CN111257656A - 起重机控制系统射频场感应的传导骚扰抗扰度检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及起重机电磁兼容检测领域，尤其涉及起重机控制系统射频场感应的传导骚扰抗扰度检测装置及方法，其特征在于：检测装置包括均电连接于起重机控制系统的检测控制器、传导骚扰发生器和起重机模拟系统；检测控制器包括上位机和下位机控制中心；下位机控制中心包括第二控制器、起重机运行机构控制信号发送模块、起重机运行机构速度监测模块、开关量信号接收模块、数据存储模块、ADC模块和RS232通讯模块；起重机运行机构速度监测模块用于接收编码器信号；开关量信号接收模块用于接收运行行程限位器、起升高度限位器和下降深度限位器的信号；ADC模块用于接收起重量限制器的信号；RS232通讯模块用于检测控制器与上位机之间数据传输。本发明检测效率高。

Description

起重机控制系统射频场感应的传导骚扰抗扰度检测装置及 方法

技术领域

本发明涉及起重机电磁兼容检测领域，尤其涉及一种起重机控制系统射频场感应的传导骚扰抗扰度检测装置及方法。

背景技术

近几年，随着起重机向着大型化、高速化、智能化的方向发展，起重机的控制系统也从继电器-接触器电路向着数字集成系统发展，同时对其运行安全性的要求越来越严格。电磁兼容性是电气控制系统安全性中最重要的一个因素。目前，国内对起重机控制系统的电磁兼容检测尚属空白，而且在测试过程中也不能够直观的观察起重机控制系统是否处于正常工作状态。

发明内容

针对目前国内对起重机控制系统电磁兼容检测的空白，本发明提供一种起重机控制系统射频场感应的传导骚扰抗扰度检测装置及方法，检测效率高，对起重机控制系统的电磁兼容性能起到很好的评估作用，能够有效降低起重机事故发生概率。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案为：起重机控制系统射频场感应的传导骚扰抗扰度检测装置，包括均电连接于起重机控制系统的检测控制器、传导骚扰发生器和起重机模拟系统；

起重机模拟系统包括起重机运行机构、运行行程限位器、起升高度限位器、下降深度限位器、起重量限制器和编码器；起重机运行机构包括起重机大车、小车和起升机构，运行行程限位器用于大车前、后行程终端限位和小车左、右行程终端限位，起升高度限位器和下降深度限位器分别用于起升机构的上升及下降行程终端保护，起重量限制器用于起升机构的起重量限制，编码器用于大车、小车和起升机构的运行速度检测；

检测控制器包括上位机和下位机控制中心；所述上位机包括第一控制器和与第一控制器电连接的控制面板、存储模块和故障报警模块；所述下位机控制中心包括第二控制器和与第二控制器电连接的起重机运行机构控制信号发送模块、起重机运行机构速度监测模块、开关量信号接收模块、数据存储模块、ADC模块和RS232通讯模块；起重机运行机构速度监测模块用于接收编码器信号；开关量信号接收模块用于接收运行行程限位器、起升高度限位器和下降深度限位器的信号；ADC模块用于接收起重量限制器的信号并进行模数转换；RS232通讯模块用于检测控制器与上位机之间的数据传输。

按以上方案，所述第二控制器采用的是Cortex-M3 STM32F103微处理器，该处理器功耗低、实时性能强、易于开发。

按以上方案，所述起重机运行机构速度监测模块为TI公司的AM26C32差分线路接收器，用于平衡或不平衡数字数据传输，具有超低功耗和高数据速率的特点。

按以上方案，所述开关量信号接收模块包括光电耦合器和设于光电耦合器输出端的电平收发转换器；光电耦合器的型号为TLP521；TLP521的最大传输延迟时间为42μs，具有最优的信号转换速度，信号传输速度快；进一步的，TLP521能够实现第二控制器和外部信号的完全隔离，增加安全性，减少干扰，保护第二控制器不被损坏，传输效率高，抗干扰能力强。

按以上方案，所述数据存储模块采用AT24C64作为存储芯片，用于抑制噪声的施密特触发器过滤输入，提高控制系统检测的准确性；通过I2C总线与第二控制器进行数据交换；数据存储模块用于存储检测过程中的故障代码。

按以上方案，所述RS232通讯模块采用的是Waveshare公司的RS232发送接收器，用于检测控制器与上位机之间的数据传输；该RS232通讯模块带ESD保护，支持流控制，流控制的具体含义为：数据在两个串口之间传输时，常常会出现丢失数据的现象，或者两台计算机的处理速度不同，如台式机与单片机之间的通讯，接收端数据缓冲区已满，则此时继续发送来的数据就会丢失；流控制能解决这个问题，当接收端数据处理不过来时，就发出“不再接收”的信号，发送端就停止发送，直到收到“可以继续发送”的信号再发送数据，因此流控制可以控制数据传输的进程，防止数据的丢失。

按以上方案，所述传导骚扰发生器的型号为FRANKONIA/CIT-10/75，传导骚扰发生器是用于电磁兼容抗扰度试验的设备，作用是用9kHz-80MHz频率范围内射频发射机产生的电磁场作用于电气、电子设备的电源线、通信线和接口线缆等连接线路上，通过传导方式耦合外界干扰到设备内部，达到模拟电磁辐射场感应的传导骚扰信号对设备产生的影响的目的。

按以上方案，所述上位机中安装有基于Microsoft VisualStuio2010环境开发的起重机检测应用软件。

起重机控制系统射频场感应的传导骚扰抗扰度检测方法，采用上述起重机控制系统射频场感应的传导骚扰抗扰度检测装置，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：打开上位机的检测软件，用户登录，手动录入被检测起重机控制系统的基本信息；点击上位机自检按钮，对起重机控制系统进行自检，起重机大车、小车和起升机构从一个极限位置运行到另一个极限位置，以确保在传导骚扰抗扰度检测前，起重机整个运行机构和传感器都处于正常状态；

步骤2：自检无误后，接通传导骚扰发生器电源，设置测试参数；

步骤3：点击上位机控制面板开始检测按钮进行射频场感应的传导骚扰抗扰度测试；检测控制器记录起重机控制系统和起重机模拟系统的所有信号传输，并对每次的信号传输进行编号；当检测过程中起重机控制系统发生故障，下位机的第二控制器将该次信号传输编号存储至数据存储模块中，并通过RS232通讯模块传输至上位机，上位机进行故障预警并及时终止检测过程，并将故障编号存储至数据库中；上位机生成检测报告，报告包括起重机控制系统基本信息，检测项目及检测结果，若检测过程中，起重机控制系统出现故障，报告中也给予指出控制系统中的故障点。

按以上方案，所述步骤2中参数设置包括如下两种情况：

1）若需要对起重机控制系统的信号和控制线端口进行射频场感应的传导骚扰抗扰度测试时，参考现有电磁兼容测试项目中射频场感应的传导骚扰抗扰度测试标准GB/T17626.6-2008和GB/T17799.2-2003对传导骚扰发生器进行参数设置，对于所有电路，需要将扫描频率范围设置为0.15-80MHz，有效值3V，用1kHz正弦波调幅，调制度为80%调制干扰信号电平；对于安全电路，需要将扫描频率范围设置为0.15-80MHz，有效值10V，用1kHz正弦波调幅，调制度为80%调制干扰信号电平；

2）若需要对起重机控制系统的交流电源输入和输出端口进行射频场感应的传导骚扰抗扰度测试时，参考现有电磁兼容测试项目中射频场感应的传导骚扰抗扰度测试标准GB/T17626.6-2008和GB/T17799.2-2003对传导骚扰发生器进行参数设置，对于所有电路，需要将扫描频率范围设置为0.15-80MHz，有效值3V，用1kHz正弦波调幅，调制度为80%调制干扰信号电平；对于安全电路，需要将扫描频率范围设置为0.15-80MHz，有效值10V，用1kHz正弦波调幅，调制度为80%调制干扰信号电平。

本发明具有如下有益效果：本发明通过建立起重机模拟系统，起重机控制系统的控制对象为起重机模拟系统，通过传导骚扰发生器对起重机控制系统进行射频场感应的传导骚扰抗扰度的测试；下位机控制中心的自身器件具有抗干扰和抑制噪声的作用，防止对起重机控制系统的射频场感应的传导骚扰抗扰度检测结果产生影响，提高检测效果；本发明通过检测控制器记录起重机控制系统和起重机模拟系统的所有信号传输，当检测过程中起重机控制系统发生故障，检测控制器将故障信号传输至上位机，上位机进行故障预警；本发明不仅能够解决现有电磁兼容检测方法的各种弊端，而且能够对起重机控制系统的电磁兼容性能起到有效的评估作用，操作方法简单、检测效率高，促进了起重机设计单位改进设计、提升起重机控制系统抗扰度，从而能够大大降低起重机事故发生概率。

附图说明

图1为本发明实施例整体结构示意图；

图2为本发明实施例中下位机控制中心的电路原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

请参考图1和图2，本发明为一种起重机控制系统射频场感应的传导骚扰抗扰度检测装置，其包括均电连接于起重机控制系统的检测控制器、传导骚扰发生器和起重机模拟系统。

起重机模拟系统，包括起重机运行机构、运行行程限位器、起升高度限位器、下降深度限位器、起重量限制器和编码器；起重机运行机构包括起重机大车、小车和起升机构，运行行程限位器用于大车前、后行程终端限位和小车左、右行程终端限位，起升高度限位器和下降深度限位器分别用于起升机构的上升及下降行程终端保护，起重量限制器用于起升机构的起重量限制，编码器连接于大车、小车和起升机构的电机用于大车、小车和起升机构的运行速度检测。

传导骚扰发生器的型号为FRANKONIA/CIT-10/75，传导骚扰发生器是用于电磁兼容抗扰度试验的设备，作用是用9kHz-80MHz频率范围内射频发射机产生的电磁场作用于电气、电子设备的电源线、通信线和接口线缆等连接线路上，通过传导方式耦合外界干扰到设备内部，达到模拟电磁辐射场感应的传导骚扰信号对设备产生的影响的目的。

检测控制器包括上位机和下位机控制中心；下位机控制中心包括第二控制器和与第二控制器电连接的起重机运行机构控制信号发送模块、起重机运行机构速度监测模块、开关量信号接收模块、数据存储模块、ADC模块和RS232通讯模块。本实施例中，第二控制器采用的是ARM系列，Cortex-M3 STM32F103作为微处理器。起重机运行机构控制信号发送模块用于发送控制信号至起重机控制系统，实现对大车、小车、起升机构运行的控制；起重机运行机构控制信号发送模块可采用光电耦合器。起重机运行机构速度监测模块用于接收编码器信号并运算处理实现对大车、小车和起升机构的速度监控；起重机运行机构速度监测模块为TI公司的AM26C32差分线路接收器，其信号输入端连接于编码器的信号输出端。开关量信号接收模块用于接收运行行程限位器、起升高度限位器和下降深度限位器的开关量传感器信号；开关量信号接收模块包括光电耦合器和设于光电耦合器输出端的电平收发转换器；光电耦合器的型号为TLP521。ADC模块用于接收起重量限制器的模拟量信号并进行模数转换，并将其转换为数字信号用于第二控制器处理运算。数据存储模块采用AT24C64作为存储芯片，通过I2C总线与第二控制器进行数据交换；数据存储模块用于存储检测过程中的故障代码。RS232通讯模块用于检测控制器与上位机之间的数据传输；本实施例中，RS232通讯模块采用的是Waveshare公司的RS232发送接收器。

上位机包括第一控制器和与第一控制器电连接的控制面板、存储模块和故障报警模块。上位机中安装有基于Microsoft VisualStuio2010环境开发的起重机检测应用软件，采用C#语言编写；上位机实现的主要功能有：第一：起重机运行过程中，实时监测起重机控制系统运行状态，包括起重机运行机构速度监控、位置监控以及传感器状态；若测试过程中起重机控制系统出现故障，上位机有故障报警提示，并且及时终止检测过程，并将故障码存于数据库中，形成检测报告提供给设计单位，以有利于进一步的改进工作；第二：控制面板实现的人机交互部分，检测人员登录和录入被检样品基本信息和模式选择，包括调试模式和检测模式，调试模式部分包括大车运行按钮，小车运行按钮，起升机构运行按钮，该部分在非检测情况下使用；检测模式部分在检测情况下使用，具体运行方式为模拟起重机正常运行环境的使用方法，起重机运行路径为大车从一个极限位置运行到另一个极限位置，然后小车由一个极限位置运行到另一个极限位置，再返回至行程的中间位置，起升机构再由最低位置上升到最高位置……如此反复运行，直至检测项目结束起重机停止运行。

下面给出使用本发明起重机控制系统射频场感应的传导骚扰抗扰度检测装置进行检测的方法：

打开上位机的检测软件，用户登录，手动录入被检起重机测控制系统的基本信息，再点击上位机自检按钮，起重机大车、小车和起升机构从一个极限位置运行到另一个极限位置，以确保起重机整个运行机构和传感器都处于正常状态。若需要对起重机控制系统的信号和控制线端口进行射频场感应的传导骚扰抗扰度测试时，参考现有电磁兼容测试项目中射频场感应的传导骚扰抗扰度测试标准GB/T17626.6-2008和GB/T17799.2-2003对FRANKONIA/CIT-10/75进行参数设置，对于所有电路，需要将扫描频率范围设置为0.15-80MHz，有效值3V，用1kHz正弦波调幅，调制度为80%调制干扰信号电平；对于安全电路，需要将扫描频率范围设置为0.15-80MHz，有效值10V，用1kHz正弦波调幅，调制度为80%调制干扰信号电平。若需要对起重机控制系统的交流电源输入和输出端口（每相额定电流≤100A）进行射频场感应的传导骚扰抗扰度测试时，参考现有电磁兼容测试项目中射频场感应的传导骚扰抗扰度测试标准GB/T17626.6-2008和GB/T17799.2-2003对FRANKONIA/CIT-10/75进行参数设置，对于所有电路，需要将扫描频率范围设置为0.15-80MHz，有效值3V，用1kHz正弦波调幅，调制度为80%调制干扰信号电平；对于安全电路，需要将扫描频率范围设置为0.15-80MHz，有效值10V，用1kHz正弦波调幅，调制度为80%调制干扰信号电平。将测试参数设置完毕后点击上位机控制面板开始检测按钮，开始检测工作。在检测模式下，检测控制器会记录起重机控制系统和起重机模拟系统的所有信号传输，并对每次的信号传输进行编号。当检测过程中起重机控制系统发生故障，下位机的第二控制器将该次信号传输编号存储至数据存储模块即EEPROM中，并通过RS232通讯模块传输至上位机，上位机进行故障预警并及时终止检测过程，并将故障编号存储至数据库中，以便于进行故障原因溯源。整个检测过程结束后，检测系统自动打印检测报告，报告包括起重机控制系统基本信息，检测项目及检测结果，若检测过程中，起重机控制系统出现故障，报告中也给予指出控制系统中的故障点，以有利于设计单位进行改进。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.起重机控制系统射频场感应的传导骚扰抗扰度检测装置，其特征在于：包括均电连接于起重机控制系统的检测控制器、传导骚扰发生器和起重机模拟系统；

起重机模拟系统，包括起重机运行机构、运行行程限位器、起升高度限位器、下降深度限位器、起重量限制器和编码器；起重机运行机构包括起重机大车、小车和起升机构，运行行程限位器用于大车前、后行程终端限位和小车左、右行程终端限位，起升高度限位器和下降深度限位器分别用于起升机构的上升及下降行程终端保护，起重量限制器用于起升机构的起重量限制，编码器用于大车、小车和起升机构的运行速度检测；

检测控制器，包括上位机和下位机控制中心；所述上位机包括第一控制器和与第一控制器电连接的控制面板、存储模块和故障报警模块；所述下位机控制中心包括第二控制器和与第二控制器电连接的起重机运行机构控制信号发送模块、起重机运行机构速度监测模块、开关量信号接收模块、数据存储模块、ADC模块和RS232通讯模块；起重机运行机构速度监测模块用于接收编码器信号；开关量信号接收模块用于接收运行行程限位器、起升高度限位器和下降深度限位器的信号；ADC模块用于接收起重量限制器的信号并进行模数转换；RS232通讯模块用于检测控制器与上位机之间的数据传输。

2.根据权利要求1所述的起重机控制系统射频场感应的传导骚扰抗扰度检测装置，其特征在于：所述第二控制器采用的是Cortex-M3 STM32F103微处理器。

3.根据权利要求1所述的起重机控制系统射频场感应的传导骚扰抗扰度检测装置，其特征在于：所述起重机运行机构速度监测模块为TI公司的AM26C32差分线路接收器。

4.根据权利要求1所述的起重机控制系统射频场感应的传导骚扰抗扰度检测装置，其特征在于：所述开关量信号接收模块包括光电耦合器和设于光电耦合器输出端的电平收发转换器。

5.根据权利要求1所述的起重机控制系统射频场感应的传导骚扰抗扰度检测装置，其特征在于：所述数据存储模块采用AT24C64作为存储芯片。

6.根据权利要求1所述的起重机控制系统射频场感应的传导骚扰抗扰度检测装置，其特征在于：所述RS232通讯模块采用的是Waveshare公司的RS232发送接收器。

7.根据权利要求1所述的起重机控制系统射频场感应的传导骚扰抗扰度检测装置，其特征在于：所述传导骚扰发生器的型号为FRANKONIA/CIT-10/75。

8.根据权利要求1所述的起重机控制系统射频场感应的传导骚扰抗扰度检测装置，其特征在于：所述上位机中安装有基于Microsoft VisualStuio2010环境开发的起重机检测应用软件。

9.起重机控制系统射频场感应的传导骚扰抗扰度检测方法，采用上述权利要求1至8任一项所述的起重机控制系统射频场感应的传导骚扰抗扰度检测装置，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：打开上位机的检测软件，用户登录，手动录入被检测起重机控制系统的基本信息；点击上位机自检按钮，对起重机控制系统进行自检，起重机大车、小车和起升机构从一个极限位置运行到另一个极限位置，以确保在传导骚扰抗扰度检测前，起重机整个运行机构和传感器都处于正常状态；

步骤2：自检无误后，接通传导骚扰发生器电源，设置测试参数；

步骤3：点击上位机控制面板开始检测按钮进行射频场感应的传导骚扰抗扰度测试；检测控制器记录起重机控制系统和起重机模拟系统的所有信号传输，并对每次的信号传输进行编号；当检测过程中起重机控制系统发生故障，下位机的第二控制器将该次信号传输编号存储至数据存储模块中，并通过RS232通讯模块传输至上位机，上位机进行故障预警并及时终止检测过程，并将故障编号存储至数据库中；上位机生成检测报告，报告包括起重机控制系统基本信息，检测项目及检测结果，若检测过程中，起重机控制系统出现故障，报告中也给予指出控制系统中的故障点。

10.根据权利要求9所述的起重机控制系统射频场感应的传导骚扰抗扰度检测方法，其特征在于：所述步骤2中参数设置包括如下两种情况：

1）若需要对起重机控制系统的信号和控制线端口进行射频场感应的传导骚扰抗扰度测试时，参考现有电磁兼容测试项目中射频场感应的传导骚扰抗扰度测试标准GB/T17626.6-2008和GB/T17799.2-2003对传导骚扰发生器进行参数设置，对于所有电路，需要将扫描频率范围设置为0.15-80MHz，有效值3V，用1kHz正弦波调幅，调制度为80%调制干扰信号电平；对于安全电路，需要将扫描频率范围设置为0.15-80MHz，有效值10V，用1kHz正弦波调幅，调制度为80%调制干扰信号电平；

2）若需要对起重机控制系统的交流电源输入和输出端口进行射频场感应的传导骚扰抗扰度测试时，参考现有电磁兼容测试项目中射频场感应的传导骚扰抗扰度测试标准GB/T17626.6-2008和GB/T17799.2-2003对传导骚扰发生器进行参数设置，对于所有电路，需要将扫描频率范围设置为0.15-80MHz，有效值3V，用1kHz正弦波调幅，调制度为80%调制干扰信号电平；对于安全电路，需要将扫描频率范围设置为0.15-80MHz，有效值10V，用1kHz正弦波调幅，调制度为80%调制干扰信号电平。

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