(1.合肥工业大学电子科学与应用物理学院袁安徽合肥230009曰2.安徽省特种设备检测院袁安徽合肥230051)
孙操1袁刘士兴1袁宋亚杰1袁黄飞1袁鲁伟1袁张申生2袁王金博2袁陈强
2
摘要院作为施工升降机最重要的安全部件袁防坠安全器的定期检测尤为重要遥基于Android平台设计了SAJ30/40型齿轮渐进式防坠安全器嵌入式检测系统袁分别采用角度传感器和速度传感器测量防坠安全器锥毂旋转角度和升降机实时运行速度袁通过上位机分析软件进行数据处理袁输出防坠安全器的制动距离和动作速度遥现场试验架法检测实验结果表明袁检测系统能够准确测量防坠安全器制动距离等检测参数袁制动距离的测量精度为依1mm遥关键词院防坠安全器曰嵌入式曰角度传感器曰制动距离曰Android中图分类号院TH89曰TN919.6
文献标识码院A
DOI院10.16157/j.issn.0258-7998.182260
中文引用格式院孙操袁刘士兴袁宋亚杰袁等.施工升降机防坠安全器嵌入式检测系统设计[J].电子技术应用袁2019袁45(2)院105-108.
英文引用格式院SunCao袁LiuShixing袁SongYajie袁etal.Designoftheembeddeddetectionsystemofconstructionelevatoranti-fallingsafetydevice[J].ApplicationofElectronicTechnique袁2019袁45(2)院105-108.
SunCao1袁LiuShixing1袁SongYajie1袁HuangFei1袁LuWei1袁ZhangShensheng2袁WangJinbo2袁ChenQiang2
(1.SchoolofElectronicScience&AppliedPhysics袁HefeiUniversityofTechnology袁Hefei230009袁China曰
2.AnhuiSpecialEquipmentInspectionInstitute袁Hefei230051袁China)
Designoftheembeddeddetectionsystemofconstructionelevator
anti-fallingsafetydevice
Abstract院Asthemostimportantsafetycomponentoftheconstructionelevators,theperiodicdetectionofanti-fallingsafetydevicesisparticularlyimportant.TheembeddeddetectionsystembasedontheAndroidplatformoftheSAJ30/40gearprogressiveanti-fallingsafetydevicewasdesigned,theanglesensorwasusedtomeasuretherotationangleofconehuboftheanti-fallingsafetydeviceandthespeedsensorwasusedtomeasurethereal-timerunningspeedoftheelevatorrespectively,thedatawasprocessedbytheuppercomputeranalysissoftware,thebrakingdistanceandtheoperatingspeedoftheanti-fallingsafetydevicewereoutput.Thetestresultsofthemethodofthefieldtestframeshowthatthedetectionsystemcanmeasurethebrakingdistanceoftheanti-fallingsafetydeviceandothertestingparametersaccurately,andthemeasurementaccuracyofthebrakingdistanceis依1millimeter.Keywords院anti-fallingsafetydevice曰embedded曰anglesensor曰brakingdistance曰Android
0引言
施工升降机是建筑施工垂直运输不可或缺的施工机械袁保证施工升降机的安全使用袁减少安全事故的发生尤其重要遥防坠安全器是施工升降机上防止超速坠落袁保证施工升降机安全运行最重要的装置遥为保证防必不可少的防范措施[1-3]遥国家标准GB/T34025-2017叶施工升降机用齿轮渐进式防坠安全器曳是齿轮渐进式防坠安全器的现行检测标准袁其中规定齿轮渐进式防坠速度遥目前行业内施工升降机防坠安全器的主要检测方法有试验台法和试验架法遥试验台法是采用专用试验台
鄢基金项目院国家质检总局科技计划应用技术研究类项目渊2014QK002冤曰安徽省质量技术监督局科技计划项目渊13ZJ370020冤
模拟防坠安全器工作条件袁对防坠安全器进行拟真测算袁其检测结果无法完全反映真实工况下防坠安全器的性能袁测量误差较大曰常规的试验架法采用游标卡尺测量防坠安全器蝶形弹簧的压缩量袁依此计算制动距离袁测量精度难以保证袁且难以同时实现速度的测量遥因此袁有必要研究一种新的测量方法替代传统检测方法袁提高检测的准确性尧全面性和便捷性遥
本文施工升降机防坠安全器嵌入式检测系统针对SAJ30/40型齿轮渐进式防坠安全器基本检测要求,是以
坠安全器有效可靠袁定期对防坠安全器进行有效检测是
安全器定期检验最主要的检测参数是制动距离和动作功能集成化和操作人性化为目标而设计的嵌入式检测设备袁采用角度传感器和速度传感器作为检测防坠安全PC实现数据的分析处理遥施工升降机防坠安全器嵌入式检测系统提升了防坠安全器现场定期检测的全面性器制动距离和动作速度的基本测量器件袁通过工业平板
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嵌入式技术EmbeddedTechnology及便捷性袁提高了检测的准确性遥
1检测原理
防坠安全器定期检测的主要参数是制动距离和动作速度袁基于这两种参数的检测要求设计了施工升降机防坠安全器嵌入式检测系统遥1.1齿轮渐进式防坠安全器工作原理
施工升降机运行时通过齿条齿轮带动防坠安全器离心制动块旋转袁当升降机下行速度达到动作速度时袁防坠安全器启动制动过程遥如图1所示袁防坠安全器齿轮与离心制动块共轴袁达到动作速度时袁离心制动块甩开嵌入锥毂内侧的凹槽并带动锥毂转动袁齿轮尧离心制动块和锥毂三者同角度共轴旋转袁锥毂外侧与摩擦板之间的摩擦力是防坠安全器的最终制动力[4]齿条制停升降机遥制动距离是制动过程中升袁并降机通的过运齿行轮距离袁与制动过程中齿轮旋转角度对应的分度圆弧长成线性关系遥
离心蝶形安全制动
螺母弹簧
开关
锥毂外壳块座
齿轮
卸载螺栓
离心制动块
摩擦板
图1SAJ30/40型齿轮渐进式防坠安全器结构
1.2制动距离测量原理
施工升降机制动过程中袁防坠安全器齿轮尧离心制动块和锥毂三者同角度共轴旋转袁齿轮和锥毂旋转的角度值相同袁根据GB/T34025-2017叶施工升降机用齿轮渐进式防坠安全器曳袁防坠安全器制动距离的计算公式如式(1)所示d遥
L=仔式中L为3601窑|茁|(1)
防坠安全器的制动距离曰d径袁本文采用的齿轮d1为齿轮分度圆直
如图2所示袁制动1过=120mm程中防曰茁坠为安锥毂全器旋卸转载角螺度栓遥
与锥
毂以相同角度旋转袁防坠安全器检测系统采用角度传感器直接测量卸载螺栓在制动过程中的旋转角度遥1.3速度测量原理
防坠安全器检测系统通过速度传感器测量施工升降机的运行速度遥如图2所示袁测速系统采用结构齿轮与升降机的齿条啮合袁速度传感器测量结构齿轮的转速袁根据齿轮转速和分度圆直径计算升降机的运行速度院
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欢迎网上投稿www.ChinaAET.com图2角度及速度测量原理
V=式中V为60仔d2窑升000n(2)
降机运行速度(m/s)曰度圆直径袁
本文采用的齿轮d防坠安全器的2=120动作速mm度曰n是为防齿d2坠轮为安转齿全速轮器(r/min)分开始动遥
作时
升降机的运行速度袁防坠安全器动作时角度传感器测量
角度的变化袁故动作速度近似为角度传感器角度值开始变化时升降机的运行速度遥利用角度传感器和速度传感器采集的实时数据描绘参数-时间曲线袁由角度-时间曲
线可得角度开始变化的时刻tt度袁即防1袁坠由安全速度器-的时间动作曲速线度可遥
得21时刻升降机的运行速检测系统硬件结构
PC尧角如图度传3感所示器和速袁防坠度传安全感器器检组测系统主要由工业平板
现检测结果的在线打印遥
成袁配备微型打印机实图3系统硬件原理结构
2.1工业平板PC
工业平板PC是检测系统中实现传感器采集数据分析尧显示和存储的核心设备袁工业平板PC内部采用三Android4.4.2星S5P4418核心板尧四核2.2角度传感器
袁具有2路RS485Cortex-A9和2路RS232架构袁操工作业系接统口为遥角度传感器采用绝对值编码器袁分辨率为1024脉冲/转袁支持RS485MODBUSRTU工作方式袁以差分平衡
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嵌入式技术EmbeddedTechnology噎噎
方式传输信号袁具有很强的抗共模干扰能力[5-6]遥MOD鄄BUS协议是工业上常用的通信协议袁其标准如下院
[地址码][功能码][数据区][校验码]度袁并且传输稳定袁通信效率高[7-8]遥2.3速度传感器
MODBUS协议RTU工作模式下袁每个报文须以连续
对串口的操作有4种操作方式袁应用示例代码如下遥
//实例化SerialPort对象噎噎噎噎//打开串口
字符流进行传送且采用CRC校验袁具有较高的数据密
SerialPortmSerialPort1=newSerialPort();
mSerialPort1.open(\"COM1\115200,8,\"N\1);//开启线程噎噎噎噎噎噎
ReadThreadmReadThread=newReadThread();mReadThread.start();//串口写操作//串口读操作//关闭串口
速度传感器由增量编码器和测速模块组成遥增量编STM32F103控制器为核心袁将增量编码器输出的脉冲信码器分辨率1200脉冲/转袁推挽输出方式遥测速模块以号处理为转速袁通过RS232接口与上位机实现通信[9]遥
3数据采集与系统软件
防坠安全器检测系统上位机程序是基于Android系统平台袁以Java为基本编程语言袁采用可扩展开发工具3.1软件系统结构
Eclipse设计开发的数据分析软件[10-14]遥
mSerialPort1.write(c,8);
size1=mSerialPort1.read(buffer1,buffer1.length);mSerialPort1.close()曰
防坠安全器检测系统上位机软件通过串口设置和读写串口等操作实现上位机与传感器之间的数据通信遥如图4所示袁程序开始运行后袁打开相应的串口袁开启线程袁上位机连续读取传感器数据袁并进行相应的计算尧显示和存储袁触发野停止冶命令袁程序关闭相应的线程和串口袁数据采集计算过程结束遥
4实验数据采集与处理
采用实验架法进行施工升降机坠落-制动的现场实验袁利用origin8描绘传感器采集的数据曲线遥如图5所采集角度变化量袁同时防坠安全器的制动作用使升降机坠落速度开始减小遥在制动过程初期袁由于离心制动块与锥毂进行刚性契合袁导致防坠安全器制动作用力不稳定袁升降机速度产生波动袁一定时间后袁制动作用力逐渐
稳定袁升降机绝对速度以相对平稳的方式逐渐减小袁直至最终停止袁制动过程结束遥
实验采用速度和角度两种测量分析方法对比验证制动距离测量的准确性遥对制动过程中升降机的运行速度V进行积分运算和误差处理袁运算结果即为制动过程中升降机的运动距离L1袁利用角度值和式(1)可计算制动距离L2遥
制动过程
示袁t1时刻防坠安全器开始动作袁锥毂旋转袁角度传感器
图4系统软件运行流程
3.2软件通信主要函数
系统上位机和下位机通过RS485和RS232实现数SerialPort类是为了方便串口操作而单独封装的串口类袁COM1和COM2两个通信端口进行操作袁COM1端口和据通信袁上位机程序设计过程中主要涉及SerialPort类袁
自由坠落过程
提供了操作串口一系列方法及属性遥通过创建SerialPort
t1时间/s
图5升降机坠落实验速度及角度变化时间曲线
t2
类的两个实例化对象mSerialPort1和mSerialPort2用于对COM2端口分别是工业平板PC与角度传感器尧速度传感器连接的物理接口遥防坠安全器检测系统上位机软件
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嵌入式技术EmbeddedTechnology[5]李良袁朱善安.基于Java的串口通信[J].电子器件袁2007[6]陈小贝袁汪志成袁叶宝安.基于嵌入式系统的PLC触摸屏[7]秦天柱袁张伟刚袁瞿少成.基于Modbus协议的多路数据[8]单星袁林晓焕袁郭丹蕊袁等.基于ModBus协议的负载模拟[9]杜颖财袁王希军袁王树洁袁等.增量式编码器自动检测系[10]方天恩袁漆晶袁马金辉袁等.基于Android的智能蓝牙温
76.
统[J].电子测量与仪器学报袁2012袁26(11)院993-998.系统设计[J].国外电子测量技术袁2015袁34(7)院72-74.采集器[J].电子测量技术袁2017袁40(11)院175-178.控制系统设计[J].电子测量技术袁2015袁38(3)院54-56.(2)院714-716袁720.
心制动块与锥毂进行刚性契合袁契合过程中升降机会产生间隙性短暂空滑袁造成积分运算得到的L1相对于真实L2更加准确袁更能反映防坠安全器的真实制动性能遥
和制动距离L1具有较好的一致性袁制动距离L1较制动距离L2略微偏大袁这主要是由于防坠安全器开始动作时离
现场实验结果的6组数据如表1所示袁制动距离L2
制动距离必然偏大袁应该说角度传感器测得的制动距离
表1实验结果数据表
防坠安全器
编号YT401709080006YT401709080006
H5112H5112B220302B220302次数123456制动距离L1/m制动距离L2/m绝对误差/m-0.004-0.008-0.006-0.005-0.010-0.009相对误差/%-0.68-1.17-1.69-0.98-1.53-1.48动作速度/(m/s)1.0081.0321.0561.0781.0611.0370.5880.6810.3550.5100.6540.6090.5840.6730.3490.5050.6440.600度计的研究与设计[J].电子技术应用袁2017袁43(3)院73-
[11]吕骏袁王仁波袁汤彬袁等.基于USB总线的多点数据采集[12]方勇军袁赵红旗袁骆星九袁等.基于Android平台的心电[13]ZouXiaojia袁YouXiangdong袁PanHao袁etal.Userinterface
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数据采集与传输系统设计[J].仪表技术袁2014(4)院36-系统的设计[J].电子测量技术袁2015袁38(11)院88-91.
5结论
注院制动距离L1为采用速度计算得到的防坠安全器制动距离袁制动距离L2为采用角度计算得到的防坠安全器制动距离袁绝对误差=L2-L1袁相对误差=渊L2-L1冤/L1遥
施工升降机防坠安全器嵌入式检测系统是以传感器器件作为检测基础的嵌入式检测设备袁基于Android平台及Java编程语言设计了上位机分析软件袁以串口通信的方式实现传感器和上位机的数据传输遥本检测系统对于制动距离的理论测量精度约为依1mm袁完全可以满足施工升降机防坠安全器的检测要求遥参考文献
机械袁2016(4)院85-86.
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(收稿日期院2018-08-06)
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器件与系统设计遥
孙操渊1990-冤袁男袁硕士研究生袁主要研究方向院可编程刘士兴渊1969-冤袁通信作者袁男袁博士袁副教授袁主要研究方向院光电探测技术尧可编程器件与系统设计袁E-mail院liusx@hfut.edu.cn遥
宋亚杰渊1992-冤袁男袁硕士研究生袁主要研究方向院可编
程器件与系统设计遥
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TensorFlowmachinelearningframework[J].Microcomputer&ItsApplications袁2017.
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作者简介院
陈旭东(1994-)袁男袁硕士研究生袁主要研究方向院微电子学与固体电子学尧雷达信号处理尧芯片设计和系统集成遥
周昱琪(1993-)袁女袁硕士研究生袁主要研究方向院锂电池设计尧图像识别尧数字信号处理遥
陈章进(1968-)袁通信作者袁男袁教授袁硕士生导师袁主要研究方向院微电子及集成电路设计尧多媒体支持下高清显示袁E-mail院zjchen@staff.shu.edu.cn遥
IEEE/RSJInternationalConferenceonIntelligentRobots
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欢迎网上投稿www.ChinaAET.com叶电子技术应用曳2019年第45卷第2期
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