基于電梯軌距與垂直度測量的上下位機系統及其測量方法

基于電梯軌距與垂直度測量的上下位機系統及其測量方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于電梯軌距與垂直度測量的上下位機系統及其測量方法。該系統包括外圍數據采集設備、下位機數據處理系統和上位機數據處理系統。外圍數據采集設備包括兩個軌距測量激光傳感器和一個垂直度測量激光傳感器，下位機數據處理系統核心是單片機，傳感器通過串行通信芯片接入單片機實現通信，由單片機完成測量信息采集和A/D轉換；上位機數據處理系統，包括安裝有MCGS組態軟件的PC機，與單片機通過串行通信芯片連接通信，通過MCGS組態軟件計算得到電梯軌距數據、垂直度數據和電梯軌距偏差，通過顯示屏顯示。該系統能夠實時的顯示電梯軌距的數據值以及垂直度值，同時可以很快識別電梯軌距不符合標準的具體位置，便于后續維修。
【專利說明】基于電梯軌距與垂直度測量的上下位機系統及其測量方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種基于電梯軌距與垂直度測量的上下位機系統及其測量方法。

【背景技術】
[0002] 電梯作為一種運輸工具，廣泛用于住宅、賓館、商場、辦公樓等高層建筑中，是現代 城市生活必不可少的交通工具；他們的應用給人們工作和生活帶來了便捷，提高了工作效 率與生活水平。根據中國電梯行業協會的統計，我國目前已經成為世界上最大的電梯市場。 目前我國的電梯管理模式、檢驗技術水平、現行標準與發達國家相比還存在一定的差距，尤 其是檢驗技術方面的深入研究相對滯后，給制造企業和檢驗單位帶來很多困難。同時，最近 幾年電梯數量快速增加，人機不匹配的矛盾日益突出。
[0003] 其中，《電梯監督檢驗內容要求與方法》規定電梯井道內表面與轎廂地坎、轎廂門 框架或滑動門的最近門口邊緣的水平距離不應大于〇. 15m。目前，通常的測量電梯轎廂地坎 與井道內表面距離用鋼卷尺進行測量，獲得數據。顯然，該測量方法存在如下問題：操作困 難、比較繁瑣，耗時長，檢驗效率低、精度差，對于一些垂直度不規則的井道內表面，容易出 現誤判現象。因此，創新檢驗技術、提高檢驗工作效率、保證檢驗質量、提高電梯安全水平成 為檢驗機構亟待解決的關鍵問題。
[0004] 當然目前亦設計有自動化的軌距測量裝置，其主要是利用兩個位移傳感器來測 距，雖然克服了《電梯監督檢驗內容要求與方法》以及《TSG T7001-2009電梯監督檢驗和定 期檢驗規則一曳引與強制驅動電梯》中規定的手工測量方法的缺點。然而電梯轎廂頂部障 礙物多、空間狹小，導致位移傳感器安裝困難，使用不便。并且位移傳感器在實際操作時精 確度低、可靠性差、易產生誤操作，對最后結果影響很大。另一方面，現有的軌距測量裝置因 缺少垂直度測試裝置，不僅無法實時顯示電梯軌距的垂直度值，而且也無法很快識別電梯 軌距不符合標準的具體位置（通過X軸，Y軸坐標點建立的），對于電梯后續維修點的確定 造成較大的困擾。
[0005] 此外，在工業領域的自動化設備中，下位機是直接控制設備，是被控制者和被服務 者。下位機通過接受上位機發出的指令，并將其解釋為相應的時序信號來控制相應設備。下 位機也不時讀取設備狀態數據，將其轉化為數字信號反饋給上位機。然后目前的自動化的 軌距測量裝置其僅僅可實現數據采集和運算，最后顯示，卻不具備良好的人機界面和數據 儲存，在測量穩定性和重復性方面無法滿足要求。


【發明內容】

[0006] 本發明目的是：提供一種基于電梯軌距與垂直度測量的上下位機系統及其測量方 法，用于解決現有技術中測量困難繁瑣、耗時長、誤差高、效率低和不精準的問題。且所述系 統具備良好的人機界面和數據儲存，操作方便。
[0007] 本發明的技術方案是：
[0008] -種基于電梯軌距與垂直度測量的上下位機系統，包括外圍數據采集設備、下位 機數據處理系統和上位機數據處理系統，
[0009] 所述外圍數據采集設備包括安置在電梯轎廂1頂部的兩個軌距測量激光傳感器2 和一個垂直度測量激光傳感器3 ;
[0010] 所述下位機數據處理系統，包括自帶A/D轉換芯片的單片機和串行通信芯片，所 述兩個軌距測量激光傳感器2和垂直度測量激光傳感器3分別通過對應的串行通信芯片接 入單片機實現通信，由單片機完成電梯軌距數據和垂直度數據的采集和A/D轉換；
[0011] 所述上位機數據處理系統，包括與單片機通過串行通信芯片連接通信并且安裝有 MCGS組態軟件的PC機，通過MCGS組態軟件計算得到電梯軌距數據、垂直度數據和電梯軌距 偏差，再由PC機帶有的顯示屏顯示。
[0012] 進一步的，所述下位機數據處理系統中的單片機通過MAX485芯片與兩個軌距測 量激光傳感器2和垂直度測量激光傳感器3實現通信，對測量的軌距數據及垂直度數據進 行采集，各個激光傳感器數據信息都有其各自的數據格式，單片機內部將這些數據統一轉 化為ASCII碼形式；數據采集工作完成后，單片機通過MAX232芯片，將采集到的數據信息傳 送到MCGS組態軟件中，由PC機統一進行數據的處理運算。
[0013] 進一步的，所述安裝有MCGS組態軟件的PC機為MCGS嵌入式一體化觸摸屏。
[0014] 進一步的，所述單片機對采集到的軌距數據和垂直度數據進行濾波處理，濾波方 法是連續采樣N個數據，對每次采樣到的上述新數據先進行限幅處理，再送入隊列進行遞 推平均濾波處理，N值的選取為8?10。
[0015] 進一步的，所述單片機為STC15F2K60S2雙串口單片機。
[0016] 進一步的，所述軌距測量激光傳感器2采用量程為60?180mm的微距離激光傳感 器。
[0017] 進一步的，所述垂直度測量激光傳感器3的量程至少為50m，測量精度不低于 0. 01m。
[0018] 本發明同時提供了上述系統測量電梯軌距與垂直度的測量方法，包括如下步驟：
[0019] 1)將軌距測量激光傳感器2固定安裝在電梯轎廂1頂部左右兩側，分別測量軌距 測量激光傳感器2至兩側軌道4的距離Cl1 ;同時將垂直度測量激光傳感器3固定至電梯轎 廂1頂部，以測量電梯轎廂1頂部至電梯軌道頂部的垂直度距離h ;
[0020] 2)通過單片機將軌距測量激光傳感器2和垂直度測量激光傳感器3輸出的模擬信 號轉換成數字信號，并對數據進行濾波處理后傳輸至上位機數據處理系統；
[0021] 3)由工作人員測量并借助MCGS組態軟件向PC機內錄入基準點軌道間距，再由 MCGS組態軟件自動運算生成激光測距傳感器兩個測量桿端面之間的間距Cltl，則動態的電梯 軌距d = Cl1 X 2+dQ ;其與電梯安裝時的預定軌距dx之差就是所需要測量的軌距偏差Λ d = d_dx ;
[0022] 4)借助PC機的MCGS組態軟件運算得出電梯軌距d、垂直度距離h及電梯軌距偏差 Δ d數據，并存儲，顯示在PC機顯示屏上，工作人員可以查看與保存數據或將數據以excel 表格的形式導出。
[0023] 本發明的優點是：
[0024] 1.本發明下位機的核心控制器就是的STC15F2K60S2雙串口單片機，采用MCGS組 態軟件集成開發環境作為軟件設計平臺。通過科學合理地進行下位機的程序設計，進行了 系統的初始化后，下位機數據處理系統根據上位機數據處理系統的指令進行模式判斷，自 動控制外圍設備的運行操作，然后將通過串口 1收集各設備的測量數據，隨后將這些數據 按照設定形式通過串口 2發送到上位機系統中。下位機數據處理系統在整套設備中起到了 樞紐的關鍵作用，各個外圍設備的測量信息通過下位機數據處理系統被傳達至上位機數據 處理系統，簡潔明了地展現在用戶眼前。而用戶的具體操作指令通過下位機數據處理系統 的傳達使得人們能夠對各個部件實現準確控制。下位機數據處理系統、外圍設備、上位機數 據處理系統，三者相輔相成，缺一不可。
[0025] 2.本發明從各個角度對儀器的具體性能進行了驗證，利用科學的分析方法驗證 儀器的重復性與穩定性都能完全滿足用戶的使用需求。利用本套系統進行軌距測量，與傳 統人工利用卷尺測量相比，操作方法更為簡單，測量數據能自行記錄，測量結果的穩定性更 高，測量誤差更小、測量精度更高，能夠有效地提高測量人員的工作效率，產生可觀的經濟 效益與社會效益。
[0026] 3.本發明不僅可以實時的顯示電梯軌距的數據值以及垂直度值，同時可以很快識 別電梯軌距不符合標準的具體位置（相當于通過測量結果建立X軸，Y軸坐標點）。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027] 下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述：
[0028] 圖1為本發明系統硬件設計方案圖；
[0029] 圖2為本發明系統裝置圖
[0030] 其中：1-電梯轎廂2-軌距測量激光傳感器3-垂直度測量激光傳感器；4-軌道；d 為電梯軌距，Cltl為軌距激光測距傳感器兩個測量桿端面之間的間距，Cl1為軌距測量激光傳 感器至兩側軌道的距離，h為電梯轎廂頂部至電梯軌道頂部的垂直度距離；
[0031] 圖3為下位機系統主程序的流程圖；
[0032] 圖4為下位機系統的數據發送程序流程圖；
[0033] 圖5為上位機人機界面操作流程圖；

【具體實施方式】
[0034] 實施例：下面結合附圖對本發明系統進行說明如下：
[0035] 1、一種基于電梯軌距與垂直度測量的上下位機系統裝置硬件設計方案
[0036] 如圖1所示，本系統裝置包括兩個外圍數據采集設備、下位機數據處理系統和上 位機數據處理系統，外圍數據采集設備包括安置在電梯轎廂1頂部的兩個軌距測量激光傳 感器2和一個垂直度測量激光傳感器3,分別用以測量軌距測量激光傳感器2至兩側軌道4 的距離以及電梯轎廂1頂部至電梯軌道頂部的垂直度距離；下位機數據處理系統包括自帶 A/D轉換芯片的STC15F2K60S2雙串口單片機，軌距測量激光傳感器2和垂直度測量激光傳 感器3分別通過MAX485串行通信芯片接入單片機實現通信，由單片機完成電梯軌距數據和 垂直度數據的采集，A/D轉換統一將不同格式的模擬信號轉化為ASCII碼形式。上位系統 包括安裝有MCGS組態軟件的PC機，下位系統數據采集工作完成后，單片機通過MAX232芯 片，將采集到的數據信息傳送到上位機系統的MCGS組態軟件中，由PC機統一進行數據的處 理運算得出電梯軌距、垂直度距離及電梯軌距偏差數據，并存儲，顯示在PC機顯示屏上。本 實施例中所述PC機為MCGS嵌入式一體化觸摸屏。
[0037] 2、下位機軟件系統主程序設計方案
[0038] 本發明設計的系統測量裝置（如圖2所示）是采用兩只激光傳感器2,利用支架的 方式固定安裝在電梯轎廂1頂部，分別測量兩側的軌距4(橫向距離，相當于坐標的X軸）； 在垂直方向，利用支架的方式固定安裝一只激光測距傳感器3在電梯轎廂1頂部，來記錄各 個垂直度的電梯轎廂軌距值（縱向距離，相當于坐標的Y軸）。這樣該裝置可以方便實時 顯示電梯軌距的數據值以及垂直度值，同時可以很快識別電梯軌距不符合標準的具體位置 (通過X軸，Y軸坐標點建立的）。
[0039] 下位機激光測距系統的核心為單片機，由它完成激光器通斷控制、各個垂直度及 其對應軌距數據采樣及處理、電池電壓及系統內所有硬件信息監控、測量間隔時間設置、空 閑模式或硬件調試模式測量等待時間的設置、與上位機數據通信等多項功能。
[0040] 下位機系統主程序的流程圖如圖3所示，主程序主要負責完成系統的初始化，并 接受從串口發送來的數據，根據數據的內容進行判斷、處理、存儲等工作。單片機實現初始 化后，從串口緩存區中提取所需數據，分析處理數據，根據需求調用子功能模塊來執行相應 功能。
[0041] 3、下位機系統初始化程序設計方案
[0042] 在下位機系統的初始化過程中，一般需要設定與定時器、中斷、串口相關的特殊功 能寄存器，設定各I/O 口的初始狀態，對內存中需要賦初值的寄存器進行賦初值，打開中斷 允許、啟動定時器、開始主程序循環。
[0043] 在測量工作進行之前，對測量操作的許多參數進行初始化，如測量模式置0,串口 1切換標志位置0,各個激光器的接收字符計數置0,測量失敗標志位置0,長距離激光測距 傳感器重啟等待時間為3S，測量失敗計數置0。
[0044] 串行口的初始化設計：在本系統的通信中，串行口 1和串行口 2都需要被使用到， 使用到的需要寄存器主要有：串行口控制寄存器SC0N，串行口緩沖寄存器SUBF，輔助寄存 器AUXR，定時器控制寄存器TC0N，以及定時/計數器模式控制寄存器TM0D。
[0045] 定時器1的初始化設計：定時器2被用于串行口 1和串行口 2的波特率發生器，而 定時器1則主要被用于實現一個IOms的定時功能，便于設置測量時間間距、測量等待時間 等時間量。在設計中將定時器1時鐘設置為12T模式，因此需要將Tlxl2置"0"。
[0046] 4、下位機系統的數據采集與發送程序設計方案
[0047] 在下位機系統中，單片機通過ΜΑΧ485與三個激光器實現通信，對測量的軌距數據 及垂直度數據進行采集，各個激光器數據信息都有其各自的數據格式，單片機會將這些數 據統一轉化為ASCII碼形式。此外，選取PL 3/ADC3 口作為A/D轉換通道用于測量電池的電 壓信息，并將其同樣也轉化為ASCII碼形式。數據采集工作完成后，通過MAX232芯片，將其 傳送到MCGS組態軟件中，由上位機統一進行數據的處理運算，并將結果顯示在觸摸屏上。
[0048] (1)下位機系統的數據采集程序設計：
[0049] 本軟件系統的數據采集，本質就是獲取兩個水平方向激光傳感器2測量的軌距數 據、垂直度傳感器3測量的垂直度數據以及電池的電壓信息。垂直度傳感器的設備響應幀 格式如表1所示：
[0050] 表1垂直度傳感器設備響應巾貞格式

【權利要求】
1. 一種基于電梯軌距與垂直度測量的上下位機系統，其特征在于：包括外圍數據采集 設備、下位機數據處理系統和上位機數據處理系統， 所述外圍數據采集設備包括安置在電梯轎廂[1]頂部的兩個軌距測量激光傳感器[2] 和一個垂直度測量激光傳感器[3]; 所述下位機數據處理系統，包括自帶A/D轉換芯片的單片機和串行通信芯片，所述兩 個軌距測量激光傳感器[2]和垂直度測量激光傳感器[3]分別通過對應的串行通信芯片接 入單片機實現通信，由單片機完成電梯軌距數據和垂直度數據的采集和A/D轉換； 所述上位機數據處理系統，包括與單片機通過串行通信芯片連接通信并且安裝有MCGS 組態軟件的PC機，通過MCGS組態軟件計算得到電梯軌距數據、垂直度數據和電梯軌距偏 差，再由PC機帶有的顯示屏顯示。
2. 根據權利要求1所述的基于電梯軌距與垂直度測量的上下位機系統，其特征在于 所述下位機數據處理系統中的單片機通過MAX485芯片與兩個軌距測量激光傳感器[2]和 垂直度測量激光傳感器[3]實現通信，對測量的軌距數據及垂直度數據進行采集，各個激 光傳感器數據信息都有其各自的數據格式，單片機內部將這些數據統一轉化為ASCII碼形 式；數據采集工作完成后，單片機通過MAX232芯片，將采集到的數據信息傳送到MCGS組態 軟件中，由PC機統一進行數據的處理運算。
3. 根據權利要求1或2所述的基于電梯軌距與垂直度測量的上下位機系統，其特征在 于所述安裝有MCGS組態軟件的PC機為MCGS嵌入式一體化觸摸屏。
4. 根據權利要求2所述的基于電梯軌距與垂直度測量的上下位機系統，其特征在于 所述單片機對采集到的軌距數據和垂直度數據進行濾波處理，濾波方法是連續采樣N個數 據，對每次采樣到的上述新數據先進行限幅處理，再送入隊列進行遞推平均濾波處理，N值 的選取為8?10。
5. 根據權利要求1或2或4所述的基于電梯軌距與垂直度測量的上下位機系統，其特 征在于所述單片機為STC15F2K60S2雙串口單片機。
6. 根據權利要求1所述的基于電梯軌距與垂直度測量的上下位機系統，其特征在于所 述軌距測量激光傳感器[2]采用量程為60?180mm的微距離激光傳感器。
7. 根據權利要求1所述的基于電梯軌距與垂直度測量的上下位機系統，其特征在于所 述垂直度測量激光傳感器[3]的量程至少為50m，測量精度不低于0.01m。
8. -種采用權利要求1?7任意一項所述系統測量電梯軌距與垂直度的測量方法，其 特征在于包括如下步驟： 1) 將軌距測量激光傳感器[2]固定安裝在電梯轎廂[1]頂部左右兩側，分別測量軌距 測量激光傳感器[2]至兩側軌道[4]的距離屯；同時將垂直度測量激光傳感器[3]固定至 電梯轎廂[1]頂部，以測量電梯轎廂頂部至電梯軌道頂部的垂直度距離h ; 2) 通過單片機將軌距測量激光傳感器[2]和垂直度測量激光傳感器[3]輸出的模擬信 號轉換成數字信號，并對數據進行濾波處理后傳輸至上位機數據處理系統； 3) 由工作人員測量并借助MCGS組態軟件向PC機內錄入基準點軌道間距，再由MCGS組 態軟件自動運算生成激光測距傳感器兩個測量桿端面之間的間距屯，則動態的電梯軌距d =diXZ+d。；其與電梯安裝時的預定軌距dx之差就是所需要測量的軌距偏差Ad = d-dx ; 4) 借助PC機的MCGS組態軟件運算得出電梯軌距d、垂直度距離h及電梯軌距偏差Ad 數據，并存儲，顯示在PC機顯示屏上，工作人員可以查看與保存數據或將數據以excel表格 的形式導出。
【文檔編號】B66B5/00GK104229582SQ201410360904
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年7月28日 優先權日:2014年7月28日
【發明者】張俊, 陳蕾, 葉亮, 陳明濤, 洪偉, 陳聚, 邱衛天, 鄭曲飛, 席東青, 葉建華 申請人:江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院蘇州分院