浅谈自动扶梯滚轮编码器的应用

浅谈自动扶梯滚轮编码器的应用

程丽飞 ,胡朝霞  ,徐朋朋   ,仲海忠

奥的斯机电电梯有限公司     浙江省杭州市   310000

摘要：随着公共场所及轨道交通的快速发展，扶梯逐步成了人们生活当中不可或缺的交通运输工具，扶梯的安全运行关乎着乘客的人身安全。扶梯测速装置是用来检测扶梯实时运行情况，是确保乘客安全乘坐扶梯的重要检测装置也是实现节能运行的关键条件。由于扶梯结构和使用的特殊性，传统的技术存在扶梯速度检测精度低，安装维修空间小、难度大等特点，制约着扶梯低速节能、安全运行。滚轮编码器主要围绕着安全、节能、安装维修等多个方面考虑，最终满足安全可靠，绿色节能，安装维修方便的要求。

关键词：自动扶梯；节能运行；滚轮编码器；安全；超速；非操纵逆转；

1自动扶梯的结构

自动扶梯主要由桁架、梯级、扶手带、电机、主驱动轴以及前沿板等组成。为了能够确保扶梯的安全可靠运行，在扶梯的关键部位需要增加安全保护装置，如前沿板开关、扶手入口开关、梳齿开关、围裙板开关、扶手带测速装置、梯级丢失检测装置、扶梯速度装置…等等。滚轮编码器的应用，主要是对扶梯速度检测装置进行优化应用。如图1所示，为自动扶梯的安全保护装置的布置示意图。

图 1 自动扶梯的安全保护装置示意图

2自动扶梯速度检测装置的应用

自动扶梯运行速度异常导致安全事故是最为严重的，目前自动扶梯出现速度异常分为两种情况，分别是超速和非操纵逆转。超速是指扶梯的当前速度超出额定速度的120%，非操纵逆转是指扶梯正常运行中突然改变方向运行，如果发生这两种情况没有进行及时保护，都会使乘客摔倒受伤甚至死亡。扶梯速度检测装置就是通过实时检测扶梯的运行速度，并对速度进行分析，当出现速度异常时能够及时停止扶梯、断开电机主回路并触发附加制动器，达到保护乘客的目的。

目前自动扶梯通用的速度检测装置一般存在两种情况：1、通过普通编码器检测主机的转速；由于扶梯的正常运行是通过主机用链条带动主驱动运行的，这种检测方法存在一定的缺点是检测的速度是电机速度，而不是扶梯的主驱动速度，比如主驱动链条断裂就无法进行很好的保护。2、通过传感器检测主驱动的速度；由于传感器的检测精度较低，这种检测方法存在的缺点是，当扶梯在低速运行是传感器输出的频率很低，无法实现低速节能运行。基于滚轮编码器的应用，既可以满足低速节能又可以满足自动扶梯全面的超速和非操纵逆转保护。

3滚轮编码器的原理及应用

滚轮编码器的速度检测装置通过摩擦力带动滚轮编码器旋转输出信号，对安装结构、摩檫力的控制、滚轮的磨损等方面都有特殊的要求，所以基于滚轮编码器的速度检测装置由4部分组成，具体如下图2所示：

1、支架和弹簧：支架和弹簧主要提供可靠的支撑和稳定的压力输出，实现扶梯测速装置可靠的运行，弹簧力需要通过理论分析和实际测试确保使用过程中能够维持在一个合理的范围内。

2、滚轮编码器：滚轮编码器通过跟随抱箍旋转，输出脉冲信号，实现对扶梯速度精确检测和控制，为了能够适用于室外的恶劣环境，滚轮编码器的需满足IP65防护等级，对于滚轮需要长时间运行，为了确保不被磨损需采用耐油污、耐磨的聚氨酯材料，并为了能够精确检测到扶梯的真实速度，将采用较高精度的编码器。

3、抱箍：由于主驱动轴为大型工件，通常表面采用光滑的便面处理方式，如果滚轮直接与主驱动轴相接触，也很难达到一定的摩檫力确保滚轮不会打滑，所以需要增加抱箍并固定在主驱动轴上，需将抱箍的表面进行滚花处理，增大与滚轮的摩擦系数，确保滚轮编码器可靠运行，而且抱箍与主驱动轴也要与主驱动轴牢固相连，这样抱箍就可以跟随主驱动轴同步旋转，滚轮编码器也可以与抱箍同步旋转。

4、防护罩：通过防护罩的保护，避免了外部异物对扶梯检测装置的影响，提高了整个装置的安全性和稳定性。由于扶梯一般为公共场所使用，现场环境非常恶劣，同时乘客的行为也很难控制，为了确保石头、烟蒂等异物掉落并影响测速装置的正常运行，故在上方增加防护罩对整个装置进行有效保护。

图2扶梯速度检测装置结构示意图

扶梯速度检测装置安装在主驱动轴的中间部位，通过拆除3个扶梯梯级即可对整个装置进行安装调试，不仅拥有足够的维修空间，同时整个装置的组装也非常方便，与过去传统的结构相比较安装维修更加方便，维修工时可以节约50%以上。扶梯通过电机带动主驱动轴，然后主驱动联动整个梯级系统，所以对主驱动轴的速度检测是对扶梯实际情况最真实的反馈，将滚轮编码器固定在主驱动轴上既方便了安装同时也真实反馈了扶梯的真实速度，扶梯检测装置的具体安装位置如图3所示：

图3扶梯速度检测装置安装示意图

4滚轮编码器信号处理及分析

当扶梯运行时，滚轮编码器会跟随主驱动轴的旋转而转动并输出2组相位差90°的脉冲信号，通过分析2组信号的相位差可以确定扶梯处于上行还是下行，当A相超前B相信号90°相位时扶梯为上行，当B相超前A相信号90°时为扶梯下行。通过分析2组信号的频率可以判断扶梯是否超速及非操纵逆转故障，当A/B相脉冲频率大于额定速度频率的一定比例时输出超速故障，当小于额定速度频率的一定比例时或者检测到A/B信号的相位差与实际扶梯运行方向相反时输出非操纵逆转故障。由于滚轮编码器内部采用码盘结构，精度及稳定性非常好，所以即使扶梯速度很慢时，也可以精确的检测到扶梯的真实速度，通过滚轮编码器的使用就可以实现对扶梯低速运行时超速、逆转故障检测，并及时进行保护。

5系统控制流程

     整个系统主要由以下几部分组成：滚轮编码器、安全控制板、主控板、扶梯安全装置组成。滚轮编码器将检测到的A\B相脉冲信号输入到安全控制板中，安全控制板通过分析A\B相脉冲信号的频率和相位差，判断当前扶梯的运行状态是否正常，当扶梯出现异常时，安全控制板输出信号并触发扶梯安全装置（如：附加制动器），同时将故障信号传递给主控板，主控板输出报警信号并且控制扶梯安全装置（如：断开主机电源和抱闸），最终实现自动扶梯的安全保护。

6滚轮编码器的优势

由于自动扶梯大部分应用在交通轨道及商场等公共场所，扶梯周边环境相对而言比较恶劣，受雨水、油污等影响严重，采用滚轮编码器可以满足IP65的防护等级，可以适用于大部分的使用场所。我国一直在提倡节能节电，采用滚轮编码器使主驱动旋转一圈输出1000多个脉冲，分辨率比普通的检测方式提高了接近20倍，可以在超低速下对超速和非操纵逆转进行保护，例如：名义速度为0.5m/s的自动扶梯能在0.1m/s的速度下运行，当没有乘客使用扶梯时，可以进入0.1m/s低速节能运行，电能可以节省2/3左右，最终实现扶梯的绿色节能运行。滚轮编码器安装在主驱动轴上，真实的反映了扶梯的运行情况，在主驱动断链、电机翻转等特殊情况也能及时进行保护，确保乘客的人身安全。

结语

我国自动扶梯的使用总量呈逐年上升趋势，这在一定程度上促进了城市建设的现代化发展，扶梯安全事故偶有发生，人们的对扶梯的关注度也不断提高。然而，由于数量众多的自动扶梯的运行还处于技术落后的状态，具体体现在安全保护不全面、设计不人性化、绿色节能不明显，因此自动扶梯的提高安全保护势在必行，设计人性化和绿色节能也迫在眉睫。由于自动扶梯属于特种设备，其运行的安全和节能，关系到人民群众的生命财产安全。所以，在具体的实施过程中，必须将安全问题放在首位。滚轮编码器的应用既提升了安全，同时在节能方面也有突出表现。

参考文献：

[1]GB 16899-2011《自动扶梯和自动人行道的制造与安装安全规范》

[2]戚政武,梁敏健,林晓明.自动扶梯超速和非操纵逆转保护装置检测技术及仪器研制[J].中国特种设备安全,2014年12期

[3]张开旭，周昌乐.基于自动编码器的中文词汇特征无监督学习.中文信息学报，2013，27(5):1-7,92

[4]秦胜君，陆志平.稀疏自动编码器在本文分类中的应用研究.科学技术与工程.2013.13(31)