電梯位置控制板的專用工裝設(shè)計

謝 哲

（日立電梯（中國）有限公司，廣州 511430）

0 引言

隨著工業(yè)智能化的不斷發(fā)展，電子板成為工業(yè)產(chǎn)品中的重要組成部分，而為了保證工業(yè)產(chǎn)品的品質(zhì)，電子板的合格品率成為重點關(guān)注的參數(shù)[1]?？紤]到電子板制作環(huán)節(jié)中可能存在的疏漏，保證電子板合格率，規(guī)避產(chǎn)品品質(zhì)風(fēng)險，電子板的檢驗環(huán)節(jié)不可或缺。而電梯作為特種安全設(shè)備，為確保其產(chǎn)品內(nèi)含的電子板功能正常，因此，需要針對不同的電子板制作專用的工裝檢測設(shè)備。本文主要介紹了一款電梯位置控制板的功能檢測專用工裝的設(shè)計內(nèi)容。

1 電梯位置控制板電路基本組成與工作原理

電梯位置控制板包含后備電池充供電回路、RS485/CAN通訊回路、總線通訊回路、旋轉(zhuǎn)編碼器差分信號檢測回路、指示燈控制回路及電壓轉(zhuǎn)換回路等。

電梯位置控制板的功能是準確識別轎廂在井道內(nèi)的位置，實現(xiàn)電梯的微動平層功能；并能在電梯供電系統(tǒng)故障時，仍能保持一定時間內(nèi)的電梯位置數(shù)據(jù)等，可以與普通增量式編碼器或磁柵尺井道信息系統(tǒng)配合使用。

配置磁柵尺井道信息系統(tǒng)時，磁柵尺井道信息系統(tǒng)將轎廂絕對位置信息通過CAN 通訊實時發(fā)送到電梯位置控制板后，電梯位置控制板再通過總線將位置信息傳輸?shù)诫娞葜骺匕逯?，從而實現(xiàn)對轎廂絕對位置的讀取。

配置普通增量式編碼器時，編碼器安裝在電梯限速器輪上，將脈沖信號傳送到帶后備電池的電梯位置控制板進行存儲和傳送，當電梯電源停電時，轎廂的實際位置也可以通過對安裝在限速器輪上的增量式編碼器產(chǎn)生的脈沖信號計數(shù)，并將位置數(shù)據(jù)存儲在電梯位置控制板中，當電梯電源重新上電后，電梯位置控制板再將存儲的轎廂位置數(shù)據(jù)送到電梯主控板中，從而可以確認轎廂的實際位置。

2 電梯位置控制板工裝整體設(shè)計

本次控制板的工裝主要由針床模組、上蓋模組、箱體模組等組成。工裝整體布置結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。上蓋模組覆蓋在被測板之上，主要作用是扣緊被測板，使其測試點與針床上的探針接觸良好，并避免檢測人員在測試過程中誤觸到帶電被測板，降低操作風(fēng)險；針床模組主要是用于放置被測控制板，并在所需測試點布置探針，探針另一端連接到箱體模組中的工裝測試主控板；箱體模組則包含檢測硬件模塊以及操作按鈕、指示燈、散熱風(fēng)扇等模塊[2]。

圖1 工裝整體布置結(jié)構(gòu)圖

3 電梯位置控制板工裝硬件設(shè)計

電梯位置控制板的專用工裝硬件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)圖如圖2 所示。除被測板以外，工裝硬件部分由多路輸出型開關(guān)電源、旋轉(zhuǎn)編碼器、主控板及RS485/CAN 檢測板、繼電器板和轉(zhuǎn)接板等3塊輔助檢測板構(gòu)成，以下將對各個功能的檢測設(shè)計做詳細說明。

圖2 電梯位置控制板的總體硬件結(jié)構(gòu)圖

3.1 電池供電功能及充電功能檢測設(shè)計

為了檢測電梯位置控制板的充電功能、充電故障檢測功能、電池供電回路狀態(tài)，開發(fā)了一塊轉(zhuǎn)接板來實現(xiàn)對不同電路情況的測試。板上主要包含五路繼電器的控制回路。K1繼電器連接一個電阻后接地，K1閉合時，用來模擬正常充電狀態(tài)；K2繼電器的作用是將電梯位置控制板上的電壓檢測信號連接到主控板上的A/D 端口，以便主控板對電梯位置控制板充電接口的電壓進行檢測；K3繼電器的作用是直接連接電池接口正負極，從而模擬充電接口短路的情況；K4繼電器的作用是導(dǎo)通后給電梯位置控制板提供15 V電壓用于測試正常供電模式，K5 繼電器的作用是導(dǎo)通后給電梯位置控制板提供5 V電壓用于測試電池供電模式。充電檢測模式與相應(yīng)模式下繼電器的動作狀態(tài)如表1所示[3]。

表1 充電檢測模式表

先利用主控板的輸出信號控制轉(zhuǎn)接板的繼電器，給被測電梯位置控制板的電池充電接口配置不同的負載，模擬相應(yīng)的故障狀況，再由主控板通過模擬量輸入回路檢測充電接口的電壓是否正常，通過總線通信讀取被測板的數(shù)據(jù)，判斷被測板的電池充電功能是否正常響應(yīng)，并將對應(yīng)的判斷結(jié)果通過主控板上的數(shù)碼管將數(shù)值顯示出來。

3.2 RS485/CAN通信功能檢測設(shè)計

RS485/CAN 檢測板為該電梯位置控制板的非標版本，通過將此款電子板的嵌入式主控芯片STM32 及FPGA 程序的非標處理，將此非標板的功能設(shè)置成主機模式，發(fā)送電梯位置數(shù)據(jù)來模擬電梯正常運行狀態(tài)。

使用非標板模擬安全盒與被測電梯位置控制板進行CAN通信。當非標板收到被測板通過CAN 通信發(fā)送的數(shù)據(jù)包時，被測板上相應(yīng)指示燈亮，否則指示燈滅。當非標板通過CAN通信發(fā)送變化的位置信息給被測板，被測板上相應(yīng)指示燈亮，否則指示燈滅。

使用非標板模擬上位機與被測電梯位置控制板進行RS485通信。被測板收到非標板通過RS485通信發(fā)送的數(shù)據(jù)包時，回復(fù)RS485 數(shù)據(jù)包。非標板收到正確相應(yīng)的RS485 數(shù)據(jù)包后，通訊成功指示燈亮，否則指示燈滅。

3.3 總線通訊檢測設(shè)計

總線接口包含地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制信號，主要作用為將獲取的電梯位置信息傳遞給電梯總控制板[4]，并接收主控制板發(fā)送的指令并執(zhí)行。用工裝主控板來模擬電梯總控制板與被測板進行信息傳輸。

由于此款電梯位置控制板包含2 種總線接口，以應(yīng)對不同的整梯配置要求，因此，需要設(shè)計一款繼電器板用來做數(shù)據(jù)排線的切換，以保證2個接口及相關(guān)回路狀態(tài)良好?？偩€接口檢測示意圖如圖3所示。主控板通過讀取和寫入被測電梯位置控制板所有地址的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行判斷。當所有地址的數(shù)據(jù)讀取和數(shù)據(jù)寫入都正常時，電梯位置控制板的總線口功能正常；否則，輸出對應(yīng)的故障標志。對不同接口的檢測需利用繼電器板切換一次再檢測，但檢測邏輯相同[5-6]。

圖3 總線接口檢測示意圖

3.4 旋轉(zhuǎn)編碼器檢測設(shè)計

使用旋轉(zhuǎn)編碼器并安裝手柄，連接在被測板的旋轉(zhuǎn)編碼器接口。順時針轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)編碼器手柄，編碼器輸出到被測板的脈沖數(shù)據(jù)遞增，此數(shù)據(jù)再由被測板傳遞給工裝主控板，并利用主控板上的數(shù)碼管顯示對應(yīng)數(shù)字；逆時針轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)編碼器手柄，編碼器輸出到被測板的脈沖數(shù)據(jù)遞減，相應(yīng)主控板上數(shù)碼管示數(shù)消失，這表明被測板旋轉(zhuǎn)編碼器部分的回路正常。若數(shù)碼管顯示代表故障的數(shù)字，則表明此處電路存在故障。

4 電梯位置控制板工裝總體軟件設(shè)計

本次工裝涉及到多個功能的檢測，且每個功能需要的檢測數(shù)據(jù)都不相同。在切換不同的檢測步驟時，需避免檢測數(shù)據(jù)的覆蓋，設(shè)置合理的判斷時間等，工裝軟件測試流程圖如圖4所示。

圖4 工裝軟件測試流程圖

在充電回路的檢測程序中，需利用工裝主控板的模擬量與數(shù)字量轉(zhuǎn)換回路對充電接口的電壓及電流進行檢測。同時，控制繼電器切換充電回路不同檢測狀態(tài)時，需要控制被測板的重啟。由于重啟后，電梯位置控制板需要系統(tǒng)初始化等，因此，合理設(shè)置檢測時間間隔變得十分關(guān)鍵。

在總線接口的檢測程序中，包含諸多信號的獲取，基于被測板的自身邏輯設(shè)計，會出現(xiàn)數(shù)據(jù)狀態(tài)循環(huán)的現(xiàn)象，而不同數(shù)據(jù)循環(huán)間隔不同，在判斷最終狀態(tài)前需預(yù)留充足的檢測時間；每步檢測中都包含數(shù)碼管數(shù)顯程序，并在檢測的最后做出顯示結(jié)果，這樣可以避免檢驗人員實時判斷被測板狀態(tài)而造成漏判等[7-8]。

5 結(jié)束語

本次工裝設(shè)計，在硬件上，既有專為此工裝設(shè)計的電子板，又將現(xiàn)有電子板非標化后合理應(yīng)用，精簡硬件結(jié)構(gòu)；在軟件上，對工裝主控板的程序進行調(diào)整，控制每個功能的檢測時間，避免系統(tǒng)重復(fù)啟動等問題，使工裝的檢測效率得到大大地提高，有一定的實際應(yīng)用價值。

電梯位置控制板專用工裝是基于實際生產(chǎn)需要而進行研發(fā)的一款測試設(shè)備，可完成對此控制板基本功能的狀態(tài)檢測。設(shè)計方案中，充分考慮檢測人員的操作便捷性，簡化測試步驟，提高測試效率，有很高的經(jīng)濟價值。當然，本工裝設(shè)備缺乏通用性，在以后的工裝設(shè)計中，可更加考慮檢測的兼容性，工裝硬件模塊化，縮短工裝設(shè)計周期。