CN1828256A - 便携式电梯限速器测试装置及其采集信号的处理方法 - Google Patents

Abstract

便携式电梯限速器测试装置及其采集信号的处理方法，限速器测试装置设置光电编码器，其轴上安装测速轮，将测速轮靠压在限速器轮盘外缘上，测速轮随限速器轮盘转动；设置双端输出驱动电机，一端输出轴上固定连接有靠压在限速器轮盘外周上的驱动轮，另一端输出轴上安装光电码盘传感器；其采集信号的处理方法是单片机信号处理单元接收并处理光电编码器输出的限速器轮盘旋转线速度信号并实时显示，接收由光电码盘传感器输出的用于电机PID闭环控制的速度反馈信号，经单片机控制系统向整流驱动模块输出直流驱动电机所需调压调速驱动信号。便携式电梯限速器测试装置及其采集信号的处理方法现场使用测量结果准确可靠，安装方便。

Description

便携式电梯限速器测试装置及其采集信号的处理方法

技术领域：本发明涉及电梯安全检测，特别涉及便携式电梯限速器测试装置及其采集信号的处理方法。

背景技术：限速器是电梯的一个重要安全部件，当轿厢超速运行达到规定的速度范围后，由限速器先动作，再启动安全钳，把轿厢夹紧在导轨上，从而实现可靠的安全保护。因此，限速器的现场检测，尤其对于使用多年的老电梯则是一个事关人身安全的必检项目。

此前，限速器的现场测试只能用转速表测量，由于没有动力驱动装置，只能采用人工方式或者采用一根牵引绳，人力牵引驱动限速器轮盘旋转，直至其动作。安徽省合肥工业大学1998年申请的实用新型专利：一种便携式电梯限速器测试仪(公开号：CN98251026.8)，该实用新型的技术方案包括光电传感装置，包括测速转轴，其轴身安装支承在基座上，基座上设有座盖，转轴的一端设有光码盘，光码盘的盘缘位于其旁侧设置的光电器件的凹槽处，转轴的悬伸端设有永磁体，光电器件由导线接至插座并将电信号输出至微处理器由传感装置采集限速器动作速度。本实用新型结构简单，重量轻，可以方便携带，有利于电梯的现场测量。但限速器动作时加速度较难控制，无法满足国标中规定的“应以尽可能低的加速度来达到限速器的动作速度，以便消除惯性的影响”，因此测量精度低，测量结果的一致性较差。

发明内容：本发明是为了避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种可现场使用、带有光电编码器和电机驱动PID闭环控制的供电梯安全检测的便携式限速器测试装置及其采集信号的处理方法。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

便携式电梯限速器测试装置，包括光电编码器、驱动电机、限速器轮盘，其特征在于：

所述光电编码器，其轴上安装有外周滚花的测速轮，所述测速轮靠压在所述限速器轮盘的外缘上并跟随转动；

所述驱动电机为双端输出，其中一端输出轴上固定连接有靠压在限速器轮盘的外周上的驱动轮，所述限速器轮盘随驱动轮转动，所述驱动电机的另一端输出轴上设置光电码盘传感器；

设置单片机信号处理单元，接收并处理所述光电编码器输出的限速器轮盘旋转线速度信号并实时显示，接收由所述光电码盘传感器输出的用于驱动电机PID闭环控制的速度反馈信号。

所述驱动电机为直流电机，所述测速轮由金属材料制成，所述驱动轮是橡胶材料制成，所述光电码盘传感器由码盘、对应设置的光电开关和转换电路组成，所述光电码盘传感器中的码盘由金属材料制成，厚度为1～3mm、边缘等分分割成齿形状。

所述信号处理单元包括信号检测单元、光电转换电路、单片机控制系统、D/A转换控制系统和键盘；

其中，所述信号检测单元由传感器输出两路信号，光电码盘传感器信号S1连接与非门U2B的5、6脚；光电编码器信号S2连接与非门U2A的1、2脚；

光电转换电路由与非门U2、光电耦合器U3和电阻R8、R9、R10、R11组成；信号通过与非门U2A的3脚、U2B的4脚分别连接光电耦合器U3的2、6脚，再由光电耦合器U3的12、16脚分别连接与非门U2D的12脚、13脚和U2C的9、10脚，光电耦合器U3的1脚、5脚由电阻R8、R10连接+12V，光电耦合器U3的12脚、16脚由电阻R9、R11连接+5V电源；由与非门U2C的8脚、U2D的11脚输出到单片机U5；

单片机控制系统由单片机U5、电容C1、电容C2和时钟振荡电路X1组成；单片机U5的12、13脚分别连接与非门U2C的8脚、U2D的11脚，单片机U5的3、4、5脚连接显示部分，单片机U5的1、2、32、33、34、35、36、37、38、39脚连接打印部分，单片机U5的6、7、8脚连接D/A转换器U1；

D/A转换控制系统由D/A转换器U1和放大器U4组成；D/A转换器U1的1、2、3脚分别连接单片机U5的8、7、6脚，D/A转换器U1的6脚连接+2.5V，D/A转换器U1的7脚连接放大器U4的3脚，D/A转换器U1的8脚连接+5V，放大器U4的1脚输出到驱动电机，放大器U4的1、2脚连接，放大器U4的4脚接地，放大器U4的8脚接+5V。

键盘由电阻R1、R2、R3、R4和按键组成。键盘的7根连线分别与单片机U5的22、23、24、25、26、27、28脚连接。

所述便携式电梯限速器测试装置采集信号的处理方法，其特征在于：

设定单片机信号处理单元测量的预置数，在“P”状态下预置周长、初速及轮号仪器测试所需的初始参数；

设定限速器轮盘处于匀速旋转状态时测试，限速器轮盘旋转线速度以0.01m/s²的加速度上升，直至限速器动作；

设定采集光电编码器、光电码盘传感器输出的两路信号；

采集并处理光电编码器输出的限速器轮盘旋转线速度信号并实时显示；

采集由光电码盘传感器输出的用于驱动电机PID闭环控制的速度反馈信号，单片机控制系统对转换成数字信号进行处理后，向整流驱动模块输出驱动电机所需调压调速驱动信号，所述的便携式电梯限速器测试装置测量限速器的动作速度范围为0.5m/s～15m/s。

本发明系统以小型直流电机作为限速器轮盘的驱动，用高精度光电编码器对限速器轮盘线速度进行直接检测，以光电码盘传感器对电机速度进行反馈，实现对电机速度的闭环PID控制，通过MCS-51单片计算机系统，实现数码管显示和打印功能。

本发明的有益效果为：

其一、与现有技术相比，限速器的现场测试只能用转速表测量，本发明电梯限速器测试装置中，以光电码盘传感器对电机速度进行反馈，实现对电机速度的闭环PID控制，光电码盘传感器码盘边缘等分分割成齿形状，即采用90等分齿，再配以高精度光电开关，工作稳定可靠，安装方便。采集由光电码盘传感器输出的用于电机PID闭环控制的速度反馈信号，单片机控制系统对转换成数字量的数据进行处理后，向整流驱动模块输出驱动电机所需调压调速驱动信号，其速度测试精度满足驱动电机反馈控制要求。

其二、本发明电梯限速器测试装置中，采用高精度光电编码器对限速器轮盘旋转线速度进行直接测试，采集并处理光电编码器输出的限速器轮盘旋转线速度信号并实时显示，可以更精确地捕捉到电梯限速器的动作速度，并且操作更加简便，尤其是在现场测试时。

其三、与现有技术中使用数字转速表进行测试的方法相比，在本发明的采集信号的处理方法中，当限速器轮盘处于匀速旋转状态时测试，限速器轮盘旋转线速度以0.01m/s²的加速度上升，直至限速器动作。采用PID控制来驱动限速器轮盘旋转，其测试方法完全符合国家标准GB7588-2003《电梯制造与安装安全规范》中规定的“应以尽可能低的加速度来达到限速器的动作速度，以便消除惯性的影响”，通过单片机信号处理单元的控制，可以实现电机精确的匀加速度转动，目前，许多国内外大电梯公司对该加速度值的要求为≤0.02m/s²，因此，本仪器的0.01m/s²的加速度值可以确保对限速器的精确测试。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明光电码盘传感器结构示意图；

图3为本发明采集信号处理电路原理框图；

图4为本发明的单片机信号处理单元线路原理图。

图中标号：1光电编码器、2测速轮、3限速器轮盘、4驱动轮、5驱动电机、6光电码盘传感器、7码盘、8光电开关、9转换电路、10信号检测单元、11光电转换电路、12单片机控制系统、13为D/A转换控制系统、14键盘、15单片机信号处理单元。

以下通过具体实施方式对本发明做进一步描述：

实施例：

参见图1，设置光电编码器1，在其轴上安装有外周滚花的测速轮2，以该测速轮2靠压在限速器轮盘3的外缘上，所述测速轮2随限速器轮盘3转动；

设置双端输出驱动电机5，在驱动电机5的一端输出轴上固定连接有靠压在限速器轮盘3的外周上的驱动轮4，限速器轮盘3随驱动轮4转动，驱动电机的另一端输出轴上安装光电码盘传感器6。

参见图2，光电码盘传感器6由码盘7、对应设置的光电开关8和转换电路9组成。

参见图1、图3，设置单片机信号处理单元15，接收并处理光电编码器输出的限速器轮盘旋转线速度信号并实时显示；接收由光电码盘传感器输出的用于电机PID闭环控制的速度反馈信号，经单片机控制系统之后，向整流驱动模块输出直流电机所需调压调速驱动信号。

本实施例中，光电编码器1、光电码盘传感器6中的码盘7是用硬质铝材料制成，厚度为2mm，直径70mm，边缘等分分割成90个齿形状，再配以高精度光电开关，具有工作稳定可靠，安装方便等特点，速度测量的精度满足电机反馈控制要求。

图4为本发明的单片机信号处理单元15线路原理图，包括传感器输出两路信号10、光电转换电路11、单片机控制系统12、D/A转换控制系统13和键盘14。

其中，所述信号检测单元10由传感器输出两路信号，光电码盘传感器信号S1连接与非门U2B的5、6脚；光电编码器信号S2连接与非门U2A的1、2脚；

光电转换电路11由与非门U2、光电耦合器U3和电阻R8、R9、R10、R11组成；信号通过与非门U2A的3脚、U2B的4脚分别连接光电耦合器U3的2、6脚，再由光电耦合器U3的12、16脚分别连接与非门U2D的12脚、13脚和U2C的9、10脚，光电耦合器U3的1脚、5脚由电阻R8、R10连接+12V，光电耦合器U3的12脚、16脚由电阻R9、R11连接+5V电源；由与非门U2C的8脚、U2D的11脚输出到单片机U5；

单片机控制系统12由单片机U5、电容C1、电容C2和时钟振荡电路X1组成；单片机U5的12、13脚分别连接与非门U2C的8脚、U2D的11脚，单片机U5的3、4、5脚连接显示部分，单片机U5的1、2、32、33、34、35、36、37、38、39脚连接打印部分，单片机U5的6、7、8脚连接D/A转换器U1；

D/A转换控制系统13由D/A转换器U1和放大器U4组成；D/A转换器U1的1、2、3脚分别连接单片机U5的8、7、6脚，D/A转换器U1的6脚连接+2.5V，D/A转换器U1的7脚连接放大器U4的3脚，D/A转换器U1的8脚连接+5V，放大器U4的1脚输出到驱动电机5，放大器U4的1、2脚连接，放大器U4的4脚接地，放大器U4的8脚接+5V。

键盘14由电阻R1、R2、R3、R4和按键组成。键盘的7根连线分别与单片机U5的22、23、24、25、26、27、28脚连接。

本发明的操作步骤：

1、准备工作

a、量出限速器轮盘3上的节圆周长。(即限速器钢丝绳绕轮盘一周的中心线的周长)。

b、(如果使用的是小电机，则此条略过)取出电机支架，将其拧入电机5的撑杆中，调整好高度，转动撑杆上的螺块使电机与电机支架紧紧固定在一起以防止电机工作时发生转动，然后转动电机支架上的螺母以调整支架上的三个支撑脚的支撑角度。选择适当的方向和位置，将电机轴上的驱动轮4紧紧地靠在限速器轮盘3的凹槽里或边缘上。

c、把高精度光电编码器1上的测速轮2靠在限速器轮盘3外周上，同时将其引出线插头插在单片机信号处理单元15即本仪器上的插座上。

d、取出四芯屏蔽线，将其两头分别插在单片机信号处理单元15主面板和驱动电机5面板上的“电机转速”插座上；取出二芯电机驱动线，将其两头分别插在单片机信号处理单元15主面板和驱动电机5面板上的插座上。

2、采集信号处理单元的操作步骤

a、预置数

在“P”状态下，按一下“周长”键，则数码管显示为“××××-1”，其中画“×”的前四位为所要置入(或修改)的限速器轮盘3节圆周长，其单位为毫米，这时可按压数字键，将相应数字置入闪动的那一位当中去，此时的显示状态称为置数状态。

在“P”状态或置数状态下，按一下“初速”键，则数码管显示“××××-3”，其中前四位为所要置入(或修改)的限速器轮盘3的初始速度，其单位为毫米/秒，该初始速度通常置为相应电梯的额定梯速。

在“P”状态或置数状态下，按“轮号”键，则数码管显示为“××××-2”，其中左边第一位为电机选择位，“1”表示使用的是小电机(电机功率为55W)，“2”表示使用的是大电机(电机功率为90W或200W)。左边第二、第三位为无意义位，左边第四位为轮号选择位。本仪器提供三种型号的驱动轮，按轮径尺寸由小到大设定为1号、2号、3号轮(选配)，分别适用于测试额定梯速在2米以下，2米～5米、5米～10米的电梯限速器。本仪器开机后内定为所配电机及1号轮，即所配电机为大电机，则显示为“2001-2”；所配电机为小电机，则显示为“1001-2”。

b、在“P”状态或置数状态下，按“启动”键，则电机以较大的加速度加速到前面所置入的初始速度，并在这个速度上匀速旋转。此时数码管显示为“×·××--×·××”其中左边三位显示的是限速器轮盘外缘旋转线速度，右边三位显示的是驱动轮外缘旋转线速度，该速度只是作为参考，不作为最后结论，它与前述速度比较接近，但不完全相同，它们的单位均为米/秒。

c、当限速器轮盘3已处于匀速旋转状态时，按一下“测试”键，则限速器轮盘3旋转线速度以0.01m/s²的加速度上升，直至限速器动作。

在驱动电机5缓慢加速，而限速器未动作之前，如果需要，则可按压“重打”键，仪器将自动停止电机的转动，数码管上显示两个通道上此时的速度。打印机同时开始工作，打印出此时的限速器轮盘3旋转线速度。

d、仪器自动捕捉到限速器的动作瞬间，并立即将驱动电机5停转，显示屏冻结，数码管上所显示的两个通道的速度即为限速器动作时各自的速度。打印机同时开始工作，打印出限速器动作时的旋转线速度Vd。如果有电触点开关动作，则也打印出其动作时的旋转线速度Vc。在显示冻结状态下，按“重打”键，则打印机将数据重新打印一遍。

e、按“复位”键，则进入复位等待的“P”状态。如果要继续测试，且不改变预置参数，则回到操作步骤b，重新开始操作。如果要改变预置参数，则回到操作步骤a，重新开始。

该发明确保了驱动电机5调速的精度以及全数字化输入界面。用户可以通过仪器的按键送入精确的限速器转动线速度，其数值可以精确到0.001m/s，然后按动“启动”键，即可由单片机系统启动驱动电机5的转动，并自动保持在预置的线速度；另外，通过单片机的控制，可以实现电机精确的匀加速度转动，其匀加速度值可以任意确定，在本仪器中该值内定为0.01m/s²，因为根据国家标准GB7588-2003《电梯制造与安装安全规范》附录F中有关限速器特性检查的F4.2中所述：“应以尽可能低的加速度来达到限速器的动作速度，以便消除惯性的影响”。目前，许多国内外大电梯公司对该加速度值的要求为≤0.02m/s²，因此，本仪器的0.01m/s²的加速度值可以确保对限速器的精确测量。

本发明的主要功能：

可测量动作速度为0.5m/s～15m/s的各种限速器。

可测量含有电触点开关的限速器在其开关动作时的轮盘线速度。

可跟踪显示限速器轮盘旋转线速度。

能自动捕捉限速器的动作速度，并立即停止电机的转动。

可自动打印出限速器的动作速度及触点动作时的轮盘线速度，并可重复打印。

技术指标：

调速范围：0.5～15m/s(分段设定)

测试时伺服加速度：≤0.02m/s²

速度测量误差：≤1％

电机额定驱动力距(三种可选)：1800克·厘米，3000克·厘米，6500克·厘米。

Claims (8)

1、便携式电梯限速器测试装置，包括光电编码器(1)、驱动电机(5)、限速器轮盘(3)，其特征在于：

所述光电编码器(1)，其轴上安装有外周滚花的测速轮(2)，所述测速轮(2)靠压在所述限速器轮盘(3)的外缘上并跟随转动；

所述驱动电机(5)为双端输出，其中一端输出轴上固定连接有靠压在限速器轮盘(3)的外周上的驱动轮(4)，所述限速器轮盘(3)随驱动轮(4)转动，所述驱动电机(5)的另一端输出轴上设置光电码盘传感器(6)；

设置单片机信号处理单元(15)，接收并处理所述光电编码器(1)输出的限速器轮盘(3)旋转线速度信号并实时显示，接收由所述光电码盘传感器(6)输出的用于驱动电机(5)PID闭环控制的速度反馈信号。

2、根据权利要求1所述的便携式电梯限速器测试装置，其特征是所述驱动电机(5)为直流电机。

3、根据权利要求1所述的便携式电梯限速器测试装置，其特征是所述测速轮(2)由金属材料制成，所述驱动轮(4)是橡胶材料制成。

4、根据权利要求1所述的便携式电梯限速器测试装置，其特征是所述光电码盘传感器(6)由码盘(7)、对应设置的光电开关(8)和转换电路(9)组成。

5、根据权利要求1或2所述的便携式电梯限速器测试装置，其特征是所述光电码盘传感器(6)中的码盘(7)由金属材料制成，厚度为1～3mm、边缘等分分割成齿形状。

6、根据权利要求1所述的便携式电梯限速器测试装置，其特征是所述信号处理单元(15)包括信号检测单元(10)、光电转换电路(11)、单片机控制系统(12)、D/A转换控制系统(13)和键盘(14)；

其中，所述信号检测单元(10)由传感器输出两路信号，光电码盘传感器信号S1连接与非门U2B的5、6脚；光电编码器信号S2连接与非门U2A的1、2脚；

光电转换电路(11)由与非门U2、光电耦合器U3和电阻R8、R9、R10、R11组成；信号通过与非门U2A的3脚、U2B的4脚分别连接光电耦合器U3的2、6脚，再由光电耦合器U3的12、16脚分别连接与非门U2D的12脚、13脚和U2C的9、10脚，光电耦合器U3的1脚、5脚由电阻R8、R10连接+12V，光电耦合器U3的12脚、16脚由电阻R9、R11连接+5V电源；由与非门U2C的8脚、U2D的11脚输出到单片机U5；

单片机控制系统(12)由单片机U5、电容C1、电容C2和时钟振荡电路X1组成；单片机U5的12、13脚分别连接与非门U2C的8脚、U2D的11脚，单片机U5的3、4、5脚连接显示部分，单片机U5的1、2、32、33、34、35、36、37、38、39脚连接打印部分，单片机U5的6、7、8脚连接D/A转换器U1；

D/A转换控制系统(13)由D/A转换器U1和放大器U4组成；D/A转换器U1的1、2、3脚分别连接单片机U5的8、7、6脚，D/A转换器U1的6脚连接+2.5V，D/A转换器U1的7脚连接放大器U4的3脚，D/A转换器U1的8脚连接+5V，放大器U4的1脚输出到驱动电机(5)，放大器U4的1、2脚连接，放大器U4的4脚接地，放大器U4的8脚接+5V。

键盘(14)由电阻R1、R2、R3、R4和按键组成。键盘的7根连线分别与单片机U5的22、23、24、25、26、27、28脚连接。

7、根据权利要求1所述便携式电梯限速器测试装置采集信号的处理方法，其特征在于：

设定单片机信号处理单元(15)测量的预置数，在“P”状态下预置周长、初速及轮号仪器测试所需的初始参数；

设定限速器轮盘(3)处于匀速旋转状态时测试，限速器轮盘(3)旋转线速度以0.01m/s²的加速度上升，直至限速器动作；

设定采集光电编码器(1)、光电码盘传感器(6)输出的两路信号；

采集并处理光电编码器(1)输出的限速器轮盘(3)旋转线速度信号并实时显示；

采集由光电码盘传感器(6)输出的用于驱动电机(5)PID闭环控制的速度反馈信号，单片机控制系统(12)对转换成数字信号进行处理后，向整流驱动模块输出驱动电机(5)所需调压调速驱动信号。

8、根据权利要求1所述便携式电梯限速器测试装置及其采集信号的处理方法，其特征是：所述的便携式电梯限速器测试装置测量限速器的动作速度范围为0.5m/s～15m/s。

Images