自动扶梯扶手带速度偏离保护功能检测装置及安全分析系统论述

1 研究背景

1.1 目的和意义

随着中国经济的迅速发展、城市化进程的加快及人口老龄化的到来，国内市场对电梯、自动扶梯及升降机的需求日益旺盛。从近几年的发展情况来看，我国电梯、自动扶梯及升降机的产量逐年增加。根据数据显示，截至2018 年，2018 年我国电梯、自动扶梯及升降机产量达到71.9 万台，比上年累计增长7.5%。自动扶梯以其运行稳定、安全可靠、输送能力强、使用便捷等特点大量广泛应用于地铁、大型商场、超市、机场、宾馆、医院等公共场合，与人们的生活密不可分。根据数据显示，至2020 年我国自动扶梯需求可达13.93 万台。相关检规和标准对电梯检验检测及安装维护提出了严格要求，包括GB16899-2011《自动扶梯和自动人行道的制造与安装安全规范》、TSG T7005-2012《电梯监督检验和定期检验规则—自动扶梯与人行道》、TSG T7005-2012《电梯监督检验和定期检验规则—自动扶梯与人行道》第2 号修改单（2017 年发布）。其中，传统检测手段对自动扶梯和自动人行道的扶手带速度偏离保护、运行速度及偏差、扶手带速度及偏差、梯级/踏板制动距离、附加制动器制停减速度测量，存在人为误差大、精度精度低、检测效率不高以及难以自动化定性定量测量等缺点，而且上述五项检测中有两个检测项目属于重要项，分别是自动扶梯扶手带速度偏离保护功能的检测、自动扶梯人行道制动性能检测，它们对整梯的检测结果具有重要影响因素。因此，需要尽快研究一套定性定量、高精度、动态检测、能自动计算判别的检测系统，以及研制出便于携带与操作的检测装置，以适应我国扶梯保有量大、增长迅速、与上述检测相关的安全事故频发形势的需要。

1.2 自动扶梯扶手带速度偏离保护检测项目

自动扶梯和人行道的扶手带偏离保护检测属于重要检测项目，TSG T7005-2012《电梯监督检验和定期检验规则—自动扶梯与自动人行道》含第1 号和第2 号修改单中6.9 扶手带速度偏离保护提出要求：应当设置扶手带速度检测装置，当扶手带速度与梯级（踏板、胶带）实际速度偏差最大超过15%并且持续时间达到5 ～15s时，使自动扶梯或者自动人行道停止运行。

理论上扶手带速度与梯级、踏板或胶带速度保持一致，但是，由于过度磨损、扶手带伸长、扶手带内侧存有污物等原因，甚至安装不到位也会导致扶手带速度低于梯级、踏板或胶带速度，扶手带速度与梯级、踏板或胶带速度发生偏离。如果速度相差过大，特别是当扶手带过分慢时，会将乘客的手臂向后拉，乘客将因失去平衡而摔倒，从而受到伤害。当扶手带速度偏离梯级、踏板或者胶带实际速度偏差超过15%且持续时间达5～15s 时，扶手带偏离保护装置应当使自动扶梯或自动人行道停止运行。

1.3 检测现状

目前，国内对自动扶梯和自动人行道的运行速度及偏差、扶手带速度及偏差、梯级/踏板制动距离的检测手段往往采用手持转速表、人为标记法、可操作性和精度不高的仪器测量，对扶手带速度偏离保护、附加制动器制停减速度测量的检测装置仍属行业空白。存在以下问题：一是传统的人为手持测量梯级/踏板速度、人为标记法测量制动距离的检测结果存在较大人为视觉反馈延时误差（0.01 ～0.30s）和手动标记的动手延时误差（0.01 ～0.30s），导致测量精度不高，根据国家标准检规要求，时间测量精度应达到0.1s；二是现有扶梯测量仪器多为安装不便捷、自动化程度低、精度低的特点；三是市场上缺乏对扶手带速度偏离保护、附加制动器制停减速度测量的专用检测仪器，存在难以定量定性检测的弊端。

自动扶梯扶手带速度偏离保护功能的检测对整梯的检测结果具有重要影响因素，因此，需要尽快研究一套定性定量、高精度、动态检测、能自动计算判别的检测系统，以及研制出便于携带与操作的检测装置，以填补市场空白。

2 装置的设计与应用

2.1 装置设计研究

本文设计一自动扶梯关键参数安全分析系统及装置，该装置满足标准对自动扶梯和人行道的扶手带速度偏离保护检测这一重要项目检测要求。自动扶梯和人行道的扶手带偏离保护检测原理框架，如图1 所示。

该装置的设计研究，主要涉及三个关键方面：

一是扶手带性能参数检测装置，采用分辨率为1000P/R 的光电旋转编码器技术检测扶手带的运行参数，其中光电旋转编码器滚轮周长为200mm，制动距离分辨率达到0.5mm。

二是电流互感技术实时监测电流变化信号，非接触式读取扶梯电路制动信号，该电流采集电路采用三阶巴特沃斯滤波电路进行了硬件滤波，解决可能存在的一些尖峰突变波动的干扰，同时，电流信号采集后又进行16 次的滑动平均数字滤波，通过联动逻辑测算实现检测扶梯扶手带偏离保护装置是否及时动作，其中电流互感器的电流信号采集采样率为100KSPS，读取时间间隔为10us。

三是自动扶梯关键参数安全分析检测主机：基于嵌入式实时操作系统，采用大屏幕电容触控方式，主要完成传感器数据采集、数据计算、数据存储、打印、人机交互等。

基于光电旋转编码器及电流互感技术的自动扶梯扶手带速度偏离功能检测的安全分析系统及装置的现场检测示意图，如下图2 所示。

图1 自动扶梯扶手带速度偏离保护功能检测的安全分析系统框架图

图2 检测装置的现场检测示意图

基于光电旋转编码器及电流互感技术，实现对扶梯制动信号精确采集的非接触式测量和偏离时间的定量测定，其中采用分辨率为1000P/R 的光电旋转编码器和电流互感器的电流信号采集采样率为100KSPS。通过光电旋转编码器多路同步监测梯级/踏板和扶手带速度、电流互感技术读取扶梯电路制动信号，实现了对扶手带偏离保护装置的自动化检测。扶梯运行时，梯级和扶手带将带动速度滚轮转动，光电旋转编码器测量出速度信号，通过电缆线将传输速度信号。梯级和扶手带的速度信号V1 和V2，电流钳检测控制柜中电机动力电缆电流信号I。当扶手带速度V2 比梯级速度V1 小于15%时，开始计算偏离时间t；若扶手带偏离保护装置起作用，则控制主机将接收到电流变化信号I，从而实现偏离保护功能动作时间t 的定量测定。若偏离时间t 在5 ～15s 时，判断为扶手带偏离保护合格，否则，为不合格。

2.2 装置的检测应用

首先，进行仪器的检测安装。

步骤一，在左右扶手带和扶梯梯级上安装速度传感器，速度传感器引出的电缆线终端航空插头与控制主机对应插口连接。速度传感器包括光电旋转编码器和滚轮，用于检测左右扶手带和扶梯梯级的速度。滚轮抵接在扶梯梯级或扶手带上，光电旋转编码器通过滚轮转动带动获得速度信号；同时，光电旋转编码器的固定板与真空吸盘底座通过螺纹连接固定；真空吸盘直接吸附在自动扶梯钢化玻璃壁或裙板上，起固定作用；光电旋转编码器通过引出的电缆线及终端航空插头，传输速度信号。

步骤二，电流钳夹持扶梯电机的动力电缆，电流钳另一端终端航空插头与控制主机对应插口连接。电流钳采集动力电缆的工作电流并通过电缆线及航空插头传输至控制主机。仪器现场安装效果如图3。

图3 装置现场安装图

安装完成后，进行仪器的检测操作。步骤一，开机，选定扶梯扶手带偏离保护功能检测；步骤二，输入电梯基本信息。进入主机的电梯信息设置界面，完成电梯信息录入；步骤三，实时检测操作。由于此次的检测需要，通过人为在一侧扶手带上施力辅助，人为制造扶手带偏离现象；步骤四，自动扶梯制停后，数据保存、查询及打印完成扶手带速度偏离保护的检测。装置主机和打印测试报告分别如图4、图5 所示。

图4 装置主机图

图5 测试报告图

3 设计创新点

3.1 电流互感技术

采用电流互感技术，实时监测电流变化信号，实现对扶梯制动信号精确采集的非接触式测量和偏离保护功能动作时间的定量测定，实现智能精确的偏离保护功能测量。

3.2 操作便捷

本装置实现多路扶手带动态同步速率变化检测，优于单路扶手带速度测定方式，提高了扶手带偏离保护测定的效率；控制主机采用锂电池提供电源，不需要接电源也可工作，续航时间长，使用方便；同时，建立数据保存库、实时打印，可查询保存的数据库，进行现场打印测试报告。总体来讲，解决了传统技术的局限性和操作复杂性，极大地提高了仪器适用性和操作便捷性。

3.3 智能人机交互设计

本文研究的装置，具有诸多优点：（1）界面设计友好，主机的检测界面采用智能识别设计，数据窗口实时显示时间-速度分析曲线；（2）智能锁定结果，在扶梯制动发生时，自动锁定速度偏离保护功能动作时间，实现了对扶手带速度偏离保护装置的自动化检测；（3）定量偏离保护功能动作时间的定量测定，为提前预判自动扶梯扶手带速度偏离提供了参考，可及时对扶梯机械调控，避免自动扶梯扶手带速度偏离过大而带来的安全隐患。总体而言，该装置提供了良好的智能化人机交互体验。

3.4 检测功能丰富

工作人员分析了洛丽塔情绪失控的原因：这几年洛丽塔早已长成了成年虎鲸，它身长达到6.4米，重达3.2吨，每天表演两场，一年干满365天，它是带着怎样的愤懑和绝望熬过了一天又一天？可是要给洛丽塔修建更大的游泳池，海洋馆的老板在核算了各项费用之后改变了主意，他只打算修建护栏增加泳池的深度。

4 结语

自动扶梯扶手带速度偏离保护功能是自动扶梯安全运行的关键因素，该分析系统及装置实现了对扶手带偏离保护装置的定性定量、高精度、动态检测、能自动计算判别的检测，适用于检测机构的监督检验与定期检验、监督抽查、事故调查取证、扶梯制造的出厂检测、安装维保单位的自检等，对确保自动扶梯和自动人行道的安全运行、维护社会平安稳定具有重大意义。