一种基于物联网的电梯闸瓦磨耗实时监测系统的设计

黄捷洲+朱仁聪+肖乾+高雪山

【摘 要】实现了一个基于圆容栅传感器检测的电梯闸瓦嵌入式监测仪及其后台安全系统与报警系统。首先利用圆容栅传感器与单片机实现对电梯闸瓦磨耗量进行测量并输出。再通过W5100网络模块将电梯实时抱闸厚度发送到PC机中以进行电梯抱闸磨损情况的图样化处理，以达到对电梯抱闸磨耗进行实时监控的目的。

【关键词】圆容栅传感器；电梯抱闸磨损；实时监控

电梯抱闸是电梯制动器上动作发生率非常高的一个装置，而抱闸中的闸瓦磨耗程度决定了电梯制动系统的性能。目前电梯闸瓦磨耗检测主要依靠技术人员定期去现场进行制动抱闸试验，得出电梯闸瓦的磨耗量。该方法不仅费时费力，而且存在人为失误问题。

本文介绍了一种科学、准确、安全快捷的抱闸磨耗监测系统。综合利用传感器和单片机、网络模块完成数据的采集、处理和传输。使我们能够第一时间发现制动系统磨耗超限故障，以减少因电梯制动系统闸瓦磨耗超限所带来的经济损失。

1 结构设计

1.1 监测系统安装

系统安装如图1所示，将圆容栅传感器置于电梯抱闸左方的传感器安装座上，另一头与制动闸瓦相连，并在磁力器后方安装微型处理器安装座用以固定单片机。

1.2 测量原理

电梯正常运行状态时，磁力器体内两个独立的线圈通电，生成一对反向推力作用在左右两边的抱闸臂上的推杆上，分别推动两根推杆水平反向移动，迫使制动闸瓦远离制动轮，与此同时压缩弹簧为抱闸臂提供弹性回复力，。

电梯制动时，磁力器内的两个独立线圈断电，其电磁作用消失，左右两边抱闸臂在弹簧回复力的作用下向制动轮方向移动，同时抱闸臂推动制动闸瓦，使得闸瓦抱紧制动轮，闸瓦与制动轮相互摩擦从而达到制动的目的。电梯制动时闸瓦与制动轮相对滑动发生相互磨耗，因闸瓦片材质为橡胶，磨损较快，随着闸瓦片的磨耗变薄，左右两个制动闸瓦会逐渐向制动轮方向偏移。应用圆容栅传感器对闸瓦背部的移动进行监测并传输其位移信息。

微型处理器对接收到的位移进行处理并显示在LED电子显示屏上。对得到的闸瓦磨耗量数据集中统计并绘制出相应的函数图像，能够直观得了解闸瓦每天的变化情况。

1.3 系统工作原理

将圆容栅传感器安装在曳引机机座上的传感器安装座上。将测量点设定在闸瓦臂与闸瓦的铰接处使测量点与之同步运动。当电梯抱闸受到磨耗时，闸瓦厚度缩小，导致容栅传感器中的电容改变；随着电容的改变，圆容栅传感器中的电流发生改变并直接通过以I/0输入单片机中。单片机在计数、显示和输出控制环节中完成辨向、计数、数据转化调整，并形成测量数据，在控制逻辑电路的控制下将测量数据进行译码、驱动和显示，并将测量数据送至数据输出接口，输出同步脉冲和数据脉冲。

单片机将收到的电流信号解析完成后，便对得到的信息进行存储并显示在LED电子显示屏上，同时形成对应的闸瓦磨耗变化函数，使我们能第一时间发现电梯抱闸问题。单片机将转换完成的信息通过地址总线发送到事先设置好的网络模块，并保存在静态随机存取存储器中，以方便与网络模块中信息的实时交互。

网络模块接收到信息后，转发到电脑终端。并对网络模块的信息进行解码，分析电梯抱闸的实时情况，从而反馈给网络模块。网络模块接收到的信息通过数据总线发送到单片机中；一旦电梯抱闸磨耗量超过人工设定的磨耗极限时，单片机便立即通过电梯中心系统停止电梯的运行并将危险信息传送至网络模块。网络模块收到信息后通过数据总线返回单片机中并且发送到电脑终端，由电脑终端通知工作人员组织维修工作。

2 模块选型

2.1 网络模块

本方案选用的是W5100网络模块，W5100是一款多功能的单片网络接口芯片，内部集成有10/100Mbps以太网控制器，主要应用于高集成、高稳定、高性能和低成本的嵌入式系统中。使用W5100不需要考虑以太网的控制，只需要进行简单的端口编程。且W5100与单片机可直接相互交流，就向访问外部存储器一样。

2.2 传感器

选用圆容栅传感器，该传感器价格性能比好、环境适应性强、工作稳定可靠、测量信号便于传输。且温度稳定性好，结构简单，采样频率高，运行速度快，以及适合与外围设备计算机等联机组成自动测量系统的特点。

2.3 微型处理器

本系统选用stm32 单片机，该单片机具有性能高，低成本、低功耗、体积小等特点。十分容易嵌入所需安装的位置，完成所需要完成的工作，并且在一定程度上减少了本产品的商业成本。

3 结束语

本设计利用嵌入式系统的高性能、低价格、易于组装等特点。结合了圆容栅传感器、单片机和W5100网络模块对电梯抱闸磨耗量化并发送到PC终端，省去了人工定时检测的麻烦与成本。增加了电梯的安全性能与工作人员的工作效率，解决了因为工作人员失误而导致的维修问题。完备的远程网络报警装置使维修人员与电梯抱闸的相互更加便捷、精准，满足了电梯稳定运行的要求。目前该系统已处于初步推广之中，今后会根据实际情况要求对系统进行更新升级，以保证能够适应市场环境。逐渐实现感应装置与信息处理装置一体化，简化总体结构，使其更加轻巧便捷，适应性更强，最终扩展到能够对整部电梯进行实时监测。

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[责任编辑：田吉捷]