■文/宋金泉 张国安 宋梁君 黄 凯

对一款多功能便携式智能型电梯检测机的说明

■文/宋金泉 张国安 宋梁君 黄 凯

浙江绍兴特检院设计了一款多功能便携式电梯检测设备，在实现电梯速度、加速度、噪声及平衡系数等多参数检测的同时，还能对检测电梯进行全面的安全风险评估。本文介绍了检测系统的软硬件设计，并针对某乘客电梯进行现场应用，结果表明该仪器能实现电梯性能分析及风险评估，满足电梯检测需求。

随着我国现代化城市的建设，电梯被广泛应用于高层建筑，为了保障电梯的安全性，加强电梯的安全检测，及时发现安全隐患是确保电梯安全运行的有效措施。电梯速度、加速度、噪声及平衡系数等作为电梯的整机性能参数，直接影响电梯的运行安全。针对目前电梯检测设备存在测量参数单一，少有风险评估分析以及现场检测工作量大等问题，浙江绍兴特检院设计研究了一款便携式多功能智能型电梯检测机。该机采用智能化设计，以STM32F407为核心信号采集电路，基于Android 5.1操作系统，对检测参数进行分析处理，并根据安全风险评价项对电梯进行风险评估，可实现电梯安全性能的检测。

机器的硬件设计

这款便携式检测机的硬件系统主要由传感器、信号采集模块、信号处理模块和电源模块组成（见图1）。

图1 系统硬件总结构图

一、传感器

根据GB/T 24474-2009《电梯乘运质量测量》和GB/T 10059-2009《电梯实验方法》中测量仪器测量指标，选用三轴加速度传感器型号AKE39T，量程2g，精度优于0.5%；声级计GM1356，频率A计权，量程30～130dB，分辨率1dB；有功功率计采用电流钳、电压端子采集输入，量程1～30kW，误差小于0.2%；滚轮编码器LD3806-600BM准确度优于±5%，量程0.005m/s～10m/s，精确到mm。

二、信号采集模块

信号采集以ST公司32位Cortex-M4嵌入式微处理器STM32F407为核心，根据传感器的输出特性连接多种传感器模块，对传感器信号进行滤波、放大、整形等预处理。采集信号缓存在SRAM(Static Radom Access Memory，静态随机存取存储器)中，通过蓝牙无线传输或SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)与上位机PAD(Portable Android Device，平板电脑)连接，实现信号数据的在线读取。同时选用SanDisk的32G存储卡作为外部存储介质，对测量原始数据进行记录保存。

三、信号处理模块

选用SAMSUNG Galaxy Note SM-P600 32G平板电脑作为检测设备上位机，以1.3+1.9Ghz双四核处理器为核心，对数据信号进行数值计算和ISO标准滤波，完成电梯性能参数的在线测试，实现测量参数的现场分析和图形化显示。PAD内置蓝牙接口用于连接微型蓝牙打印机，对测试结果进行现场输出打印；内置SD卡用于存储扩展。

四、电源模块

检测系统共需要3种电压模式，主电池充电电路为12V 4Ah，自带保护电路；MUC信号采集模块的需要电压为3.3V；传感器工作的需要电压为5V。电源模块以12V的直流电源作为供电转换电路的输入端，采用LM22676-ADJ转换芯片对电压进行转换，获取信号采集和传感器工作需要的3.3V和5V电源电压。

机器的软件设计

上位机软件设计主要在Android 5.1操作系统和Eclipse开发环境下基于Java进行编程，主要包括电梯性能参数测试软件和安全风险评估软件。

一、性能分析软件设计

系统性能分析软件主要用于完成电梯速度、加速度、噪声及平衡系数的在线测试和分析，其软件分析主功能（见图2）。

电梯速度测试主要包括电梯轿厢运行速度、轿厢移门速度的测试，其中运行速度通过放置三轴加速度传感器于轿厢地板中心半径为100mm的圆形范围内，对测量加速度信号进行数值积分得到；移门速度则直接通过滚轮编码器接触式测量得到。

图2 电梯检测系统性能分析软件

加速度测试主要包括运行加速度、振动加速度测试。运行加速度主要对三轴加速度垂直方向单向加速度信号进行10Hz低通滤波（2阶巴特沃斯滤波）后得到，同时对轿厢起动加速度和制动减速度最大值进行计算；振动加速度则对三轴加速度信号进行ISO 8041滤波后得到，并计算X/Y/Z轴的最大峰峰值及A95峰峰值。

噪声测试主要利用声级计对运行中轿厢内噪声值和开关门过程噪声值进行直接测量，并对噪声信号求最大值以及背景噪声的修正。

平衡系数测试主要利用有功功率计测试曳引机变频器输入端线电压与线电流，通过功率计内置计算测得曳引机有功功率，并结合电梯轿厢上/下行运行速度，根据功率/速度检测法计算电梯平衡系数。

二、风险评估软件设计

采用GB/20900-2007《电梯、自动扶梯和自动人行道 安全风险评价和降低的方法》确定的方法，通过对影响电梯安全的评价项进行风险识别及定量、定性分析，对风险的严重程度、风险的发生概率进行评估，通过确定风险等级和类别，结合专家评定意见，提出降低风险措施和评估结论。评估流程（见图3）。

风险评估软件基于Android系统实现，主要包括用户管理、电梯信息管理、风险评估、专家评定、评估数据统计及评估报告等。

用户管理主要用于用户账户管理，包括用户添加、删除，用户密码修改及权限设置等。

电梯信息管理包括电梯名称、使用单位、维保单位、制造单位、改造单位、电梯基本参数等信息，通过“添加”、“修改”、“删除”功能实现电梯基本信息的创建、修改和删除。

在完成电梯基本信息录入后点击“风险评估”，从电梯属性和安全要求出发进行风险项（如电气系统、曳引系统、导向系统、轿厢、门系统等）的情节识别，选择影响电梯安全运行的各个风险情节要素，并对选择风险项进行严重程度和发生概率评估，确定风险等级和类别。

专家评定主要根据各子系统的风险等级综合确定该电梯的综合等级和类别，对该电梯做出综合评价，填写评审结论，提出相对应降低风险措施。

评估数据统计主要用于统计各电梯的风险评价总项数、已评价数、I级、Ⅱ级、Ⅲ级、未评价数量及综合风险值RZ与综合风险等级，并可通过点击具体风险级别查看同等级风险评价项。

评估报告主要用于生成特定格式的电梯安全风险评估报告。

性能分析

选择一台标准速度为1m/s，额定载荷为1000kg的乘客电梯进行电梯整机性能测试，测得三轴加速度及噪声原始信号，并对原始信号进行滤波、计算及噪声修正，得到电梯运行综合性能图。

根据性能测试结果，得到该乘客电梯轿厢的运行速度在匀速段为0.99m/s，起动加速度最大值为0.57m/ s2，制动减速度最大值为0.75m/s2，轿厢内最大噪声值为60dB。根据GB/T 10058-2009《电梯技术条件》整机性能要求，乘客电梯起动加速度和制动减速度最大值应≤1.5m/s2，运行中轿厢内最大噪声值≤55dB。测试结果中，声音信号最大值为60dB，最大噪声不发生在运行过程，运行中轿厢内的最大噪声值≤55dB，符合标准技术条件。加速度性能参数则完全达到要求，且电梯运行速度非常接近额定速度。根据测试结果，该电梯运行性能基本达到技术要求。

固定有功功率计在乘客电梯曳引机变频器输入端，测量轿厢下行至与对重同一水平位置时电梯功率Px=45102W，上行至水平位置时的功率Ps=36822W，相对应位置轿厢下行速度vx=0.99m/s，上行速度vs=1m/s，由平衡系数功率/速度检测公式测得平衡系数为：

根据GB/T 10058-2009《电梯技术条件》，电梯的平衡系数应在0.4～0.5范围内，综上参数测试结果，该电梯整机性能符合相关标准。

风险评估

对该标准速度为1m/s，额定载荷为1000kg的乘客电梯进行现场安全风险评估，结合前文电梯性能检测分析结果，对选择风险项进行严重程度和发生概率的评估，再根据GB/20900-2007确定方法，计算出风险项等级。对各子系统风险项评估后，进行专家评定，评审专家根据各项子系统现场风险评估结果确定该电梯的综合风险等级，对电梯做出客观评价，并在专家评定中输入评审结论，同时出具评估报告。使用单位根据专家评定给出的结果，参照专家提出的防护措施对该电梯进行相应的维护整改。

这个机器根据电梯检验相关标准，采用先进适用技术，在完成电梯整机性能参数检测的基础上，实现电梯的安全风险评估，在一定程度上便捷了检验人员的现场操作，提高了检测效率。

应用结果表明，该检测机器符合相关电梯检验检测标准，能够满足电梯日常安检的需要，是一种效率高、便携性能好、成本低的新型检测设备。

（作者单位：浙江省绍兴市特种设备检测院）