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1、电梯限速器测试装置的速度采集研究 摘要：本论文主要探讨了电梯限速器测试装置的速度采集方法，在PC机与PLC串行通信协议的基础上，首先阐述了三菱FX1N系列PLC与上位计算机、编码器、伺服电机之间的通信，介绍了PLC与上位计算机通信的硬件连接以及通信协议；接着探讨了速度采集所用到的器件及速度采集的算法。 关键词：速度采集；PLC；串口通信 中图分类号：TP273文献标识码：Adoi: 10.3969/j.issn.1013-61010.2022.03.027 The Research on The Speed Acquisition of The Elevator Overspeed Gover
2、nor Test Device WANG Wen-wen1 , YUAN Xiao-ping2 (School OF Information And Electrical Engineering, China University of Mining and Technology, XuZhou 221018) 【Abstract】 This paper mainly studies the elevator over speed governor test platform .First, in the basis of PC/PLC serial communication protoco
3、l, this article gives full explanation on the communication among the Mitsubishi FX1N series PLC, PC, encoders and servo motor. It explains the methods to realize communication between PC and PLC and introduced communication protocols as well as hardware connections between them. Second, in this art
4、icle, it provided an analysis on the device and algorithm that used in speed acquisition. 【Key words】Speed acquisition; PLC; Serial communication 0引言 本设计探讨的是电梯限速器测试装置的速度采集探讨和实现。电梯作为高层建筑重要的运输工具，要频繁运载乘客和货物。为了保证乘客和货物及电梯设备的运行平安，电梯的设计要有足够的平安性，这就须要限速器。电梯限速器是在电梯超过额定速度时，产生相应的动作，从而停止电梯运行的平安设备。因此限速器是电梯最重要的机械平
5、安装置，所以限速器的制造质量、选型、校验、维护保养、检测设备的制造质量及正确操作，干脆影响电梯的平安运用。 系统的限制核心采纳的是可编程限制器。PLC1是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动化技术和通信技术发展起来的一种通用工业限制装置。20世纪80年头中、后期以来，随着自动限制、计算机、通信、网络等技术的发展，PLC己经发展成为一种可供应逻辑限制功能、过程限制功能、运动限制功能、数据处理功能、联网通信功能的多功能限制器。在电梯限速器测试系统中，PLC充分发挥了其配置敏捷、限制牢靠、编程便利等优点，大大提高了整个电梯系统的可控性和稳定性。 1限速器测试台系统总体设计方案 利用PLC代替传统
6、的继电限制系统，由伺服系统实现对电梯限速器测试台的拖动调速，使PLC与调速拖动装置相结合，构成PLC集选限制系统。试验电梯系统的总体方案设计框图如图1所示： 图1限速器测试台的总体方案设计框图 Fig1. The overall block diagram of the governor test bench 电梯限速器作为电梯最主要的机械平安部件，其功能是检测电梯轿厢运行速度是否超过规定的运行速度，当轿厢运行速度达到限定的速度时，首先使限速器动作并通过其带动电梯的平安钳动作，从而制动电梯的轿厢。由此可见，限速器对保障电梯运行的平安是特别重要的。 1.1限速器涨紧原理 通过装在直流伺服电机主轴
7、上的橡胶轮驱动放在工作台上的限速器绳轮，同时通过将主轴上装有橡胶轮的编码器通过弹簧力靠在限速器绳轮钢丝绳槽中来检测限速器。 本限速器测试台用到四种凸轮式限速器，适用于电梯额定速度在0.5lm/s以下的低速梯。当电机逆向转动时，限速绳带动限速轮1作顺时针旋转，限速轮内有一五边形盘状凸轮2，限速轮转动时，五边形盘状凸轮的轮廊线处，与装在摇摆挺杆上的限速胶轮8，凸轮轮廊线上径向的改变，使挺杆10猛烈的摇摆，由于限速轮轴的另一端被限速器拉簧6拉住，在额定速度范围内，使挺杆右边的棘爪与棘轮上的棘齿脱离接触。当轿厢超速达到规定的超速值时，凸轮转速加快，圆周上离心力增加，使挺杆摇摆的角度增大到使棘爪与棘轮上
8、的棘齿相啮合，限速器轮被迫停止转动。 1.2限速器测试台系统的功能 (1)系统结构模型：本限速器测试系统包括：三菱伺服放大器、伺服电机、PLC、PLC模拟量输出扩展模块、2个旋转编码器、2个接近开关。为了便于试验调试及能直观的视察输出量，本设备特意配备了触摸式工控机、工业键盘和激光打印机。 (2)速度采集：该限速器测试系统通过旋转编码器来实现对限速器速度的采集，PLC通过内置高速计数模块，接受旋转编码器的脉冲计算电梯运行的速度。 (3)驱动限制：该限速器测试系统通过PLC限制及伺服电机调速等能达到对运行速度的实际限制，通过限制伺服电机的转速实现对速度的调整。 2系统通信探讨 2.1数据通信 数
9、据通信就是将数据信息通过适当的传送线路从一台设备传送到另一台设备。这里的设备是指计算机、PLC、打印机或者其他有数据通信功能的外围设备。由于计算机及其所支持的终端设备的运用越来越广，因而数据通信也称为计算机通信。数据通信系统就是以计算机、PLC或者其他数字设备为中心，用通信线路连接分散在不同位置的数字设备，实施数据通信的一种系统。它一般由传送设备、终端设备、输送线路和调制解调器组成。数据通信系统的任务就是要高效率地完成数据的传送、信息交换和通信处理。数据通信2主要有并行通信和串行通信两种。 2.2通信协议 所谓通信协议3是指通信双方的一种约定。约定包括对数据格式、同步方式、传送速度、传送步骤、
10、检纠错方式以及限制字符定义等问题做出统一规定，通信双方必需共同遵守。因此，也叫做通信限制规程，或称传输限制规程，它属于ISOS OSI七层参考模型中的数据链路层。目前，采纳的通信协议有两类：异步协议和同步协议。 三菱FX系列PLC本机无串行通信实力，为得到这个功能需外扩FX232-BD或FX485-BD通信模块，其中FX232-BD为RS-232通信方式FX485-BD为RS-485通信方式。 3限速器的速度采集 本课题要求实现对限速器测试台速度的采集，必定要用到编码器4。本试验所用的编码器是欧姆龙公司生产的，型号为E6B2-CWZ6C型，是旋转编码器。一般限制电机转速的方法是转速闭环限制：通
11、过旋转编码器检测电机转速，检测信号送回限制设备，限制设备计算转速的误差值，并进一步调整输出值，变更电机的电压或电流，从而使电机转速稳定在某个设定值。 3.1速度采集算法 常用的测速方法有两种：M法和T法5。 1M法测速：M法又叫定时测角法，即在规定的时间间隔Tg内，测量所产生的脉冲数来获得被测速度值。设脉冲发生器每转一圈发出的脉冲数为P，且在规定的时间Tg(S)内，测得脉冲数为m1，则电机每分钟转数： nM=60(r/min) 2T法测速：T法又叫定角测时法，即测量相邻两个脉冲的时间间隔来确定被测速度的方法。用一己知频率为fc的高频时钟脉冲向一计数器发送脉冲数，此计数器由测速脉冲的两个相邻脉冲
12、限制其起始和终止。若计数器的读数为m2，则电机每分钟的转速为： n2=60(r/min) 3.2速度采集的实现 PLC一般都有高速脉冲输入端或高速专用计数单元。因而在电梯PLC限制系统中，可运用旋转编码器检测电梯运行过程中电机的实时转速，并将所测的结果反馈给PLC处理。 本试验所用到的旋转编码器型号为E6B2-CWZ6C，有4条引线，其中2条是脉冲输出线，1条是COM端线，1条是电源线。旋转编码器的A，B两相相差90度，可通过比较A相在前还是B相在前，以判别编码器的正转与反转，如图2 所示。 图2A,B相计数示意图 Fig2. A, Bphasediagram 4测试结果 旋转编码器与PLC相
13、连接，PLC通过在肯定时间内测得编码器的脉冲数，将其转换为实时的转速，依据实时转速来实现相应限制量的输出。 测试结果显示：在每一次运行后，系统均能自动推断是否合格，合格判定的依据是GB7588-2003，如不合格此次运行数据会在显示5秒种后自动删除，只有在推断为合格数据后，系统才能保留此次测试运行数据。只有在合格测试次数达到规定后，系统才能判定该限速器合格。每一次合格数据会有对应的柱行图直观显示出来。 图3测试界面 Fig.3 Test interface 5结论 本论文以电梯限速器测试系统为探讨对象，重点探讨了限速器测试装置的速度采集以及驱动限制。为了实现预期结果，首先要从限速器的各部件进行
14、探讨。我所用到的测试台来自常州宇科新技术开发公司，包括：工控机、三菱FX1N系列PLC、旋转编码器、伺服放大器、伺服电机和激光打印机组成。利用目前比较成熟的先进限制技术，软件技术，现代测试技术等先进技术，来开发出用于限速器检测，具有国际先进水平的检测设备。通过对不同型号和不同速度的限速器进行比较测试验证，将结果由系统附带的激光打印机打印出来，结果显示该测试设备完全达到设计要求的性能指标。该限速器测试设备在测试功能、测试范围、测试精度等主要性能方面性能优秀，能实现全部以上功能。 参考文献 1 陈苏波，杨俊辉，陈伟欣，常春藤.三菱PLC快速入门与实例提高. 北京：人民邮电出版社 2022，33-8
15、7 2 陈卓PLC与上位计算机通信监控系统的探讨与应用D重庆：重庆高校，2004 3 蒋金周试验电梯限制系统的设计与探讨D南京：南京理工高校，2022 4 陈密多功能电梯限速器自动检测设备的研发D上海：上海交通高校，2022 5 潘群，唐土生，朱宇光，闵立清新型电梯限速器测试台的设计与实现常州工学院学报，2022，20(2)：9 注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文 第9页 共9页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页