徐東華，李聚保（廣州航海學(xué)院,廣州 510725）

新型樓道升降機(jī)超載報(bào)警系統(tǒng)研究應(yīng)用

徐東華，李聚保
（廣州航海學(xué)院,廣州 510725）

摘 要：本文研究分析的新型超載報(bào)警系統(tǒng)，其壓力數(shù)據(jù)采集模塊采用緩沖油缸式設(shè)計(jì)，電控單元實(shí)時(shí)顯示自動(dòng)控制。此研究填補(bǔ)國(guó)內(nèi)外樓道升降機(jī)安全性能上的不足，避免了由于超載而導(dǎo)致的重大安全事故的發(fā)生。產(chǎn)品研發(fā)通用性強(qiáng)，可滿足不同樓道升降機(jī)設(shè)備生產(chǎn)廠家的需要，行業(yè)應(yīng)用前景廣泛。

關(guān)鍵詞：樓道升降機(jī)；緩沖油缸；電子控制

殘疾人事業(yè)的發(fā)展和社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，積極開展公共無(wú)障礙設(shè)施建設(shè)工作，讓殘疾人積極參加社會(huì)活動(dòng)，這是對(duì)殘疾人實(shí)行人性化服務(wù)的需要?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)各個(gè)城市公共無(wú)障礙設(shè)施取得了初步的成果。像地鐵站等很多公共場(chǎng)所考慮到殘疾人的需要，安裝了樓道升降機(jī)。該系統(tǒng)可應(yīng)用于不同生產(chǎn)廠家的樓道升降機(jī)設(shè)備，行業(yè)前景廣泛。

1 系統(tǒng)功能

目前在升降機(jī)上應(yīng)用的超載保護(hù)裝置主要是采用機(jī)械方式完成，如杠桿加微動(dòng)開關(guān)、橡膠/彈簧加電磁感應(yīng)器/差動(dòng)變壓器等工作方式。工作原理是設(shè)備底部在重力作用下產(chǎn)生位移，通過(guò)杠桿或連接機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)微動(dòng)開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，精度不高，靈敏度較差，在工作一段時(shí)間后，很容易出現(xiàn)過(guò)度磨損、開關(guān)接觸不良、零件疲勞或老化等現(xiàn)象。目前市面的傳感器由于不能承受太大的重量載荷及壓力沖擊，因此在檢測(cè)載荷大且有一定沖擊的場(chǎng)合下勢(shì)必存在有一定的局限性。如何解決傳統(tǒng)傳感器不能承受太大的重量載荷的壓力沖擊及其滿足設(shè)備使用精度要求等問題，成為亟待解決的問題。

本升降機(jī)超載報(bào)警裝置由兩部分組成，一部分為電子控制單元，一部分為稱重傳感器單元。稱重傳感器單元采用緩沖油缸式設(shè)計(jì)，重量壓縮封閉油缸內(nèi)的油，推動(dòng)油缸底部的活塞桿，桿另一端連接有傳感器，這樣就將重量信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)傳輸電纜送給電子控制單元，在由電子控制單元進(jìn)行運(yùn)算處理，完成升降機(jī)稱重。當(dāng)升降機(jī)轎廂內(nèi)重量變化時(shí)，電子控制單元根據(jù)要求可以輸出多組繼電器觸點(diǎn)信號(hào)、 多種電流或電壓控制信號(hào)等，由液晶顯示模塊實(shí)時(shí)顯示載重量，超載時(shí)控制單元發(fā)出聲光報(bào)警，為升降機(jī)工作提供精確稱重?cái)?shù)據(jù)。

2 稱重單元設(shè)計(jì)

目前市面的傳感器由于不能承受太大的重量載荷及壓力沖擊，因此在檢測(cè)載荷大且有一定沖擊的場(chǎng)合下勢(shì)必存在有一定的局限性。為了解決上述技術(shù)問題，本系統(tǒng)采用了新技術(shù)方案，稱重傳感器單元由前缸座、油缸、傳感器、后缸座、信號(hào)線等組成。在前缸座上活動(dòng)安裝大活塞桿，大活塞桿伸出前缸座外，內(nèi)端通過(guò)油液與活動(dòng)安裝在后缸座上的小活塞桿一端緊配合，該小活塞桿另一端與傳感器緊配合。工作原理：利用液壓壓強(qiáng)與面積成反比的原理，通過(guò)大面積的一方即大活塞桿5來(lái)直接承受重力和沖擊，然后利用油缸8中的液壓油將壓力傳遞到小活塞桿2上，在此過(guò)程中形成一定的壓力比S，其中，定義大活塞桿5的大活塞面積為A2和小活塞桿2的小活塞面積為A1，即：S＝F1/F2＝A1/A2，這樣，通過(guò)采用上述結(jié)構(gòu)可將大活塞桿5的大活塞上承受的重力荷載F1減小為F2后通過(guò)小活塞桿2的小活塞作用在傳感器1上，即可達(dá)到實(shí)現(xiàn)緩沖重力荷載和沖擊荷載的作用。

3 電子控制單元設(shè)計(jì)

該控制單元的供電電壓為24VAC，利用穩(wěn)壓源為測(cè)控系統(tǒng)供電，通過(guò)壓力傳感器采集數(shù)據(jù)，將信號(hào)進(jìn)行放大并A/D轉(zhuǎn)換后，通過(guò)單片機(jī)分析轉(zhuǎn)化后的數(shù)字量，液晶顯示模塊實(shí)時(shí)顯示，如果檢測(cè)值越限，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)繼電器跳開升降機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)，同時(shí)蜂鳴器+報(bào)警燈報(bào)警。選用STC89C52RC單片機(jī)作為主控芯片，電源采用24VAC轉(zhuǎn)5VDC的開關(guān)電源。數(shù)據(jù)采集部分由稱重傳感器、信號(hào)放大和A/D轉(zhuǎn)換部分組成，信號(hào)放大和A/D轉(zhuǎn)換部分主要由專用型高精度24位AD轉(zhuǎn)換芯片HX711實(shí)現(xiàn)。

采用矽普電子的半橋式稱重傳感器HL-HB，通過(guò)1:50液壓機(jī)械單元擴(kuò)大傳感器的承重范圍，單個(gè)HL-HB傳感器量程為50KG，共由2只壓力傳感器組成全橋測(cè)量。全橋傳感器電路連接HX711A/D轉(zhuǎn)換芯片，直接利用HX711上高精度穩(wěn)壓電源管腳的輸出電壓值VADD作為全橋傳感器電路穩(wěn)壓電源。HX711兩個(gè)串口通訊線由管腳DOUT 和PD_SCK組成，它們分別和單片機(jī)管腳P1.0和P1.1相連，PD_ SCK輸入時(shí)鐘脈沖數(shù)為25個(gè)，選用HX711的128倍增益A通道，然后通過(guò)DOUT管腳，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)為P1.0管腳模擬串口通訊時(shí)序，將24位AD采樣的數(shù)值存入單片機(jī)。同時(shí)利用STC89C52單片機(jī)的片內(nèi)EPROM來(lái)存儲(chǔ)重量數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)斷電保護(hù)的功能。MCU其它管腳電路分別與蜂鳴器和報(bào)警燈、液晶顯示單元、超載繼電器的線圈端相連。實(shí)時(shí)顯示稱重值，且當(dāng)采集的數(shù)據(jù)超過(guò)設(shè)定的上限值時(shí)，單片機(jī)通過(guò)這些功能驅(qū)動(dòng)起到報(bào)警提示乘客和切斷殘障樓梯升降機(jī)的作用，以便更可靠的保護(hù)乘客的安全。

看門狗功能設(shè)計(jì)。升降機(jī)控制系統(tǒng)是機(jī)電一體系統(tǒng)，其電動(dòng)機(jī)、繼電器、交流接觸器工作等會(huì)產(chǎn)生電磁脈沖干擾，外部環(huán)境過(guò)冷過(guò)熱，這些因素會(huì)使單片機(jī)工作不穩(wěn)定系統(tǒng)死機(jī)。系統(tǒng)用 STC89C52RC單片機(jī)內(nèi)自帶看門狗功能通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，提高了抗干擾能力和運(yùn)行可靠性。

本系統(tǒng)外部通信接口還給升降機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)提供負(fù)載信息，實(shí)現(xiàn)其精確調(diào)度和調(diào)控，節(jié)約能源。通過(guò)此稱重裝置，升降機(jī)控制系統(tǒng)可以判斷升降機(jī)是重負(fù)荷運(yùn)行還是輕負(fù)荷運(yùn)行，根據(jù)不同負(fù)載情況自動(dòng)調(diào)整電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，相應(yīng)調(diào)整電機(jī)啟動(dòng)電流，使得升降機(jī)啟動(dòng)變得更平穩(wěn)順暢，提高穩(wěn)定性，節(jié)能效果明顯。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

本系統(tǒng)已經(jīng)在專業(yè)實(shí)驗(yàn)室和實(shí)際設(shè)備上做過(guò)多次試驗(yàn)，經(jīng)專業(yè)試驗(yàn)設(shè)備得出準(zhǔn)確試驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)果完全符合使用要求。并將在進(jìn)一步使用中不斷修改和完善。

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基金項(xiàng)目：廣州航海學(xué)院青年創(chuàng)新人才項(xiàng)目（C140309）

作者簡(jiǎn)介：徐東華（1973-），男，廣東信宜人，工程碩士，主要從事：機(jī)電工程研究。