郭奕珉

（廣州日立電梯有限公司，廣州  511430）

 

　　摘要：本文從應用的角度出發，闡述了LTS 6-NP多極電流傳感器在電梯門機電流檢測中的應用，在本方案的應用中，電流檢測的作用是為了實現過流和缺相保護，不作為電流閉環控制使用。本文包括方案的電路模型描述與分析、實際測試波形以及采樣程序等。

關鍵詞：電流傳感器；電梯門機系統；變頻控制；信號處理

 

　　電梯是現代生活中不可缺少的工具，而電梯門機系統又是整梯系統中動作最頻繁的部件，電梯門機系統的性能直接影響到整梯的性能和可靠性，因此電梯門機控制系統的研究是整梯研究中的重要組成部分。

　　電梯門機控制系統實際上就是一個專用的變頻控制系統，按子系統來劃分，可劃分為交-直電源處理電路、逆變模塊及其外圍電路、邏輯信號的輸入輸出電路、編碼器信號的輸入及處理電路、與上位機的通信電路、電機電流的檢測及信號處理電路，以及各種相應的保護電路。由于篇幅所限，本文主要闡述電機電流的檢測及信號處理。

　　本方案采用的變頻控制方式為V/F控制，在本方案的應用中，電流檢測的作用是實現過流和缺相保護，不作為電流閉環使用，所選用的電流傳感器為LEM公司的LTS 6-NP型多極電流傳感器，因為所使用的交流異步電機的額定電流為1A，因此設定傳感器的原邊額定電流為2A，輸出為2.5±0.625V。使用三個電流傳感器，分別對應電機的三相電流。如果使用兩個傳感器，雖然可節省成本，但第三相電流必須通過程序中的數學計算才能得到，這樣一方面要增加MCU的負擔，另一方面還可能因為各種原因造成計算結果不可靠。

   

　　信號處理電路采用了如圖1所示的電路模型，圖中只給出一路，其余兩路完全相同。LEM LTS 6-NP電流傳感器的額定輸出信號為2.5±0.625V，如圖2所示的波形為電機通電1Hz、0.65A時，電流傳感器的輸出波形，測試點為A點。采用這種電路模型主要考慮到：①電流傳感器的輸出波形變化幅度比較小，為了提高分辨率，需要將波形的變化幅度放大；②輸出波形按正弦規律變化，將使得程序處理時需要引入相應的數學計算，而單片機的數學計算能力相對不足，為了改變這種情況，需要通過信號處理電路，將電流傳感器輸出的正弦波轉化為比較平直的波形。信號處理電路由以下三部分組成：

　　第一部分從輸入到測試點B。該部分的作用是去掉傳感器輸入信號的直流成分，保留其交流成分，圖3為經過第一部分電路處理過的信號波形，信號波形測試點為B點。從圖中可以看出，信號的直流成分已去掉，只留下交流成分，是以零伏為基準點的正弦信號。

　　　　　　　　　　　　　　圖1  電流傳感器輸出信號的處理電路

　

　　　　　　　　圖2  傳感器的輸出波形                 圖3  去掉直流成分后的波形

 

　　第二部分從測試點B到測試點C。該部分的作用是對交流成分放大，圖4為經過放大后的信號波形，信號波形測試點為C點。本電路在設計時只考慮對交流成分的正半波放大，而將負半波去掉。

第三部分從測試點C到測試點D。該部分的作用是對已經放大的信號進行濾波處理，以得到比較平直的信號波形，圖5為經過濾波處理后的信號波形，信號波形測試點為D點，可以看出，信號波形已變得比較平直。二極管D1、D2起信號鉗位的作用，以確保輸入到單片機的信號在0～5V的范圍內。

　　　　　　圖4  交流成分正半波放大后的波形        圖5  將圖4的波形濾波處理后的結果

　　在本方案的應用中，電流檢測的作用是為了實現過流和缺相保護，不作為電流閉環使用，因此，圖5所示的近似平直的波形已經足夠用來作為過流和缺相保護的判斷。標定之后的部分標定值為：采樣信號為0.3V時,判定為缺相；采樣信號為3.0V時，電機電流為額定值1A；采樣信號為3.6V時，判定為1.2倍過流，采樣信號為4.5V時，判定為1.5倍過流。本方案使用80C196MC單片機作為核心器件，通過時鐘中斷服務程序采樣，設定中斷周期為10ms，即每隔10ms采樣一次，每次采樣10個值，去掉最大和最小值后取平均值，在一秒鐘內可得到100個平均值，然后將這100個平均值去掉最大和最小值后，再取平均值，并且依據標定數據表進行相應的判斷,同時轉相應的處理。

　　由于管幅所限，以下僅給出電機U相的采樣程序，V相、W相以及相應的計算判斷處理程序省略。程序采用MCS-96匯編指令系統編寫。

Start:

    LD AD_C,#11H

    ST AD_C,AD_COMMAND   ；將11H寫入命令寄存器AD_COMMAND，啟動U相采樣

U_Phase:

    LD AD_R,AD_RESULT    ；將結果寄存器AD_RESULT的內容寫入變量AD_R中

    AND AD_R,#0010H      ；保留變量AD_R的第4位，屏蔽其它位

    JBS AD_R,4,U_Phase   ；如果第4位為1，說明正在A/D轉換，繼續查詢

                                       ；如果第4位為0，則說明轉換完成，執行下述指令

    LD AD_R,AD_RESULT    ；將AD_RESULT的內容再次寫入變量AD_R中

    SHR AD_R,#8          ；將A/D轉換結果移至變量AD_R的低8位

    LD U_DATA[PU]，AD_R  ；將變量AD_R中的轉換結果存入數據區U_DATA中

    ADD PU，#2           ；數據區偏移地址加2，以便存儲下一個采樣數據

LD AD_C,#18H

    ST AD_C,AD_COMMAND   ；將18H寫入命令寄存器AD_COMMAND，啟動V相采樣

V_Phase:                 ；以下指令為V相采樣程序，省略

 

　　本方案的欠缺之處在于：當電機電流的頻率超過45Hz之后，實際電流值與標定值之間會開始出現差異，而且頻率越高，差異越大，這種差異與電流傳感器無關，而與信號處理電路中的電容有關，具體情況在此不作分析。但應用本方案的門機系統中，電機電流的頻率最高不超過18Hz，因此本方案中的信號處理電路可以保證足夠的可靠性。

　　本方案在電梯門機系統中已應用多年，對過流和缺相起到了很好的保護效果，而LEM  LTS 6-NP電流傳感器在保護過程中起到了決定性的作用。在產品的長期使用過程中，LEM電流傳感器的使用數量已達數萬個之多，電流傳感器本身沒有出過任何問題，這充分體現了LEM電流傳感器的品質保證，相信具有高性能和高品質保證的LEM電流傳感器在各個行業中的應用會越來越大。

 

 

[1] 俞光昀主編．計算機控制技術．電子工業出版社．2002年6月

[2] 黃長藝主編．機械工程測試技術基礎．機械工業出版社．1997年10月

[3] 徐愛卿主編．Intel 16位單片機(修訂版)．北京航空航天大學出版社．2002年4月

[4] LEM 電壓電流傳感器工業專用選型手冊

 

 

郭奕珉，男，1972年7月生，江西贛州人，工學學士，工程師；現工作于廣州日立電梯有限公司開發中心，擔任項目工程師職務；從事PLC控制系統、計算機測控系統、電力電子與電機拖動系統的研究開發工作。

 

 

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