电梯极限速度极限限流器检测系统的设计与实现

电梯极限速度极限限流器检测系统的设计与实现

电梯是一种基于电机的垂直上升和下降。带有盒子形状的悬挂式扩张箱用于多层建筑的乘客和货物运输。为了保证乘客和货物及电梯设备的运行安全,电梯的设计要有足够的安全性,这就需要限速器。限速器是一种限制轿厢(或对重)速度的装置,当轿厢超速到限速器整定的速度值时,限速器便产生电气动作和机械动作,从而使电梯停止运转。因此限速器是电梯最重要的机械安全装置,所以限速器的制造质量、选型、校验及定期的检测维护直接影响电梯的安全使用。目前对限速器的检测存在着诸多不足:测量型号单一;测量精度不高;操作安全性不高;缺少数据管理与数据备份功能等。虚拟仪器系统是不断革新的计算机技术与仪器技术相结合的产物。它利用目前计算机系统的强大功能,结合专用的硬件,大大突破传统仪器在数据处理、显示、传送、存储等方面的限制,使用户可以方便地对其进行维护、扩展和升级等。基于美国国家仪器公司(NationalInstruments,简为NI)的软件开发平台LabVIEW及其数据采集系统,设计了电梯限速器检测系统。该系统便于操作、能自动记录和传输数据,而且通过上位机软件的升级还可以不断增加限速器检测的型号,对电梯限速器的检测具有重要的意义。1控制电路制停电梯限速器通过其绳轮反映电梯的实际运行速度,电梯运行速度越快,限速器绳轮转速越高。当电梯以额定速度运行时,限速器正常运转;当电梯运行速度超过额定速度并不断加速达到限速器超速开关动作速度时,超速开关产生电气动作,切断控制电路制停电梯;若制停无效且电梯继续加速行驶,达到其额定速度的115%以上时,限速器通过机械动作使其绳轮停止运转,并借助绳轮中的摩擦力或夹绳机构提拉起安装在轿厢梁上的连杆机构,迫使安全钳动作,从而使电梯轿厢强行制停在导轨上。限速器速度曲线图,如图1所示。其中VKN为限速器额定速度值,VCA是限速器超速开关产生电气动作时对应的速度值,VCA为限速器机械安全装置动作时对应的速度值。依据以上限速器的工作原理,笔者设计的检测系统检测与调试的主要目的是获得限速器动作时的速度值,若该值在GB7588-2003《电梯制造与安装安全规范》规定的范围内,则表示其合格,若经多次检测都不在范围内,则认为其不合格。2信号采集系统基于虚拟仪器的电梯限速器检测系统由伺服系统、信号采集系统、上位机及相关管路组成。伺服系统作为系统主要的驱动工具驱动限速器的运转,针对不同型号的限速器来设置不同的参数。信号采集系统主要负责完成限速器速度信号的采集、调理等任务,最终通过数据采集卡的A/D功能将模拟量信号转换成上位机可以处理的数字信号。由于检测系统要在现场完成设备的检测,所以上位机使用通用型的笔记本电脑,操作系统以WindowsXP为平台,LabVIEW7为开发工具,上位机测控程序对信号进行滤波、运算以及数据的存储。系统硬件结构,如图2所示。2.1电机的转速控制伺服系统采用三菱J2S型,由伺服放大器和伺服电机组成。该系列电机具有高性能的实时自动调整增益,速度响应频率最高可达1kHz,内置了瞬时速度观测器,可快速、高分辨率的检测处理电机转速。电机具有位置控制、速度控制两种模式,笔者选用速度控制模式。由于所检测的限速器型号不同,所以要设置不同的电机参数,这里通过笔记本电脑的串行口与伺服放大器进行通信,实现伺服参数的设置。限速器速度范围在(0.5～10)m/s之间,通过数据采集卡的模拟输出口输出(0～10)V的电压到伺服放大器,从而调整电机转数。2.2电气开关动作速度检测该系统主要采集电气开关动作速度值和机械动作速度值。限速器运行速度值的实时采集主要由位移传感器、数据采集卡和LabVIEW程序硬件软件两部分合作完成。硬件部分测量出每秒绳轮的转数,而程序部分对采集获得的数据进行运算,计算出限速器的速度值。在该系统中位移传感器采用霍尔传感器,它的输出是TTL电平脉冲序列。限速器绳轮直径和每转产生脉冲数都是固定的,利用数据采集卡的计数口对霍尔传感器每秒产生的脉冲数进行计数,除以每转脉冲数得到每秒绳轮转过的圈数,再乘以绳轮周长即可得到限速器实际运行速度。所有限速器的电气开关动作都是由其本身带有的常闭开关决定的,电梯正常运行时该开关闭合,超过额定速度时该开关断开。检测过程中将常闭开关负端与触点动作线连接,通过信号调理与数据采集卡的数字输入口相连,加上LabVIEW语言的移位寄存器功能,可以获得电气开关的动作信号。只要开关状态改变,系统就会有信号输入响应,记录下瞬时速度即为电气开关动作速度值。限速器的机械动作总是发生在速度最大时,所以只要记录一次检测中的最大速度即可作为机械动作速度值并且没有延迟。2.3基于数字地形分析的数字监测系统数据采集卡是系统硬件的核心部分。系统选用美国NI公司的USB-6211数据采集卡,它是一种多功能数据采集卡,即插即用的USB安装便于快速设置。在LabVIEW软件支持下,可以实现数字万用表(DMM)、示波器、任意波形发生器、高速数字I/O和计数器/定时器等仪器的功能。它为用户提供16位A/D,D/A转换器、32位数字量输入输出以及16位可编程计数/定时功能,其中在DMA(存储器直接访问)方式下,最高A/D转换采样速度达到100kHz,性能指标满足检测系统的要求;其自带接线端子板、数据线很方便地实现与传感器及上位机的联接和数据传输,为取得实时可靠的数据提供了硬件保障。3基于lavi成品的电机转速检测系统设计进行限速器检测时,要求对限速器速度进行精确测量,并能根据不同的速度要求对电机转数进行控制。基于LabVIEW的检测系统能够很好地满足上述要求。系统主要由数据采集设置、数据显示部分、数据存储读取、电机转速控制等几个部分组成。程序前面板,如图3所示。3.1任务启动代码建立前,设计自动由图3可知,数据采集设置主要是对数据采集参数的设置,包括输入信号连接方式、采样模式、缓存区大小、采样率、采样点数以及输入信号量程的设置。其中,输入信号连接方式有差分输入、非参考单端输入、参考单端输入三种方式;采样模式有单个点采样、有限点数采样和连续采样。LabVIEW提供的DAQASSISTANT函数可以帮助快速地完成采集任务地设置,而且其所生成的任务启动代码也可以简化程序的设计。限速器检测系统输入为1路脉冲序列信号和1路开关信号,因此对数据采集任务进行配置时,应采用单通道?计数输入和单通道数字输入。3.2慢速器速度在程序前面板,用户可以直观地观测到限速器速度的变化,电气动作速度值以及机械动作速度值。传感器输入为脉冲序列信号,限速器速度必须通过下式计算得到。式中:V—绳轮速度;N—绳轮转速;L—绳轮周长。限速器速度运算和显示程序框图,如图4所示。3.3文件存储及读取功能在设备检测应用中,需要将采集到的数据进行显示并保存,以便日后进行分析。LabVIEW提供了完善的数据存储及读取功能。文件存储采用WritetoTextFile函数,通过指定存储路径、是否需要提示等步骤,能方便地将需要存储的数据保存到指定的文件中;文本文件读取采用ReadfromTextFile函数,能够方便读取已存储的数据。3.4限速器最大转数在检测系统中,伺服电机是主要的驱动工具,负责带动绳轮转动。限速器的最大转数为1000rpm。通过调节前面板的旋钮,数据采集卡的模拟输出端会输出相应的电压值到伺服放大器,伺服放大器根据电机调压调速的原理控制电机转数。4设备正常运行系统总电源闭合,开启笔记本电脑,启动限速器检测程序,现场操作人员根据限速器的型号输入基本参数;根据相应状态判断设备是否正常运行。设备运行正常,电机以低速带动限速器运转,运行到设定的恒定速度后,保持恒速运行。根据限速器实时速度加大电机转速,限速器发生电气动作和机械动作,程序前面板显示速度值;关闭电机。现场操作人员可以选则件路径保存检测的数据值以方便二次分析。系统流程图,如图