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  • 施工升降机维修系统硬件的选型与设计
    admin 2020-05-18 180次

    一:系统硬件选型与设计

    系统硬件涉及现场监控终端与服务器2个部分,服务器采用市场上成熟的x86服务器即可,现场监控终端的硬件选型与设计原则是:根据系统总体架构分析,现场监控终端需要具备数据采集、无线通讯、人机交互以及锁机/解锁功能,基于此,硬件组成包括微控制器、光电编码器、温度传感器、倾角传感器、霍尔元件、GPRS模块、触摸屏、语音模块、继电器以及电源电路,如图2所示

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    1、微控制器

    微控制器作为现场监控终端的核心,负责协调控制其余各模块工作。综合考虑外设配备、运算速度以及价格等因素,选用基于ARM Cortex-M3内核的STM32F103C8T6作为主控芯片,芯片内置64KB FLASH,可用于存储吊笼运行参数;系统时频率高达72HMz,运算快;工作电压3.3v,工作电流毫安级,功耗较低。尤其是具备32个通用输入输出引脚(GPIO)、210通道的模数转换器(ADC)、4个可配置为计数器模式与编码器接口模式的定时器(Timer)2I2C接口以及3个通用同步异步收发器(USART)、能够满足功能设计需求。

    2、传感器

    为了在施工升降机发生故障时及时发现与诊断,必须随时掌握施工升降机的工况,因此,有必要在故障易发部件处安装传感器以采集其运行数据,各传感器选型与设计原则是:光电编码器用于检测吊笼的位置数据,借以解析吊笼的制动距离,进而判断制动器工况。光电编码器输入轴经橡胶耦合器连接电动机减速器的输出轴,信号输出端子经光电耦合器连接微控制器,微控制器的Timer配置为编码器接口模式可以自动识别编码器输入的脉冲信号,从而将电动机的角位移解析为吊笼的线位移。本设计中选用E6B2-CWZ6C型增量式光电编码器,分辨率高达2000线,最高转速为6000r/min,具有精度高、适用性强等优点。温度传感器用于检测电动机温度,以判断电动机是否发生机械或电气故障。在电动机机体表面安装一个铂热电阻型温度传感器,当电动机发生扫膛或绕组短路等故障时,机体迅速升温,引起铂热电阻值明显变化。以铂热电阻为分压元件的电路可以将铂热电阻值变化转换为其两端电压的变化,微控制器通过ADC感知电压变化,从而检测出电动机的温度。施工升降机标准节相对于地面水平基准面的垂直度是施工升降机是否处于安全状态的重要表征因素,这一因素可以通过检测吊笼的倾斜程度间接估量,安装于吊笼笼体处的倾角传感器用于检测其倾斜程度。

    3、GPRS模块

    GPRS模块一方面在现场监控终端与应用服务器之间建立TCP连接,另一方面根据微控制器的指令适时向专职维修保养人员发布工作任务短信。本设计中选用的M35型GPRS模块内嵌网络服务器协议栈,支持多个Socket以及IP地址,同时具备短信收发功能,工作电压为3.3~4.6V,能够经由USART与微控制器通讯。

    4、触摸屏

    触摸屏为现场监控终端与专职维修保养人员之间提供简约、便捷、直观的人机交互渠道。专职维修保养人员一方面通过触摸屏查询应用服务器发送到现场监控终端的维修保养指令,例如维修保养的操作方法与所需的工具材料等,作为维修保养工作的指南;另一方面,在维修保养工作结束后,必须通过触摸屏向应用服务器反馈维修保养落实情况,否则施工升降机一直处于锁机状态。

    5、语音模块

    语音模块是现场监控终端操作安全性的重要保障。现场监控终端对施工升降机进行锁机控制前,必须通过语音模块发出语音告警,防止突然锁机引发施工升降机驾驶人员惊慌。

    6、继电器

    继电器用于现场监控终端对施工升降机进行锁机/解锁控制,这是本设计具备维修保养工作强制执行力的硬件基础。由于微控制器工作电压为直流施工升降机强制性维修保养监管系统设计3.3V,而吊笼升降控制回路电压为交流220V,因此微控制器必须经由开关三极管控制继电器开闭,进而控制串联于吊笼升降机控制回路中的接触器开闭,才能实现对吊笼升降控制回路通断的控制,即对施工升降机的锁机/解锁控制。其中,微控制器是通过拉高或拉低GPIO引脚控制开关三极关基极电压进一步实现后续控制的。

     

     



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