電梯軌距偏差測量儀的設計

高承亮 王 清 張茂青

（蘇州大學機電工程學院，江蘇 蘇州215021）

0 引言

隨著時代的發展，城市建筑越來越高，電梯在人們生活中的使用越來越頻繁，但對于轎廂軌距偏差的測量還存在操作困難、效率低等情況。傳統的測量方式是在轎廂出現抖動等異常的位置用卷尺進行測量，但這種方法不僅測量準確性低，而且還有導致安全事故的可能。本文將介紹一種新型的軌距偏差測量儀，可克服以上問題，并提高電梯運行的安全度與舒適度。

1 設備安裝使用說明

本系統的實物圖如圖1所示，左下角的2個為水平激光測距儀，右下角的1個為垂直激光測距儀，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。實際使用中的安裝示意圖如圖2所示。安裝前，將電梯調至手動工作模式。假如電梯最低為1層，則在電梯手動工作模式下打開轎廂門，將轎廂頂部調至與1層地面平齊的位置，然后進行設備的安裝。將2個水平激光測距儀水平安置于轎廂頂部兩端，垂直激光測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個水平激光測距儀分別測量探頭到軌道的距離，垂直激光測距儀測量激光探頭到井道底部的距離，底部的反光板用于增強激光的反射。2個水平測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，則實際軌距為L0＋L1＋L2。標準的軌距為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。安裝好測量設備后，開啟設備，讓其自動工作，工作人員退出轎廂頂部，關閉轎廂門，電梯正常運行。測量結束后，重復上述步驟，通過控制箱上的USB接口可以導出所需數據。

圖1 設備實物圖

2 硬件設計

圖3 為硬件總體結構。通過MCGS觸摸屏發送指令到基于單片機的控制面板，3個激光測距儀的測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端口將信息導出，以便數據存檔。

圖2 安裝示意圖

圖3 硬件總體結構

基于單片機的控制面板體積小、控制方便、運行速率高。本次設計中采用了STC15F2K60S2作為整個控制面板的核心MCU。系統由24 V鋰電池供電，通過一個降壓模塊將電壓降到19 V，然后經過控制面板上的7812模塊和7805模塊得到5 V電壓。MCGS觸摸屏為24 V供電，3個激光器為19 V端供電，單片機為5 V端供電。單片機和MCGS通信使用1個MAX232芯片，單片機與單個水平激光器之間的通信使用2個MAX485芯片。因為RS485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MAX485芯片可以用于RS422通信。單片機與垂直激光器之間的通信用1個MAX485芯片。水平測距采用了德國西克公司的OD2－120W60微距離激光測距儀，測量范圍為60～180 mm，測量頻率為2 k Hz。垂直測距采用了北京亞飛安智科技有限公司的YF－YJ50激光測距儀，測量范圍為0.05～50 m，測量頻率為10 Hz。

3 觸摸屏控制設計

為了增強人機界面的操作性與直觀性，本系統采用了MCGS（由北京昆侖公司研發的組態軟件），可用于現場數據的采集與檢測、前端數據的處理與控制，并且可以在Windows 95/98/ME/NT/2000/XP/WIN7等系統上運行。用戶只需通過簡單的模塊化組態就可構造自己的應用系統，如可以靈活組態各種智能儀表、數據采集模塊及無紙記錄儀、無人值守的現場采集站、人機界面等專用設備。在日常工業控制中經常使用MCGS。本設計有測量水平與垂直距離、修改測量模式（手動/自動）、查看歷史記錄、設置登陸密碼、修改系統時間等功能。測量結束后，如果用戶需要，還可將數據通過USB接口導入U盤。圖4為MCGS硬件信息的界面。

圖4 系統硬件信息

4 軟件設計

本系統采用STC15F2K60S2作為核心控制器。單片機實際連線中，VCC腳連接到＋5 V電壓端，用于給單片機供電，GND端接地。P1.3腳用于檢測24 V鋰電池的電壓值，當鋰電池的電壓值低于17 V時，停止測量工作。P0.0端用于控制繼電器的通斷，從而控制3個激光器的供電電壓的通斷。P1.0和P1.1用于單片機與 MCGS的RS232通信。P0.1以及P3.0、P3.1都用于單片機與垂直激光器的RS485通信，P0.1為發送/接收的選擇端，P3.0和P3.1為數據通信端，測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組分別為單片機與2個水平激光測距儀RS422通信，測量電梯的軌距。

軟件編程中，3個激光器分別測量轎廂兩側以及垂直距離；采用單片機內部A/D測量電池電壓；采用單片機對數據進行處理、運算，得出電梯軌距及偏差數據，并在 MCGS上進行存儲、顯示，有手動測量以及自動定時測量2種模式。

水平距離測量的程序如下：

5 結語

本系統采用MCGS組態軟件，可以大大減少維修人員的工作量，也可提高系統工作的可靠性。STC15F2K60S2單片機成本低，但運算速度是傳統8051芯片的7～12倍。激光測距儀測量運算快，能在很短的時間內把測量數據反送回來，保證了測量結果的可靠性。在使用測量儀之前，應當將探頭固定在電梯運行過程中能始終保持穩定、無晃動的轎廂頂部構件上。系統誤差主要來自儀器的位移傳感器精度造成的測量誤差、測量現場安裝好的2只探頭之間固定距離的測量誤差、轎廂傾斜造成的測量誤差。在實際操作中，除要考慮以上因素外，還要注意導軌上的油污、灰塵等環境因素，爭取將誤差減到最小。

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