摘要：电梯的上行超速保护装置是电梯的重要的安全部件之一。为了确保该装置动作的有效性和可靠性，提出和设计了一种基于LabVIEW的电梯上行超速保护装置的虚拟仪器检测系统，对安全部件进行检测以方便对它的控制和维修，防止电梯冲顶事故的发生。

　　LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发的，类似于C和BASIC开发环境，但是LabVIEW与其他计算机语言的显着区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。

　　0 引言

　　电梯作为一种载人的起重运输设备被广泛应用于各种场所，保证电梯的安全可靠性是非常重要的。根据曳引式电梯的工作原理在电梯的运行中有超过一半的时间是对重侧重于轿厢侧，因此电梯上行超速和下行超速的事故率几乎相同，这是非常严重的。国家标准《电梯制造与安全规范》（GB7588-2003）第9、10条明确规定了在曳引驱动电梯上必须安装上行超速保护装置。作为电梯重要的安全部件之一，主要用来解决电梯上行超速冲顶事故。轿厢上行超速保护装置包括速度监控和减速元件，应能检测出上行轿厢的速度失控，其下限是电梯额定速度的115%，上限是对重安全钳限速器的动作速度（对重（或平衡重）安全钳的限速器动作速度应高于轿厢安全钳的限速器动作速度，但不得高于10%。），并应能使轿厢制停，或至少使其速度降低至对重缓冲器的设计范围。该装置在使空轿厢制停时，其减速度不得大于1gn.

　　虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。自1986年问世以来，世界各国的工程师和科学家们都已将NI LabVIEW图形化开发工具用于产品设计周期的各个环节，从而改善了产品质量、缩短了产品投放市场的时间，并提高了产品开发和生产效率。使用集成化的虚拟仪器环境与现实世界的信号相连，分析数据以获取实用信息，共享信息成果，有助于在较大范围内提高生产效率。虚拟仪器提供的各种工具能满足我们任何项目需要。虚拟仪器是基于计算机的仪器。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。粗略地说这种结合有两种方式，一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。另一种方式是将仪器装入计算机。以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。

　　虚拟仪器是在以PC为的硬件平台上，由用户通过软件进行编程设计，设计出的虚拟仪器面板可以用来模拟仪器并实现其测量功能的一种计算机仪器系统。它充分利用了计算机系统的强大功能并且在数据处理、显示、传送、存储等方面突破了传统仪器的限制，方便了用户对系统的维护、扩展和升级等。

　　美国NI公司的虚拟仪器平台——LabVIEW作为一种虚拟仪器检测软件具有高效的图形化程序设计环境，它以图形化的语言为开发平台，可以实时采集检测系统的数据并且为检测系统提供友好的人机界面，是一个标准的数据采集和仪器控制软件。基于虚拟仪器的电梯上行超速保护装置的检测系统具有操作方便、自动记录和存储数据等优点，对于电梯的安全运行具有很重要的意义。

　　1 夹绳器工作原理

　　电梯的上行超速保护装置包括钢丝绳的夹持机构、触发机构和复位机构。通过图1可以清楚地看出夹绳器的工作原理和动作顺序，在电梯超速上行时，限速器会首先发出超速信号触发电磁铁失电使得机构中的钩板动作脱钩，滑动主轴在穿有的压缩弹簧的作用下解除约束并且在弹簧的作用力下沿槽滑动，同时通过拉动外侧拉杆和内侧的推动力促使两块制动板迅速靠近夹住钢丝绳。超速运行的轿厢通过钢丝绳与制动片之间产生的摩擦力将钢丝绳夹持住因此制停。复位的原理则是制动板进行与制动相反的工作远离钢丝绳，扳动复位扳手手动压缩弹簧将滑动主轴滑动至弧形槽底端达到复位。

　　2 虚拟仪器检测系统

　　检测系统主要由、信号调理器和输出环节组成。如图2所示。

　　感器工作原理的分类物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。

　　信号调理器是一种通信设备，用来连接两个或多个物理协议，对信号波形进行重整。是介于中继器和网桥之间的设备。多用于非标准的工业网络中。用于替代造价昂贵的网桥设备。

　　系统通过传感器直接从被测对象中取得被测量的信息，通过信号调理器这个中间转换机构将由传感器输出的信号进行放大、转换等操作，将信号转化为可以显示、记录的参量，方便对数据进行显示和打印。

　　该系统用于检测电梯上行超速保护装置，其中包括：摩擦片的性能即其常温下的高速摩擦系数和中温下的；电磁铁的性能即响应时间，检测电磁 铁断电响应时间就是系统检测的关键，但是无法直接测量得到，这里通过从电磁铁在断电瞬间到拉力为吸合后弹簧的弹力设计值所用的时间得到；弹簧的性能即对于弹簧主要是对自由高度、抗压性和弹性刚度的检测；整机的性能即制动摩擦力和响应速度。

　　虚拟仪器系统是由仪器硬件平台和应用软件两大部分构成的。硬件平台包括计算机和I／O接口设备两部分。I/O接口是一电子电路（以IC芯片或接口板形式出现 ），其内有若干专用寄存器和相应的控制构成。它是CPU和I/O设备之间交换信息的媒介和桥梁。CPU与外部设备、的连接和数据交换都需要通过接口设备来实现，前者被称为I/O接口，而后者则被称为存储器接口。存储器通常在CPU的同步控制下工作，接口电路比较简单；而I/O设备品种繁多，其相应的接口电路也各不相同，因此，习惯上说到接口只是指I/O接口应用软件由应用程序和I／O接口设备驱动程序构成。虚拟仪器通过硬件来获取被测信号，而软件则是用来实现数据的采集、分析、处理以及显示等功能并且集成为仪器操作和运行的命令环境。

　　3 检测系统的硬件设计

　　虚拟仪器的硬件主要是获取被测信号，数据采集系统是计算机、智能仪器与外界相联系的纽带和获取信息的途径。虚拟仪器通过计算机这个来控制整个系统及进行数据处理基于虚拟仪器的数据采集系统是将选用的传感器通过配套的硬件链接到宿主计算机上，并且通过正确的软件从传感器获取数据将数据进行转换并传送给宿主计算机。

　　该虚拟仪器系统的硬件主要包括计算机和负责完成被测信号的采集、放大、A／D转换的I／O接口设备。AD转换就是模数转换，就是把模拟信号转换成数字信号。硬件系统主要由多路、采样／保持器、放大器、A／D转换器及计算机等组成。由传感器采集的模拟信号经过采样过程将连续的信号离散化，然后将离散后的信号的幅值量化处理再进行数／模转化输入到计算机中。结构原理如图3所示的虚线框。

　　该系统中需要检测的参数包括6个模拟信号量和2个数字开关量，6个模拟信号量中有5个是瞬态量。考虑到系统待测信号多样性的特点和经济成本的要求，选择采用功能齐全即插即用的外置式数据采集器（DAQ）方案，选用北京瑞博华公司的AD8201数据采集器。

　　4 检测系统的软件设计

　　在虚拟仪器检测系统中软件系统扮演着非常重要的角色，是系统的关键。软件平台选择了图形化编程软件LabVIEW，它是一个完全的、开放的虚拟仪器开发系统的应用软件，并且具有编程简单、直观、开发效率高等优点。拟仪器技术是在PC技术的基础上发展起来的，所以完全继承了以现成即用的PC技术为主导的商业技术的优点，包括功能超卓的处理器和文件I/O，使您在数据高速导入磁盘的同时就能实时地进行复杂的分析。此外，不断发展的因特网和越来越快的计算机网络使得虚拟仪器技术展现其更强大的优势，

　　该检测系统软件的主要作用是实现：连续可靠信号的实时数据采集；将采集的数据以数字或图形的形式实时显示；数据存储至硬盘；保证信号采集的成功判别；数据的同时采集和显示；历史数据的查询、再现和打印等功能。

　　软件系统总体框图如图4所示。

　　由图4可以直观地看到主控模块作为整个系统的调度中心，控制着系统的控制流（→）和数据流（→）的流向。数据流从数据采集模块开始分别流向数据存储模块和数据分析处理模块，采集到的数据通过数据存储模块进行存储，同时经过数据分析模块的判断，在计算机屏幕上进行实时显示。如果用户需要对历史数据进行查询时，则启动历史查询模块即可对历史数据进行曲线和数据的显示。

　　程序设计重要的部分是数据采集模块，主要任务是完成对数据的采集、波形的显示及回放和数据的存储。

　　数据采集模块设计如下：

　　先将初始化函数、启动板卡函数和读取数据等对仪器进行配置和数据读取的函数做成动态链接库。然后通过主程序调用动态链接库里的函数来实现对仪器的操作，一般调用过程如下：加载动态链接库，再获取函数的指针，之后利用指针来调用函数。系统的数据采集器采用的是AD8201，它是USBI.1总线兼容的12位32通道的数据采集器。

　　LabVIEW中动态链接库的调用是通过CLF（Call Library Function）节点来实现的，并进行采集模块的编程。其中初始化时为了使驱动程序能够对底层的硬件进行初始化，应设置中断号、内存分配、I／O地址等打通驱动程序和应用程序的通道。通过CLF节点调用函数DllInitial来实现采集程序的初始化，并选择采集卡的中断号和口地址。此时为了顺利启动采集，采集卡上的中断号和口地址要和主板上的一致，如果程序初始化成功，函数将返回1，否则返回0。

　　参数PhysAddr用来确定外部存储的开始地址，参数IRQNum用来确定板卡的中断号，参数DMAChn用来确定板卡的DMA通道，参数IOBase用来确定板卡的基地址。该例中其相应值为0，5，0，320。

　　启动采集的过程：首先要设置采集通道和采集频率，并确定数据通信方式（单缓冲或多缓冲），然后启动采集。接下来程序可自行驱动硬件实现采集，同时把采集到的数据存储到指定的缓冲区。

　　读取结果：读取结果是为了方便对数据进行处理，把驱动程序缓冲区中的数据读取到应用软件的数据缓冲区中去。要实现再次采集数据量，需定义一个数据缓冲区（或用户）函数ADBuf（NumSamp*NumChn+1）和一个内存保存数据函数RecordBuf（NumSamp*NumChn）来实现。

　　数据采集模块的设计主要是调用动态链接库中的各个函数来实现的，各函数调用的顺序是：

　　（1）调用函数。Initial（）；

　　（2）调用函数StarIntr（）；

　　（3）调用函数ADResult（）或ADResuit Rece nt（）；

　　（4）调用函数QueryBuf（）；

　　（5）调用函数StopIntr（）。

　　其中函数StarIntr（）实现开始采集功能，函数ADResult（）或函数ADResuitRecent（）实现获得数据功能，函数QueryBuf（）实现缓冲区的查询功能，函数StopIntr（）实现中断采集功能。同时可以调用其他函数来实现特殊的功能，如调用函数ChannelFrq（）来获取各通道的采样频率、调用函数RegisterNotify（）可在多缓冲模式下缓冲区满时发出消息、调用函数IOCtrl（）来实现A／D卡的其他功能等。

　　5 结论

　　采用美国NI公司的图形化软件平台LabVIEW完成了基于虚拟仪器的电梯上行超速保护装置的检测系统的软硬件设计，通过该检测系统以确保装置的可靠性和有效性，提高了检测效率，降低了测量误差，弥补了传统检测技术的不足。系统中实时采集的数据方便了对电梯安全部件的检测和维修。