第22卷 第5期
2009年10月
山东科学S HAN DONG SCIENCE V o.l 22 N o .5O ct .2009
收稿日期:2009 08 15
计量罐
基金项目: 十一五 国家科技支撑计划课题子课题"客运索道关键部件在线遥测与监控系统研究"(2006 BAK02B04 03 03) 作者简介：王继祥(1963 )，男，高级工程师，研究领域：工业自动化、索道控制技术。
文章编号:1002 4026(2009)05 0115 03客运索道设备运行状态检测系统 王继祥，张伟忠，殷炳来，张磊
(山东省科学院自动化研究所，山东济南250014)
摘要：介绍了一种用于国内客运索道设备的自动检测系统。该系统实现了对设备电气运行参数、油压、轴承温
船用倾斜仪度等多个索道运行参数的实时采样、传输和显示。
关键词：索道；设备；运行状态；检测
中图分类号:U 18,TN 92 文献标识码:A
A R unning State D etection
Syste m for Passenger Rope w ay Equi p m ent
WANG Ji x iang ,Z HANG W e i zhong ,Y I N B i n g la,i Z HANG Le i
(Institute of Auto m ation,Shandong Acade m y o f Sciences ,J i n an 250014,China )
Abst ract :Th is paper presents an auto m atic detection syste m for do m estic passenger rope w ay
船用靠球equ i p m en.t It perfor m s real ti m e data sa m pli n g ,data trans m issi o n and d isp lay f o r m ultiple rope w ay
electric para m eters such as o il pressure ,beari n g te mperature,etc .
K ey w ords :rope way ;equipm en;t r unni n g state ;detecti o n
我国目前现有客运索道近400条，并正在以每年10%的速度增长。欧洲客运索道一般规定运行15至20年，每年运行1500小时左右，而我国大多数索道是旅游索道，一般每年运行2500小时左右。我国的客运索道安全状况较差，有三分之一的客运索道运行在10年以上，设备老化，故障频繁，已进入事故易发期和多发期；而且索道运营管理基础薄弱，运营管理和技术人才匮乏，作业人员素质参差不齐。客运索道是人员密集场所的重要交通工具，尤其在旅游高峰时期，乘客数量多、密度大，设备负荷重，加之山地的特殊地理环境，一旦发生事故，极易酿成严重后果。因此，对客运索道的安全工作必须给予高度重视。在参与国家 十一
五 科技支撑计划子课题研究的基础上，我们完成了对某客运索道的设备运行安全检测系统的设计和调试，取得了良好的效果。
1 客运索道设备简介
客运索道设备主要包括支架、托压索轮、钢丝绳、吊篮或吊厢、主动轮、迂回轮、紧急闸、工作闸、液压站、电气控制系统等。机械设备和电气系统的稳定、可靠运行是保证客运索道运行安全的基础。目前国产客运 山 东 科 学 2009年索道在设备可靠性上与国外同类设备相比还存在着一定差距，设备运行参数在线检测、自诊断和故障预警等技术很不完善。一方面实时监测的运行参数普遍是供电电压、电
流、电机电流、运行速度等简单参数；另一方面是运行参数只能靠操作人员观察和定时记录，当出现故障时运行参数没有实时的历史记录，很难判断事故最初的诱因，给设备的维护和管理带来很大不便。
2 检测系统的组成和实现
客运索道设备运行状态监测系统主要包括工控机、电气控制系统参数检测、液压站参数检测、托压索轮检测、钢丝绳检测、脱索检测、闸到位检测、吊厢位置检测等几部分，见图1。
图1 检测系统整体构成
电气参数检测部分实现对供电的三相电压、电流、异
步电机电流、PLC 工作状态、变频器工作状态等进行检
测。其中电压、电流采样选用变送器直接输出0~5V 的
直流电压信号。PLC 和变频器都带有RS485接口，通过
编程或设定直接可以将相关参数通过接口与工控机挂
接。
液压站是为钢丝绳张紧系统和紧急闸提供合适的压力。国产索道设备液压系统采用的是指针式现场指示压力表，在保留现场压力表的基础上，在原取压口增加三通并加装能输出4~20mA 信号的压力传感器，实现压力信号的远传。
托索轮和压索轮在索道中起到对钢丝绳导向和支撑的作用。对于运行速度较快的索道，托压索轮随着钢丝绳的高速运转，当其中的滚珠轴承产生故障时会导致轴承发热并可能引起更大的安全问题。而托索轮和压索轮一般都安装在索道线路的支架上，这给维护人员的定期检测和维护带来不便。该系统采用的方案是在每个索道线路支架上安装一个轴承温度检测子系统，负责对每个支架上的多个托压索轮的轴承温度信息检测，并由该子系统通过Z i g bee 无线方式发送给主机。这样也避免了索道线路每个支架都需布线的问题。Zigbee 是I EEE 802.15.4协议的代名词。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术[1]。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本，主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。通常Zigbee 节点所承载的应用数据速率都比较低，在不需要通信时，节点可以进入很低功耗的休眠状态，此时能耗可能只有正常工作状态下的千分之一。由于一般情况下，休眠时间占总运行时间的大部分，有时正常工作的时间还不到百分之一，因此达到很高的节能效果。Z i g bee 的媒体接入控制层(MAC 层)采用ta l k when ready 的碰撞避免机制。在这种完全确认的数据传输机制下，当有数据传送需求时则立刻传送，发送的每个数
c4烯烃据包都必须等待接收方的确认信息，并进行确认信息回复，若没有得到确认信息的回复就表示发生了碰撞，将再传一次，采用这种方法可以提高系统信息传输的可靠性。同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突。同时Z i g bee 针对时延敏感的应用做了优化，通信时延和休眠状态激活的时延都非常短。
通信模块采用德州仪器(T I)Z i g bee 射频芯片CC2420，支持Z i g bee 协议栈，可通过SPI 接口方便地与8位或16位MC U 相连。
图2 轴承测温子系统构成
镇流器外壳图2是轴承测温子系统的构成。测温传感器选用爆震弹
DS18B20，是美国DALLAS 公司生产的一线式数字式温度
计芯片，它具有结构简单，不需外接元件，采用一根I /O
数据线既可供电又可传输数据，并可由用户设置温度报
警界限等特点。中央微处理器与DS18B20只有一个一条口线连接。为读写以及温度转换可以从数据线本身获得能量，不需要外接电源。因为每一个DS18B20包含116
117第5期王继祥，等：客运索道设备运行状态检测系统
一个独特的序号，多个DS18B20可以同时存在于一条总线[2]。这使得温度传感器放置在许多不同的地方。测温子系统的每一个测温元件(18B20)对应一个托压索轮轴承。
由于吊厢或吊篮是通过抱索器固定在钢丝绳上，所以钢丝绳的完好是保证索道运行安全的关键环节。客运索道钢丝绳主要分为 承载索、 运载索、 牵引索、 平衡索和 拉紧索五种。由于索道用钢丝绳都比较长，如果采用人工方式检测钢丝绳缺陷，工作强度大，且不能客观检测出钢丝绳内、外部损伤。通常对索道钢丝绳的要求是定期检测和周期更换，由于不是在线检测，所以如果在两次定期检测之间钢丝绳出现问题就不能被及时发现。该系统采用了最新智能钢丝绳在线电磁无损检测仪器，可以实时检测钢丝绳的LF 和L MA曲线，能快速、准确、检测到钢丝绳的损伤(断丝、磨损、锈蚀和变形)以及损伤的程度。检测数据通过无线方式与工控机通信，当钢丝绳直径发生变化或有断丝时能够及时报警。
脱索是一种故障状态，指钢丝绳从起导向和支撑作用的托索轮上脱落。每个支架都有一组脱索检测装置(通常称作U型针)，由于制作U型针的材料是很脆的刚性导电材料，当钢丝绳从托索轮脱落时瞬间冲击会将U型针折断从而使信号回路开路，工控机就能识别出相应支架的脱索状态，并紧急停车。
对吊厢位置检测的目的主要是考虑当客运索道运行过程中出现故障而不能继续运转时，管理人员能够根据每个吊厢在复杂的索道线路中所处的位置、离地面高度等信息，快速、合理地制定乘客施救方案。
本系统的位置检测方法是采用射频卡(RFI D)技术。RF I D射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境[3]。RFI D技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。短距离射频产品不怕油渍、灰尘污染等恶劣的环境，可在这样的环境中替代条码。在每一个吊厢的吊臂上都固定有识别号唯一的射频卡，在索道站台的出口处安装读卡器。当吊厢离开站台时读卡器读出射频卡信息并通过RS232传送给工控机，根据吊厢号、吊厢间距、运行速度和已存储的索道线路地形数据计算出每个吊厢的位置、高度，并可以通过计算机显示器直观地显示模拟图形和数据。
3 结束语
客运索道设备运行状态自动在线监测的实现，为客运索道的安全运行管理、设备故障预测和故障后的原因分析提供了依据和保障。
参考文献:
[1]瞿雷，等.Z i gbee技术及应用[M].北京：北京航空航天大学出版社,2007:5-10.
[2]沙占友.集成化智能传感器原理与应用[M].北京：电子工业出版社,2004:15-23.
[3]周晓光，等.射频识别(R F I D)技术原理与应用实例[M].北京：人民邮电出版社,2006:8-23.
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