電梯軌距偏差測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)

高承亮 王 清 張茂青

（蘇州大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，江蘇 蘇州215021）

0 引言

隨著時(shí)代的發(fā)展，城市建筑越來越高，電梯在人們生活中的使用越來越頻繁，但對(duì)于轎廂軌距偏差的測(cè)量還存在操作困難、效率低等情況。傳統(tǒng)的測(cè)量方式是在轎廂出現(xiàn)抖動(dòng)等異常的位置用卷尺進(jìn)行測(cè)量，但這種方法不僅測(cè)量準(zhǔn)確性低，而且還有導(dǎo)致安全事故的可能。本文將介紹一種新型的軌距偏差測(cè)量?jī)x，可克服以上問題，并提高電梯運(yùn)行的安全度與舒適度。

1 設(shè)備安裝使用說明

本系統(tǒng)的實(shí)物圖如圖1所示，左下角的2個(gè)為水平激光測(cè)距儀，右下角的1個(gè)為垂直激光測(cè)距儀，中間的為控制盒（MCGS觸摸屏和控制面板），后面黑色長方體為鋰電池充電線。實(shí)際使用中的安裝示意圖如圖2所示。安裝前，將電梯調(diào)至手動(dòng)工作模式。假如電梯最低為1層，則在電梯手動(dòng)工作模式下打開轎廂門，將轎廂頂部調(diào)至與1層地面平齊的位置，然后進(jìn)行設(shè)備的安裝。將2個(gè)水平激光測(cè)距儀水平安置于轎廂頂部?jī)啥?，垂直激光測(cè)距儀垂直安置于轎廂頂部邊沿，控制盒（包括MCGS和控制板）安置于轎廂頂部中間位置。2個(gè)水平激光測(cè)距儀分別測(cè)量探頭到軌道的距離，垂直激光測(cè)距儀測(cè)量激光探頭到井道底部的距離，底部的反光板用于增強(qiáng)激光的反射。2個(gè)水平測(cè)距儀探頭之間的距離為L0。L1和L2分別為水平激光器到軌道之間的距離，則實(shí)際軌距為L0＋L1＋L2。標(biāo)準(zhǔn)的軌距為L，那么偏差為L－（L0＋L1＋L2）。這樣就能確定軌距偏差的地方在垂直方向上的具體位置。安裝好測(cè)量設(shè)備后，開啟設(shè)備，讓其自動(dòng)工作，工作人員退出轎廂頂部，關(guān)閉轎廂門，電梯正常運(yùn)行。測(cè)量結(jié)束后，重復(fù)上述步驟，通過控制箱上的USB接口可以導(dǎo)出所需數(shù)據(jù)。

圖1 設(shè)備實(shí)物圖

2 硬件設(shè)計(jì)

圖3 為硬件總體結(jié)構(gòu)。通過MCGS觸摸屏發(fā)送指令到基于單片機(jī)的控制面板，3個(gè)激光測(cè)距儀的測(cè)量信息反饋給控制面板，然后將所需信息反映在MCGS上，并可通過USB端口將信息導(dǎo)出，以便數(shù)據(jù)存檔。

圖2 安裝示意圖

圖3 硬件總體結(jié)構(gòu)

基于單片機(jī)的控制面板體積小、控制方便、運(yùn)行速率高。本次設(shè)計(jì)中采用了STC15F2K60S2作為整個(gè)控制面板的核心MCU。系統(tǒng)由24 V鋰電池供電，通過一個(gè)降壓模塊將電壓降到19 V，然后經(jīng)過控制面板上的7812模塊和7805模塊得到5 V電壓。MCGS觸摸屏為24 V供電，3個(gè)激光器為19 V端供電，單片機(jī)為5 V端供電。單片機(jī)和MCGS通信使用1個(gè)MAX232芯片，單片機(jī)與單個(gè)水平激光器之間的通信使用2個(gè)MAX485芯片。因?yàn)镽S485通信和RS422通信電平相等，只是RS485為半雙工通信，而RS422為全雙工通信，所以2個(gè)MAX485芯片可以用于RS422通信。單片機(jī)與垂直激光器之間的通信用1個(gè)MAX485芯片。水平測(cè)距采用了德國西克公司的OD2－120W60微距離激光測(cè)距儀，測(cè)量范圍為60～180 mm，測(cè)量頻率為2 k Hz。垂直測(cè)距采用了北京亞飛安智科技有限公司的YF－YJ50激光測(cè)距儀，測(cè)量范圍為0.05～50 m，測(cè)量頻率為10 Hz。

3 觸摸屏控制設(shè)計(jì)

為了增強(qiáng)人機(jī)界面的操作性與直觀性，本系統(tǒng)采用了MCGS（由北京昆侖公司研發(fā)的組態(tài)軟件），可用于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集與檢測(cè)、前端數(shù)據(jù)的處理與控制，并且可以在Windows 95/98/ME/NT/2000/XP/WIN7等系統(tǒng)上運(yùn)行。用戶只需通過簡(jiǎn)單的模塊化組態(tài)就可構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)，如可以靈活組態(tài)各種智能儀表、數(shù)據(jù)采集模塊及無紙記錄儀、無人值守的現(xiàn)場(chǎng)采集站、人機(jī)界面等專用設(shè)備。在日常工業(yè)控制中經(jīng)常使用MCGS。本設(shè)計(jì)有測(cè)量水平與垂直距離、修改測(cè)量模式（手動(dòng)/自動(dòng)）、查看歷史記錄、設(shè)置登陸密碼、修改系統(tǒng)時(shí)間等功能。測(cè)量結(jié)束后，如果用戶需要，還可將數(shù)據(jù)通過USB接口導(dǎo)入U(xiǎn)盤。圖4為MCGS硬件信息的界面。

圖4 系統(tǒng)硬件信息

4 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用STC15F2K60S2作為核心控制器。單片機(jī)實(shí)際連線中，VCC腳連接到＋5 V電壓端，用于給單片機(jī)供電，GND端接地。P1.3腳用于檢測(cè)24 V鋰電池的電壓值，當(dāng)鋰電池的電壓值低于17 V時(shí)，停止測(cè)量工作。P0.0端用于控制繼電器的通斷，從而控制3個(gè)激光器的供電電壓的通斷。P1.0和P1.1用于單片機(jī)與 MCGS的RS232通信。P0.1以及P3.0、P3.1都用于單片機(jī)與垂直激光器的RS485通信，P0.1為發(fā)送/接收的選擇端，P3.0和P3.1為數(shù)據(jù)通信端，測(cè)量激光探頭到反光板之間的距離。P1.6、P1.7與P3.7、P3.6，這2組分別為單片機(jī)與2個(gè)水平激光測(cè)距儀RS422通信，測(cè)量電梯的軌距。

軟件編程中，3個(gè)激光器分別測(cè)量轎廂兩側(cè)以及垂直距離；采用單片機(jī)內(nèi)部A/D測(cè)量電池電壓；采用單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、運(yùn)算，得出電梯軌距及偏差數(shù)據(jù)，并在 MCGS上進(jìn)行存儲(chǔ)、顯示，有手動(dòng)測(cè)量以及自動(dòng)定時(shí)測(cè)量2種模式。

水平距離測(cè)量的程序如下：

5 結(jié)語

本系統(tǒng)采用MCGS組態(tài)軟件，可以大大減少維修人員的工作量，也可提高系統(tǒng)工作的可靠性。STC15F2K60S2單片機(jī)成本低，但運(yùn)算速度是傳統(tǒng)8051芯片的7～12倍。激光測(cè)距儀測(cè)量運(yùn)算快，能在很短的時(shí)間內(nèi)把測(cè)量數(shù)據(jù)反送回來，保證了測(cè)量結(jié)果的可靠性。在使用測(cè)量?jī)x之前，應(yīng)當(dāng)將探頭固定在電梯運(yùn)行過程中能始終保持穩(wěn)定、無晃動(dòng)的轎廂頂部構(gòu)件上。系統(tǒng)誤差主要來自儀器的位移傳感器精度造成的測(cè)量誤差、測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)安裝好的2只探頭之間固定距離的測(cè)量誤差、轎廂傾斜造成的測(cè)量誤差。在實(shí)際操作中，除要考慮以上因素外，還要注意導(dǎo)軌上的油污、灰塵等環(huán)境因素，爭(zhēng)取將誤差減到最小。

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