摘要：電梯的上行超速保護裝置是電梯的最重要的安全部件之一。為了確保該裝置動作的有效性和可靠性，提出和設計了一種基于LabVIEW的電梯上行超速保護裝置的虛擬儀器檢測系統，對安全部件進行檢測以方便對它的控制和維修，防止電梯沖頂事故的發生。
關鍵詞：安全部件；上行超速保護；虛擬儀器；LabVIEW；檢測系統
0 引言
電梯作為一種載人的起重運輸設備被廣泛應用于各種場所，保證電梯的安全可靠性是非常重要的。根據曳引式電梯的工作原理在電梯的運行中有超過一半的時間是對重側重于轎廂側，因此電梯上行超速和下行超速的事故率幾乎相同，這是非常嚴重的。國家標準《電梯制造與安全規范》(GB7588-2003)第9、10條明確規定了在曳引驅動電梯上必須安裝上行超速保護裝置。作為電梯最重要的安全部件之一，主要用來解決電梯上行超速沖頂事故。因此對上行超速保護裝置出廠前的檢測直接關系到電梯的安全，根據該裝置工作原理和結構特點提出了將檢測技術和虛擬儀器技術應用到檢測系統中的檢測裝置。該裝置具有準確性、高效性、可靠性和先進性。
虛擬儀器是在以PC為核心的硬件平臺上，由用戶通過軟件進行編程設計，設計出的虛擬儀器面板可以用來模擬儀器并實現其測量功能的一種計算機儀器系統。它充分利用了計算機系統的強大功能并且在數據處理、顯示、傳送、存儲等方面突破了傳統儀器的限制，方便了用戶對系統的維護、擴展和升級等。
美國NI公司的虛擬儀器平臺——LabVIEW作為一種虛擬儀器檢測軟件具有高效的圖形化程序設計環境，它以圖形化的語言為開發平臺，可以實時采集檢測系統的數據并且為檢測系統提供友好的人機界面，是一個標準的數據采集和儀器控制軟件。基于虛擬儀器的電梯上行超速保護裝置的檢測系統具有操作方便、自動記錄和存儲數據等優點，對于電梯的安全運行具有很重要的意義。
1 夾繩器工作原理
電梯的上行超速保護裝置包括鋼絲繩的夾持機構、觸發機構和復位機構。通過圖1可以清楚地看出夾繩器的工作原理和動作順序，在電梯超速上行時，限速器會首先發出超速信號觸發電磁鐵失電使得機構中的鉤板動作脫鉤，滑動主軸在穿有的壓縮彈簧的作用下解除約束并且在彈簧的作用力下沿槽滑動，同時通過拉動外側拉桿和內側的推動力促使兩塊制動板迅速靠近夾住鋼絲繩。超速運行的轎廂通過鋼絲繩與制動片之間產生的摩擦力將鋼絲繩夾持住因此制停。復位的原理則是制動板進行與制動相反的工作遠離鋼絲繩，扳動復位扳手手動壓縮彈簧將滑動主軸滑動至弧形槽底端達到復位。
2 虛擬儀器檢測系統
檢測系統主要由傳感器、信號調理器和輸出環節組成。如圖2所示。
系統通過傳感器直接從被測對象中取得被測量的信息，通過信號調理器這個中間轉換機構將由傳感器輸出的信號進行放大、轉換等操作，將信號轉化為可以顯示、記錄的參量，方便對數據進行顯示和打印。
該系統用于檢測電梯上行超速保護裝置，其中包括：摩擦片的性能即其常溫下的高速摩擦系數和中溫下的低速摩擦系數；電磁鐵的性能即響應時間，檢測電磁 鐵斷電響應時間就是系統檢測的關鍵，但是無法直接測量得到，這里通過從電磁鐵在斷電瞬間到拉力為吸合后彈簧的彈力設計值所用的時間得到；彈簧的性能即對于彈簧主要是對自由高度、抗壓性和彈性剛度的檢測；整機的性能即制動摩擦力和響應速度。由以上分析可知在該系統中需要檢測6個模擬量和2個開關量，屬于多參數、多任務測量。
虛擬儀器系統是由儀器硬件平臺和應用軟件兩大部分構成的。硬件平臺包括計算機和I／O接口設備兩部分。應用軟件由應用程序和I／O接口設備驅動程序構成。在整個軟件系統中融合了模塊化技術、面向對象技術、多線程技術和動態鏈接庫技術四大技術。虛擬儀器通過硬件來獲取被測信號，而軟件則是用來實現數據的采集、分析、處理以及顯示等功能并且集成為儀器操作和運行的命令環境。
3 檢測系統的硬件設計
虛擬儀器的硬件主要是獲取被測信號，數據采集系統是計算機、智能儀器與外界相聯系的紐帶和獲取信息的途徑。虛擬儀器通過計算機這個核心來控制整個系統及進行數據處理。數據采集是通過一個或者多個變量獲得對象信息的過程。基于虛擬儀器的數據采集系統是將選用的傳感器通過配套的硬件鏈接到宿主計算機上，并且通過正確的軟件從傳感器獲取數據將數據進行轉換并傳送給宿主計算機。
該虛擬儀器系統的硬件主要包括計算機和負責完成被測信號的采集、放大、A／D轉換的I／O接口設備。硬件系統主要由多路開關、采樣／保持器、放大器、A／D轉換器及計算機等組成。由傳感器采集的模擬信號經過采樣過程將連續的信號離散化，然后將離散后的信號的幅值量化處理再進行數／模轉化輸入到計算機中。結構原理如圖3所示的虛線框。
該系統中需要檢測的參數包括6個模擬信號量和2個數字開關量，6個模擬信號量中有5個是瞬態量。考慮到系統待測信號多樣性的特點和經濟成本的要求，選擇采用功能齊全即插即用的外置式數據采集器(DAQ)方案，選用北京瑞博華公司的AD8201數據采集器。
4 檢測系統的軟件設計
在虛擬儀器檢測系統中軟件系統扮演著非常重要的角色，是系統的關鍵。軟件平臺選擇了圖形化編程軟件LabVIEW，它是一個完全的、開放的虛擬儀器開發系統的應用軟件，并且具有編程簡單、直觀、開發效率高等優點。
該檢測系統軟件的主要作用是實現：連續可靠信號的實時數據采集；將采集的數據以數字或圖形的形式實時顯示；數據存儲至硬盤；保證信號采集的成功判別；數據的同時采集和顯示；歷史數據的查詢、再現和打印等功能。
軟件系統總體框圖如圖4所示。
由圖4可以直觀地看到主控模塊作為整個系統的調度中心，控制著系統的控制流(→)和數據流(→)的流向。數據流從數據采集模塊開始分別流向數據存儲模塊和數據分析處理模塊，采集到的數據通過數據存儲模塊進行存儲，同時經過數據分析模塊的判斷，在計算機屏幕上進行實時顯示。如果用戶需要對歷史數據進行查詢時，則啟動歷史查詢模塊即可對歷史數據進行曲線和數據的顯示。
程序設計最重要的部分是數據采集模塊，主要任務是完成對數據的采集、波形的顯示及回放和數據的存儲。
數據采集模塊設計如下：
先將初始化函數、啟動板卡函數和讀取數據等對儀器進行配置和數據讀取的函數做成動態鏈接庫。然后通過主程序調用動態鏈接庫里的函數來實現對儀器的操作，一般調用過程如下：加載動態鏈接庫，再獲取函數的指針，之后利用指針來調用函數。系統的數據采集器采用的是AD8201，它是USBI．1總線兼容的12位32通道的數據采集器。
LabVIEW中動態鏈接庫的調用是通過CLF(Call Library Function)節點來實現的，并進行采集模塊的編程。其中初始化時為了使驅動程序能夠對底層的硬件進行初始化，應設置中斷號、內存分配、I／O地址等打通驅動程序和應用程序的通道。通過CLF節點調用函數DllInitial來實現采集程序的初始化，并選擇采集卡的中斷號和口地址。此時為了順利啟動采集，采集卡上的中斷號和口地址要和主板上的一致，如果程序初始化成功，函數將返回1，否則返回0。
參數PhysAddr用來確定外部存儲的開始地址，參數IRQNum用來確定板卡的中斷號，參數DMAChn用來確定板卡的DMA通道，參數IOBase用來確定板卡的基地址。該例中其相應值為0，5，0，320。
啟動采集的過程：首先要設置采集通道和采集頻率，并確定數據通信方式(單緩沖或多緩沖)，然后啟動采集。接下來程序可自行驅動硬件實現采集，同時把采集到的數據存儲到指定的緩沖區。
讀取結果：讀取結果是為了方便對數據進行處理，把驅動程序緩沖區中的數據讀取到應用軟件的數據緩沖區中去。要實現再次采集數據量，需定義一個數據緩沖區(或用戶)函數ADBuf(NumSamp*NumChn+1)和一個內存保存數據函數RecordBuf(NumSamp*NumChn)來實現。
數據采集模塊的設計主要是調用動態鏈接庫中的各個函數來實現的，各函數調用的順序是：
(1)調用函數。Initial()；
(2)調用函數StarIntr()；
(3)調用函數ADResult()或ADResuit Rece nt()；
(4)調用函數QueryBuf()；
(5)調用函數StopIntr()。
其中函數StarIntr()實現開始采集功能，函數ADResult()或函數ADResuitRecent()實現獲得數據功能，函數QueryBuf()實現緩沖區的查詢功能，函數StopIntr()實現中斷采集功能。同時可以調用其他函數來實現特殊的功能，如調用函數ChannelFrq()來獲取各通道的采樣頻率、調用函數RegisterNotify()可在多緩沖模式下緩沖區滿時發出消息、調用函數IOCtrl()來實現A／D卡的其他功能等。
其他模塊的設計由于篇幅關系，這里不再贅述。
5 結論
采用美國NI公司的圖形化軟件平臺LabVIEW完成了基于虛擬儀器的電梯上行超速保護裝置的檢測系統的軟硬件設計，通過該檢測系統以確保裝置的可靠性和有效性，提高了檢測效率，降低了測量誤差，彌補了傳統檢測技術的不足。系統中實時采集的數據方便了對電梯安全部件的檢測和維修。