电梯门锁啮合深度集中监控系统研究

马艳秋

（沈阳特种设备检测研究院， 辽宁 沈阳 110035）

0 引言

随着建筑行业的飞速发展， 建筑结构的复杂程度也在不断提高，越来越多的高楼层出现，电梯作为建筑工程当中不可或缺的一员，使用的人数和频率越来越高，而近年来的电梯使用过程中， 电梯发生故障的概率也随之升高[1]。其中，由于电梯门故障导致，从而导致电梯门意外开启， 使得乘梯人员坠入井道的事故时有发生， 危害性极大，严重影响到了电梯整体使用过程中的安全，是电梯安全检验中重点关注的项目。 电梯门锁装置是电梯门系统最重要的部件之一， 门锁啮合深度是否达标是判断电梯门系统是否符合电梯运行要求的重要条件。

现阶段对于电梯门锁啮合深度的检测仍采用人工定期检测的方式， 需要人工下井并采用直尺等测量仪器进行测量，精度低，人为主观性影响严重，人力物力耗费高，且定期检测的时效性差， 无法做到电梯门锁啮合深度的实时精准监测。 因此，对电梯门锁啮合深度集中监控具有重要意义。

本系统设计了一种电梯门锁啮合深度集中监控系统，该系统可以实时检测门锁的啮合深度，并且通过无线传输将门锁啮合深度数据上传到监控界面， 从而可以实现实时在线监测，保证电梯安全运行。 该系统在一定程度上节约了人力成本，并且避免了人为主观性影响，提高了电梯监控系统的效率以及准确率。

1 系统设计

1.1 系统总体设计

电梯门锁啮合深度集中监控系统总体结构见图1。

图1 系统总体结构Fig.1 Overall structure of system

系统由STM32 单片机啮合深度检测单元、 无线传输模块、 基于LabVIEW的监控界面组成。

啮合深度检测单元主要由激光测距传感器组成，通过固定件加装在电梯门锁上，由激光测距传感器得到电梯门锁的啮合深度数据。

无线传输模块加装在电梯门锁上， 用于将啮合深度检测单元通过激光测距传感器得到电梯门锁的啮合深度数据发送出去，再由远程监控室进行接收。

监控界面由LabVIEW 的监控程序实现，用于将远程监控室从无线传输模块接收到的电梯门锁的啮合深度数据显示出来，以供工作人员监控。

位于电梯门锁检测位置的检测单元将获取的电梯啮合深度数据通过单片机串口经过无线传输模块发送，远程监控室通过传输控制协议/网络协议（Transmission Control Protocol，TCP/IP）与无线传输模块进行通信，利用LabVIEW 软件设计监控界面， 实现电梯门锁啮合深度集中监控功能[2]。 其中，电梯门锁啮合示意图见图2。

图2 电梯门锁示意图Fig.2 Schematic diagram of elevator door lock engagement

1.2 LabVIEW 监控界面设计

基于LabVIEW 的监控程序主要实现以下功能：

（1） 无 线 数 据 接收： 通过TCP/IP 协议接收通过无线传输模块传输的电梯门锁啮合深度数据。

（2）电梯门锁啮合深度显示：识别并提取门锁啮合深度的测量值，并在对应显示框显示。

（3）电梯门锁啮合深度不达标报警：当啮合深度没有达到要求值时，红灯点亮报警。

（4）电梯门锁啮合深度阈值设置：设置门锁啮合深度最低值。

获取由无线传输模块传输的数据后， 开始对其进行数据分析处理和管理。监控界面的前面板见图3。监控界面具有监测启动和停止控制、门锁啮合深度显示、门锁啮合深度阈值设置以及报警功能[4]。当检测到啮合深度小于7mm 时，相应楼层报警灯显示红色，并且按下停止按钮，保证乘梯人员的安全，当检测到啮合深度合格时，按下启动按钮，电梯重新运行[5]。

图3 监控界面Fig.3 Monitoring interface

LabVIEW 的框图程序见图4。即在此基础上实现的数据管理，如数据显示、报警指示等。

图4 LabVIEW 框图程序Fig.4 Program chart of LabVIEW

2 检测方法及原理

激光测距技术是通过测量激光脉冲发射以及接收前后的时差或者相位变化来获取距离信息， 具有测量精度高、抗干扰能力强等优点，目前广泛应用于实时监测领域中。 所以，针对本文电梯门锁啮合深度的实时检测，利用激光测距传感器来获取电梯门锁啮合深度， 并用于构建远程监控系统，以达到精准、实时监测的效果。

本文采用脉冲式激光传感器，主要包括激光收发系统、电源系统以及信号处理系统等。 发射端发射905nm 的激光脉冲，接收端利用带有滤光片的APD 用于光电信号的转换[3]。

单片机选择STM32F407，该芯片的性能良好、功耗小、分辨率高，并且可以同时进行多通道测量。 STM32F407 通过SPI 总线设置工作方式，用于读取并记录脉冲发射时刻t1和反射回脉冲的时刻t2，故t1和t2之间的时间间隔为：

式中：c—光速。

3 实验验证

为了验证本电梯门锁啮合深度集中监控系统的真实效果，我们使用真实的电梯门锁，搭建了电梯门锁啮合深度集中监控系统实验台。

通过手动将电梯门锁啮合深度分别转动至5.00、6.00、7.00、8.00、9.00 的位置处，查看LabVIEW 监控界面，得到测量值。每组数据经过100 次实验之后，得到5 组平均测量值。

通过本次搭建的电梯门锁啮合深度集中监控系统实验台，进行了100 次的测量实验，实验结果表明，本电梯门锁啮合深度集中监控系统的检测精度误差≤0.02mm，其实验结果见表1。

表1 实验结果Tab.1 Experimental results

4 效益分析

当今电梯的使用已经越来越普遍，确定电梯门锁的安全问题是电梯安全中一项重要的课题。然而对于电梯门锁啮合深度的安全问题，目前并没有有效的在线监测解决方案。本电梯门锁啮合深度集中监控系统解决了电梯门锁啮合深度在线监测的问题，实现了门锁啮合深度数据可视化的效果，可以加强人们对电梯安全的信任，大幅度减少由电梯门锁产生的安全事故，保障了乘客及工作人员的人身安全，具有广泛的适用性，产生了显著的社会效益。

由于现有的人口增长迅速， 土地的面积已经越来越不能容纳这些人口，因此楼层的增高势在必行，而由此而体现出的电梯的应用也越来越重要，越来越日常，为了降低人们乘坐电梯的风险， 使目前频繁出现的电梯悲剧数量降低， 对于电梯门锁安全问题的研究仍然是非常重要的，相比于传统的人工检测电梯门锁啮合深度，本电梯门锁啮合深度集中监控系统仅采用激光测距传感器、 无线传输模块、LabVIEW 界面，就能够实现比传统检测方法更精准、实时的效果。并且电梯门锁啮合深度集中监控系统可以加装在现有的电梯门锁上， 无需更换现有的电梯门锁。 低成本、高精度以及高适用性，可为电梯安全防护措施带来可观的效益。

5 结论

本系统利用激光测距传感技术， 通过单片机与Lab-VIEW 相结合的方式，设计并构建了一种电梯门锁啮合深度集中监控系统。 应用这一监控系统对电梯门锁的啮合深度进行远程监控。 文中方案将单片机采集到的数据由无线传输模块发送进行无线传输， 上位机采用LabVIEW技术通过TCP/IP 协议与单片机进行通讯，从而实现数据的接收，且采集到的数据精度达到毫米级[6]。通过测试，这一监控系统能实时监测到电梯啮合深度， 检测精度误差≤0.02mm，稳定性高，保障了电梯的安全运行。