论文部分内容阅读
摘 要：自动扶梯发生事故的原因错综复杂，其中超速及非操纵逆转所带来危害和社会方向是更为巨大的。本文使用虚拟仪器模拟产生的脉冲信号代替自动扶梯原有的传感器脉冲信号，通过改变模拟脉冲信号的频率或者相位，以达到自动扶梯超速、非操纵逆转的目的，满足检测要求。
关键词：虚拟仪器;自动扶梯;超速、防逆转;检测
1研究背景
现在，我国自动扶梯的数量在与日俱增，在使用的过程中出现过一些事故，对人员造成了严重的伤害[2]。通过事故案例的调查分析发现，自动扶梯发生的安全事故多种多样，但每种事故造成的伤害却不是单一的，如表1-1所示。[1][2]
2国内外对自动扶梯安全问题研究的现状
2.1 国外研究现状[3][4]
为减少扶梯事故的产生，国外的研究主要集中于扶梯综合安全性能的检测。面向市场也推出了成熟的检测产品，美国碧蒙特公司针对电梯或自动扶梯运行质量开发了EVA-625专业测量产品;德国TUV公司检测系统ADIASYSTEM能自动生成检测报告;日本小野测器株式会社EC-2100设备只需将测速环放在扶手带或梯级踏板即可以测量自动扶梯的速度。
2.2 国内研究现状
国内对自动扶梯的安全性能检测方法的研究也是多种多样的，不仅对安全性能检测的仪器重视，而且自动扶梯超速和预防自动电梯逆转事故的检测装备开发也是国内专家学者所研究的重点。上海市特种设备检验研究所研发的设备，被国内多家企业采用作为自动扶梯的安全性能检测仪器[5];杭州市特检院联合企业开发了MI-7004E;珠海检测院戚政武院长等人[6]基于变频技术研制了国内首台针对超速和非操纵逆转的综合检测仪器。纵观国内外研究成果，还是存在一些问题：1）国外检测设备在自动扶梯超速和非操纵逆转保护功能检测过程中仍然存在一定的局限性;2）国外的检测仪器主要还是针对的垂直箱式电梯而不是自动扶梯设计的，检测仪器存在功能冗余、针对性不强等问题;3）国内常用的检测方法通用性不强，未形成统一的检测标准和流程。
3软件系统设计平台选择
本装置软件开发平台选用图形化编程软件LabVIEW，LabVIEW作为目前唯一的编译型图形化编程语言，把复杂、费事、费力的编程语句简化成进行选择的菜单或者图标，并用线条连接起来的简单图形编程方式[7]
4软件系统设计
4. 1 脉冲信号测量
通过对传感器的脉冲信号进行测量，将得到的脉冲信号参数进行输出信号的模拟。在LabVIEW中，测量脉冲信号使用的是脉冲测量子VI，使用脉冲测量子可测量脉冲的周期、占空比和脉冲持续期等信息。
4. 2 扶梯运行速度测算
对于自动扶梯扶梯速度的测量，测量方法主要有三种[27]：脉冲数法（M法）、脉冲周期法（T法）与脉冲数周期法（M/T法）。
脉冲周期法（T法）：根据测量转速传感器输出一个脉冲的周期时间得到测试的速度。在测试的过程中，把信号周期时间频率设置为fc，时钟脉冲数量是mc个，转一圈转速传感器输出的脉冲数量是P，周长为C，那么进行时间单位转化后所得到转轴的旋转速度如式1所示：
脉冲数周期测量方法（M/T法）：把被测试的脉冲时间定为T。计算时间和对应的脉冲时间设置为C，时间到了T后第一个被测脉冲根据终止时间来计量，每转动一圈转速传感器输出的脉冲值是P，那么转轴的转速如式2所示：
本装置使用的是光电编码器，采用脉冲数计算的方式来进行计算。在规定的间隔时间Tg内，所测量的转速传感器输出的脉冲数值是MP，每圈转速传感器输出的脉冲数是P，测试速度的轮周长是C，通过时间单位转换后得到自动扶梯踏板的运行速度：
（1）先计算出测速装置的转速，式3所示
（2）根据求得的转速，求出自动扶梯踏板运行速度，式4所示
4.3 模拟信号的生成
信号发生器VI参数设置面板如图1所示。
由于輸出脉冲信号为双通道，所以采用了两个相同的脉冲发生器进行信号模拟，其中两个信号会存在一定的相位差，以达到与自动扶梯传感器信号一样的信号。由于采集卡的输出电压为0～5V，因此，为保证模拟信号的幅值在满足条件的前提下，实现采集卡效率的最大化利用，对信号的幅值进行了一定的调节，使其最大电压为5V，最小电压为0V。其程序如图2所示。
4.3 软件系统主要功能设计[8]
4. 1 信号输入系统的设计
信号输入采用DAQ通道输入。如果信号传输要求抗干扰能力强，一般选择差分输入的模式;为了保证采集效率最大可能的被利用，此处最大电压，以及最小电压都选为其极限值，即分别为10V，-10V。采用“DAQmx开始任务（VI）”连接“DAQmx读取（VI）”进行读取采样，单通道N采样读取单个波形，通过“DAQmx停止任务（VI）”的指令停掉正在进行的任务，让它返回“DAQmx开始任务（VI）”最初的状态，然后就启动“DAQmx清除任务（VI）”把此次的任务清理掉，在清除任之前，就应该结束VI任务，还可以根据需求保留任务中的可用资源，以避免分配不必要的内存，使任务高效进行。
4. 2 信号输出系统设计
采用模拟量输出功能模块。首先对“DAQmx创建虚拟通道（AI）”进行设置，采用的是AO电压，即输出通道;此处输出的最高电压为+5V，最低电压为0V;然后连接“DAQmx开始任务（VI）”;再经过“DAQmx写入（VI）”进行读取采样，多通道N采样写入单个波形，以保证双信号同时输出，通过“DAQmx停止任务（VI）”结束正在进行的任务，让它回到“DAQmx开始任务（VI）”没有行动之前的时候，然后就启动“DAQmx清除任务（VI）”把这次任务全部清理掉，可以根据需求保留任务中的可用资源，以避免内存浪费，提高其工作效率。
图3为输入通道参数设置界面，图4为输出通道参数设置界面，图5为检测系统界面。
5总结
通根据其检测流程进行了自动扶梯运行的传感器脉冲信号参数和运行速度的测量，分别对超速、欠速和逆转异常信号进行模拟输出，对扶梯制动系统性能进行了检测证实了本检测系统具有良好的实用性能。
参考文献
[1] 张达特.由自动扶梯安全事故引发的分析思考[J].现代物业，2018（08）：36-37.
[2] 陈文标.自动扶梯事故的原因分析及改进建议[J].中国特种设备安全，2017，33（01）：75-79.
[3] 刘方亭，张清鹏.EVA-625在电梯检验中的应用[J].中国仪器仪表，2009（11）：46-48.
[4] Luft F . Escalator-driven research[J]. Journal of Molecular Medicine，2004，82（5）：275-277.
[5] 谢星. 基于模糊评价法的电梯安全检验与风险评估[D].武汉工程大学，2018.
[6] 潘珂. 基于GPRS的电梯乘运质量检测系统的研究开发[D].浙江理工大学，2015.
作者简介：姜宏，男，汉族，副教授，研究方向：物联网技术。
基金项目：新疆维吾尔自治区高校科研计划项目（XJEDU2014I007）
关键词：虚拟仪器;自动扶梯;超速、防逆转;检测
1研究背景
现在，我国自动扶梯的数量在与日俱增，在使用的过程中出现过一些事故，对人员造成了严重的伤害[2]。通过事故案例的调查分析发现，自动扶梯发生的安全事故多种多样，但每种事故造成的伤害却不是单一的，如表1-1所示。[1][2]
2国内外对自动扶梯安全问题研究的现状
2.1 国外研究现状[3][4]
为减少扶梯事故的产生，国外的研究主要集中于扶梯综合安全性能的检测。面向市场也推出了成熟的检测产品，美国碧蒙特公司针对电梯或自动扶梯运行质量开发了EVA-625专业测量产品;德国TUV公司检测系统ADIASYSTEM能自动生成检测报告;日本小野测器株式会社EC-2100设备只需将测速环放在扶手带或梯级踏板即可以测量自动扶梯的速度。
2.2 国内研究现状
国内对自动扶梯的安全性能检测方法的研究也是多种多样的，不仅对安全性能检测的仪器重视，而且自动扶梯超速和预防自动电梯逆转事故的检测装备开发也是国内专家学者所研究的重点。上海市特种设备检验研究所研发的设备，被国内多家企业采用作为自动扶梯的安全性能检测仪器[5];杭州市特检院联合企业开发了MI-7004E;珠海检测院戚政武院长等人[6]基于变频技术研制了国内首台针对超速和非操纵逆转的综合检测仪器。纵观国内外研究成果，还是存在一些问题：1）国外检测设备在自动扶梯超速和非操纵逆转保护功能检测过程中仍然存在一定的局限性;2）国外的检测仪器主要还是针对的垂直箱式电梯而不是自动扶梯设计的，检测仪器存在功能冗余、针对性不强等问题;3）国内常用的检测方法通用性不强，未形成统一的检测标准和流程。
3软件系统设计平台选择
本装置软件开发平台选用图形化编程软件LabVIEW，LabVIEW作为目前唯一的编译型图形化编程语言，把复杂、费事、费力的编程语句简化成进行选择的菜单或者图标，并用线条连接起来的简单图形编程方式[7]
4软件系统设计
4. 1 脉冲信号测量
通过对传感器的脉冲信号进行测量，将得到的脉冲信号参数进行输出信号的模拟。在LabVIEW中，测量脉冲信号使用的是脉冲测量子VI，使用脉冲测量子可测量脉冲的周期、占空比和脉冲持续期等信息。
4. 2 扶梯运行速度测算
对于自动扶梯扶梯速度的测量，测量方法主要有三种[27]：脉冲数法（M法）、脉冲周期法（T法）与脉冲数周期法（M/T法）。
脉冲周期法（T法）：根据测量转速传感器输出一个脉冲的周期时间得到测试的速度。在测试的过程中，把信号周期时间频率设置为fc，时钟脉冲数量是mc个，转一圈转速传感器输出的脉冲数量是P，周长为C，那么进行时间单位转化后所得到转轴的旋转速度如式1所示：
脉冲数周期测量方法（M/T法）：把被测试的脉冲时间定为T。计算时间和对应的脉冲时间设置为C，时间到了T后第一个被测脉冲根据终止时间来计量，每转动一圈转速传感器输出的脉冲值是P，那么转轴的转速如式2所示：
本装置使用的是光电编码器，采用脉冲数计算的方式来进行计算。在规定的间隔时间Tg内，所测量的转速传感器输出的脉冲数值是MP，每圈转速传感器输出的脉冲数是P，测试速度的轮周长是C，通过时间单位转换后得到自动扶梯踏板的运行速度：
（1）先计算出测速装置的转速，式3所示
（2）根据求得的转速，求出自动扶梯踏板运行速度，式4所示
4.3 模拟信号的生成
信号发生器VI参数设置面板如图1所示。
由于輸出脉冲信号为双通道，所以采用了两个相同的脉冲发生器进行信号模拟，其中两个信号会存在一定的相位差，以达到与自动扶梯传感器信号一样的信号。由于采集卡的输出电压为0～5V，因此，为保证模拟信号的幅值在满足条件的前提下，实现采集卡效率的最大化利用，对信号的幅值进行了一定的调节，使其最大电压为5V，最小电压为0V。其程序如图2所示。
4.3 软件系统主要功能设计[8]
4. 1 信号输入系统的设计
信号输入采用DAQ通道输入。如果信号传输要求抗干扰能力强，一般选择差分输入的模式;为了保证采集效率最大可能的被利用，此处最大电压，以及最小电压都选为其极限值，即分别为10V，-10V。采用“DAQmx开始任务（VI）”连接“DAQmx读取（VI）”进行读取采样，单通道N采样读取单个波形，通过“DAQmx停止任务（VI）”的指令停掉正在进行的任务，让它返回“DAQmx开始任务（VI）”最初的状态，然后就启动“DAQmx清除任务（VI）”把此次的任务清理掉，在清除任之前，就应该结束VI任务，还可以根据需求保留任务中的可用资源，以避免分配不必要的内存，使任务高效进行。
4. 2 信号输出系统设计
采用模拟量输出功能模块。首先对“DAQmx创建虚拟通道（AI）”进行设置，采用的是AO电压，即输出通道;此处输出的最高电压为+5V，最低电压为0V;然后连接“DAQmx开始任务（VI）”;再经过“DAQmx写入（VI）”进行读取采样，多通道N采样写入单个波形，以保证双信号同时输出，通过“DAQmx停止任务（VI）”结束正在进行的任务，让它回到“DAQmx开始任务（VI）”没有行动之前的时候，然后就启动“DAQmx清除任务（VI）”把这次任务全部清理掉，可以根据需求保留任务中的可用资源，以避免内存浪费，提高其工作效率。
图3为输入通道参数设置界面，图4为输出通道参数设置界面，图5为检测系统界面。
5总结
通根据其检测流程进行了自动扶梯运行的传感器脉冲信号参数和运行速度的测量，分别对超速、欠速和逆转异常信号进行模拟输出，对扶梯制动系统性能进行了检测证实了本检测系统具有良好的实用性能。
参考文献
[1] 张达特.由自动扶梯安全事故引发的分析思考[J].现代物业，2018（08）：36-37.
[2] 陈文标.自动扶梯事故的原因分析及改进建议[J].中国特种设备安全，2017，33（01）：75-79.
[3] 刘方亭，张清鹏.EVA-625在电梯检验中的应用[J].中国仪器仪表，2009（11）：46-48.
[4] Luft F . Escalator-driven research[J]. Journal of Molecular Medicine，2004，82（5）：275-277.
[5] 谢星. 基于模糊评价法的电梯安全检验与风险评估[D].武汉工程大学，2018.
[6] 潘珂. 基于GPRS的电梯乘运质量检测系统的研究开发[D].浙江理工大学，2015.
作者简介：姜宏，男，汉族，副教授，研究方向：物联网技术。
基金项目：新疆维吾尔自治区高校科研计划项目（XJEDU2014I007）