配合测距传感器检测自动扶梯水平区段前后相邻梯级高度差。梯级高度差检测工装设置有横梁，横梁上设有手动吸盘，横梁两端刚性连接水平测试臂，两个垂直测试臂上端连接水平测试臂，下端通过滑动轴连接两个活动测试端，活动测试端下方的滚轮支撑在自动扶梯的梯级踏面上，自动扶梯运行，前后相邻两个梯级之间的高度差使得滚轮和活动测试端沿着滑动轴上下滑动，两个垂直测试臂上均设有激光测距传感器，检测与两个活动测试端面的距离变化，计算获得相邻两个梯级的高度差。梯级高度差检测工装如图7所示。

3.1.6梯级塌陷检测工装设计

梯级塌陷检测工装配合测距传感器检测自动扶梯梯级塌陷开关打杆顶端与梯级下缘之间的距离。塌陷开关距离测试工装将激光测距传感器固定于打杆上端附近，激光传感器固定于底座，底座中心开孔套在塌陷开关打杆上，保证测试方向与打杆方向平行的同时，也防止工装滑脱、坠落，扶梯运行过程中，激光传感器实时检测动态距离，测得的梯级塌陷开关打杆顶端距离梯级下缘的距离。梯级塌陷检测如图8。

3.1.7数据采集盒设计

梯级两侧与围裙板间隙等距离类参数测试，由于需要在扶梯运行过程中动态测试，传感器位于梯级上随之运行，或者位于桁架内部，若采用有线传输，传感器线缆不但要有足够长度，势必还妨碍运行，甚至造成危险，因此采用无线传输技术实现激光传感器实时数据传输。

设计外形小巧的数据采集盒，激光传感器线缆连接到数据采集盒，由数据采集盒经蓝牙将测试数据无线传输至主机。测试梯级两侧与围裙板间距时，数据采集盒放置在梯级两侧与围裙板间距检测工装所安装的梯级上随着运行，动态测试，测试水平区段梯级高度差时，数据采集盒放置在梳齿板上，测试梯级塌陷开关打杆顶端与梯级下缘之间的距离时，数据采集盒放置在附近桁架上不妨碍运行的位置。数据采集盒设计如图9。

3.2电气设计

仪器电气硬件设计内容包括速度传感器选择、距离传感器选择、无线传输方案设计、主控电路板设计等。

3.2.1 速度传感器选择

速度测试采用测速轮+旋转编码器的型式，测试时被测扶手带或梯级通过摩擦驱动旋转编码器前端的测速轮，测速轮带动旋转编码器转动，发生脉冲信号，测出自动扶梯扶手带及梯级单位时间的脉冲数，测速轮直径已知，即可导出速度和加速度。旋转编码器选用500脉冲每周的规格，足以满足测试精度要求。

3.2.2距离传感器选择

无论是梯级/踏板与围裙板间隙，还是梯级塌陷开关打杆顶端与梯级下缘距离，其本质是距离检测。其特殊要求：非接触测量，被测距离小，仅有几个毫米，并且要求传感器响应速度快。因此采用激光测距传感器，能实现无接触距离测量，速度快，精度高，抗光、电干扰能力强等优点，适用于微小距离的动态测量。

3.2.3无线传输方案设计

由于需要在扶梯运行过程中动态测试，传感器位于梯级/踏板上随之运行，或者位于桁架内部，若采用有线传输，传感器线缆不但要有足够长度，势必还妨碍运行，因此采用蓝牙无线传输技术实现激光传感器实时数据传输。

3.2.4主控电路板设计

主控电路板采用采用ARM7内核的控制器LPC2368开发嵌入式微处理程序。采用7寸的彩色液晶触摸显示屏，开发人际交互界面，通过串口与主芯片进行通讯，实现图片、数据和曲线的显示及触控操作。选用微型热敏打印机，通过串口与主芯片进行通讯，实现测试结果的现场打印。采用专业存储芯片AT45DB321，4.3M字节的主存储器容量，可存储连续测试约18小时的数据。采用7.4V锂电池供电，克服检验现场电源限制。

4 现场测试

现场测试时，首先安装好相应的测试装置，连接线缆，开机测试，启动扶梯，仪器在扶梯运行过程中动态采集数据，并自动计算测试结果。

使用自动扶梯多功能同步动态检测仪对某台自动扶梯的运行速度、加速度、制停距离等进行测量，仪器显示的测试结果如图10，梯级高度差测试结果如圖11。

5.结语

自动扶梯多功能同步动态检测仪，能准确实现自动扶梯的运行速度、加速度、制停距离、梯级高度差等参数的定量检测，在自动扶梯运行过程中测试，真实地反应设备运行状况，并且多参数动态同步检测，一次测试得出多项参数，大大提升检测检验效率，为自动扶梯安全运行提供了先进、科学和急需的检测仪器。

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【文章编号】1627-6868（2017）05-0003-03

【作者简介】易晓兰，女，工程师，硕士研究生，主要从事电梯检验与管理。