全狀態(tài)起重機(jī)械電流檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研制

魏井君 王繼業(yè)

摘 要本文設(shè)計(jì)了一種全狀態(tài)起重機(jī)械電流檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠進(jìn)行起重機(jī)械各運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)電機(jī)的電壓、電流、功率等電氣參數(shù)的測(cè)量，并將數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線串口通信方式實(shí)時(shí)傳送至計(jì)算機(jī)端，實(shí)現(xiàn)對(duì)起重機(jī)各機(jī)構(gòu)拖動(dòng)電機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、動(dòng)態(tài)曲線顯示和后臺(tái)分析等功能，為起重機(jī)械的檢驗(yàn)檢測(cè)提供了一種準(zhǔn)確可靠的技術(shù)手段。

【關(guān)鍵詞】起重機(jī)械 電流檢測(cè) 無(wú)線通信 實(shí)時(shí)采集

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，起重機(jī)械的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，尤其大型、超大型起重機(jī)械的數(shù)量越來(lái)越多。起重機(jī)械檢驗(yàn)包括定期檢驗(yàn)、監(jiān)督檢驗(yàn)和委托檢驗(yàn)，提高起重機(jī)械檢驗(yàn)檢測(cè)的質(zhì)量，保障起重機(jī)械的運(yùn)行安全是我們的重要工作目標(biāo)，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)必須有先進(jìn)的檢驗(yàn)檢測(cè)工具。而在目前起重設(shè)備的檢驗(yàn)檢測(cè)中，電氣項(xiàng)目所使用的檢驗(yàn)儀器多為電壓表、電流表等工具，無(wú)法全面準(zhǔn)確判斷起重機(jī)械的真實(shí)運(yùn)行狀態(tài)。為此，我們自主研制了一種全狀態(tài)起重機(jī)械電流檢測(cè)儀，并開(kāi)發(fā)了一款基于VB6.0串口通信的起重機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)軟件，通過(guò)對(duì)起重機(jī)械各運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流電壓信號(hào)實(shí)時(shí)檢測(cè)，獲得數(shù)據(jù)并分析各運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)。

2 檢測(cè)系統(tǒng)介紹

本檢測(cè)系統(tǒng)中，便攜式計(jì)算機(jī)（上位機(jī)）通過(guò)無(wú)線通信適配器向全狀態(tài)起重機(jī)械電流檢測(cè)儀（下位機(jī)）發(fā)送數(shù)據(jù)采集指令，數(shù)據(jù)采集終端電流電壓互感器鉗在起重機(jī)運(yùn)行電機(jī)的三相電源線上，采集到的電流電壓信號(hào)再由檢測(cè)儀無(wú)線發(fā)送至便攜式計(jì)算機(jī)，然后在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)電流電壓數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和分析，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。全狀態(tài)起重機(jī)械電流檢測(cè)儀、無(wú)線通信適配器和便攜計(jì)算機(jī)組成的檢測(cè)系統(tǒng)如圖2所示，其中無(wú)線通信適配器和便攜計(jì)算機(jī)之間通過(guò)USB數(shù)據(jù)線連接。

該儀器能夠?qū)崿F(xiàn)如下功能：

（1）起重機(jī)供電系統(tǒng)電壓和電流參數(shù)測(cè)量；

（2）供電系統(tǒng)負(fù)荷能力、電氣裝置、動(dòng)力線路和電機(jī)容量等校驗(yàn)；

（3）電機(jī)負(fù)載情況測(cè)量；

（4）拖動(dòng)同一運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的多臺(tái)電機(jī)負(fù)載均衡情況測(cè)量；

（5）起重機(jī)功耗測(cè)量和分析；

（6）輔助分析機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

3 硬件電路設(shè)計(jì)

3.1 檢測(cè)儀電路設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的全狀態(tài)起重機(jī)械電流檢測(cè)儀結(jié)構(gòu)如圖3所示，該檢測(cè)儀結(jié)構(gòu)包括電壓和電流互感器、調(diào)制濾波電路、電能計(jì)量芯片電路、微控制器MCU、液晶顯示電路、無(wú)線通信電路、蜂鳴報(bào)警和按鍵電路、電源電路。電壓和電流互感器，將起重機(jī)械電動(dòng)機(jī)的電壓電流信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換隔離；調(diào)制濾波電路，將互感器轉(zhuǎn)變后的信號(hào)調(diào)制成適當(dāng)幅值的電壓信號(hào)，經(jīng)濾波處理后傳輸至電能計(jì)量芯片；電能計(jì)量芯片電路采用鉅泉電子公司的ATT7022E電能計(jì)量芯片；微控制器MCU采用德州儀器公司的MSP430F5438芯片，微控制器讀取電能計(jì)量芯片中的電壓電流數(shù)據(jù)并分析處理；液晶顯示器LCD采用128*64點(diǎn)陣帶中文字庫(kù)液晶屏；無(wú)線通信電路采用德州儀器公司的CC1101無(wú)線射頻芯片，用于與無(wú)線通信適配器建立無(wú)線數(shù)據(jù)連接；蜂鳴報(bào)警和按鍵電路用于儀器操作。

3.2 無(wú)線通信適配器電路設(shè)計(jì)

無(wú)線通信適配器通過(guò)USB接口與計(jì)算機(jī)連接，通過(guò)無(wú)線通信接口與全狀態(tài)起重機(jī)械電流檢測(cè)儀連接，實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信和USB通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換。無(wú)線通信適配器結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。微控制器MCU采用德州儀器公司的MSP430F2012芯片，無(wú)線通信電路采用德州儀器公司的CC1101無(wú)線射頻芯片。

4 軟件設(shè)計(jì)

4.1 檢測(cè)儀嵌入式軟件設(shè)計(jì)

全狀態(tài)起重機(jī)械電流檢測(cè)儀的嵌入式軟件主要實(shí)現(xiàn)將電能計(jì)量芯片內(nèi)部存儲(chǔ)的電壓、電流、功率等數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線通信發(fā)送給計(jì)算機(jī)，同時(shí)根據(jù)按鍵狀態(tài)將相應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示在檢測(cè)儀的液晶屏幕上。電流檢測(cè)儀上電啟動(dòng)后，進(jìn)入系統(tǒng)主程序，首先開(kāi)始系統(tǒng)初始化，內(nèi)容包括：初始化MCU單元、LCD、無(wú)線通信芯片CC1101、電能計(jì)量芯片ATT7022E。初始化完成后，進(jìn)入開(kāi)機(jī)畫(huà)面，顯示電流檢測(cè)儀的無(wú)線通信地址、電池電量、儀器溫度和儀器型號(hào)信息。最后，系統(tǒng)開(kāi)啟無(wú)線數(shù)據(jù)接收中斷和按鍵中斷用來(lái)響應(yīng)相應(yīng)的中斷請(qǐng)求，系統(tǒng)通過(guò)一個(gè)定時(shí)為1ms的定時(shí)器實(shí)現(xiàn)讀取電能計(jì)量芯片數(shù)據(jù)和刷新LCD的循環(huán)程序。進(jìn)入無(wú)線接收中斷程序后，微控制器MCU通過(guò)SPI接口讀取無(wú)線通信芯片寄存器中操作指令，讀取電能計(jì)量芯片中數(shù)據(jù)，通過(guò)無(wú)線通信適配器發(fā)送至計(jì)算機(jī)端，實(shí)現(xiàn)電流檢測(cè)儀和計(jì)算機(jī)的通信連接。

無(wú)線通信適配器的嵌入式軟件主要實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信協(xié)議和USB通信協(xié)議的裝換，軟件流程圖如圖5所示。

4.2 計(jì)算機(jī)端應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)端應(yīng)用軟件程序是基于VB6.0串口通信技術(shù)開(kāi)發(fā)的一款操作軟件，與全狀態(tài)起重機(jī)械電流檢測(cè)儀相結(jié)合，完成采集數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、顯示和分析工作，運(yùn)行主界面如圖6所示。該軟件為單窗體操作界面，按功能劃分為5個(gè)功能模塊區(qū)，分別為：通信設(shè)置區(qū)、觸發(fā)方法區(qū)、單電機(jī)/多電機(jī)工況區(qū)、文件操作區(qū)和實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)曲線顯示區(qū)。主要功能包括：

（1）實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)之間的串口通信，設(shè)置串口參數(shù)；

（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、顯示和分析操作的開(kāi)始和停止功能；

（3）動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)曲線顯示和全過(guò)程歷史曲線顯示功能；

（4）標(biāo)尺線曲線分析功能；

（5）數(shù)據(jù)保存、導(dǎo)入和導(dǎo)出的操作功能；

（6）數(shù)據(jù)文件和圖形文件的打印功能。

5 結(jié)論

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)研制的全狀態(tài)起重機(jī)械電流檢測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)起重機(jī)械中各運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)電壓和電流參數(shù)的測(cè)量，以及相關(guān)電氣參數(shù)的分析判斷，通過(guò)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)曲線客觀反映各電機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，有助于提高起重機(jī)械檢驗(yàn)檢測(cè)準(zhǔn)確性、可靠性和全面性。同時(shí)，該儀器還具有操作界面友好，使用方便，操作簡(jiǎn)便，便于攜帶等特點(diǎn)。

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作者簡(jiǎn)介

魏井君（1984-），男，工學(xué)碩士學(xué)位。現(xiàn)為廣州特種機(jī)電設(shè)備檢測(cè)研究院工程師，主要從事特種機(jī)電設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)工作。

作者單位

廣州特種機(jī)電設(shè)備檢測(cè)研究院 廣東省廣州市 510000