全狀態起重機械電流檢測系統的設計與研制

魏井君 王繼業

摘 要本文設計了一種全狀態起重機械電流檢測系統，該系統能夠進行起重機械各運轉機構電機的電壓、電流、功率等電氣參數的測量，并將數據通過無線串口通信方式實時傳送至計算機端，實現對起重機各機構拖動電機運行數據的存儲、動態曲線顯示和后臺分析等功能，為起重機械的檢驗檢測提供了一種準確可靠的技術手段。

【關鍵詞】起重機械 電流檢測 無線通信 實時采集

1 引言

隨著經濟的快速發展，起重機械的應用越來越廣泛，尤其大型、超大型起重機械的數量越來越多。起重機械檢驗包括定期檢驗、監督檢驗和委托檢驗，提高起重機械檢驗檢測的質量，保障起重機械的運行安全是我們的重要工作目標，為實現這一目標必須有先進的檢驗檢測工具。而在目前起重設備的檢驗檢測中，電氣項目所使用的檢驗儀器多為電壓表、電流表等工具，無法全面準確判斷起重機械的真實運行狀態。為此，我們自主研制了一種全狀態起重機械電流檢測儀，并開發了一款基于VB6.0串口通信的起重機運行數據檢測軟件，通過對起重機械各運轉機構驅動電機電流電壓信號實時檢測，獲得數據并分析各運轉機構的工作狀態。

2 檢測系統介紹

本檢測系統中，便攜式計算機（上位機）通過無線通信適配器向全狀態起重機械電流檢測儀（下位機）發送數據采集指令，數據采集終端電流電壓互感器鉗在起重機運行電機的三相電源線上，采集到的電流電壓信號再由檢測儀無線發送至便攜式計算機，然后在計算機上實現電流電壓數據的存儲和分析，系統結構圖如圖1所示。全狀態起重機械電流檢測儀、無線通信適配器和便攜計算機組成的檢測系統如圖2所示，其中無線通信適配器和便攜計算機之間通過USB數據線連接。

該儀器能夠實現如下功能：

（1）起重機供電系統電壓和電流參數測量；

（2）供電系統負荷能力、電氣裝置、動力線路和電機容量等校驗；

（3）電機負載情況測量；

（4）拖動同一運轉機構的多臺電機負載均衡情況測量；

（5）起重機功耗測量和分析；

（6）輔助分析機械設備的運行狀態。

3 硬件電路設計

3.1 檢測儀電路設計

本文設計的全狀態起重機械電流檢測儀結構如圖3所示，該檢測儀結構包括電壓和電流互感器、調制濾波電路、電能計量芯片電路、微控制器MCU、液晶顯示電路、無線通信電路、蜂鳴報警和按鍵電路、電源電路。電壓和電流互感器，將起重機械電動機的電壓電流信號進行轉換隔離；調制濾波電路，將互感器轉變后的信號調制成適當幅值的電壓信號，經濾波處理后傳輸至電能計量芯片；電能計量芯片電路采用鉅泉電子公司的ATT7022E電能計量芯片；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量芯片中的電壓電流數據并分析處理；液晶顯示器LCD采用128*64點陣帶中文字庫液晶屏；無線通信電路采用德州儀器公司的CC1101無線射頻芯片，用于與無線通信適配器建立無線數據連接；蜂鳴報警和按鍵電路用于儀器操作。

3.2 無線通信適配器電路設計

無線通信適配器通過USB接口與計算機連接，通過無線通信接口與全狀態起重機械電流檢測儀連接，實現無線通信和USB通信協議的轉換。無線通信適配器結構圖如圖4所示。微控制器MCU采用德州儀器公司的MSP430F2012芯片，無線通信電路采用德州儀器公司的CC1101無線射頻芯片。

4 軟件設計

4.1 檢測儀嵌入式軟件設計

全狀態起重機械電流檢測儀的嵌入式軟件主要實現將電能計量芯片內部存儲的電壓、電流、功率等數據通過無線通信發送給計算機，同時根據按鍵狀態將相應的數據顯示在檢測儀的液晶屏幕上。電流檢測儀上電啟動后，進入系統主程序，首先開始系統初始化，內容包括：初始化MCU單元、LCD、無線通信芯片CC1101、電能計量芯片ATT7022E。初始化完成后，進入開機畫面，顯示電流檢測儀的無線通信地址、電池電量、儀器溫度和儀器型號信息。最后，系統開啟無線數據接收中斷和按鍵中斷用來響應相應的中斷請求，系統通過一個定時為1ms的定時器實現讀取電能計量芯片數據和刷新LCD的循環程序。進入無線接收中斷程序后，微控制器MCU通過SPI接口讀取無線通信芯片寄存器中操作指令，讀取電能計量芯片中數據，通過無線通信適配器發送至計算機端，實現電流檢測儀和計算機的通信連接。

無線通信適配器的嵌入式軟件主要實現無線通信協議和USB通信協議的裝換，軟件流程圖如圖5所示。

4.2 計算機端應用軟件設計

計算機端應用軟件程序是基于VB6.0串口通信技術開發的一款操作軟件，與全狀態起重機械電流檢測儀相結合，完成采集數據的存儲、顯示和分析工作，運行主界面如圖6所示。該軟件為單窗體操作界面，按功能劃分為5個功能模塊區，分別為：通信設置區、觸發方法區、單電機/多電機工況區、文件操作區和實時/歷史數據曲線顯示區。主要功能包括：

（1）實現上位機和下位機之間的串口通信，設置串口參數；

（2）數據存儲、顯示和分析操作的開始和停止功能；

（3）動態實時曲線顯示和全過程歷史曲線顯示功能；

（4）標尺線曲線分析功能；

（5）數據保存、導入和導出的操作功能；

（6）數據文件和圖形文件的打印功能。

5 結論

現場測試結果表明，本文設計研制的全狀態起重機械電流檢測系統能夠實現起重機械中各運轉電機電壓和電流參數的測量，以及相關電氣參數的分析判斷，通過數據和動態曲線客觀反映各電機的實時運行狀態，有助于提高起重機械檢驗檢測準確性、可靠性和全面性。同時，該儀器還具有操作界面友好，使用方便，操作簡便，便于攜帶等特點。

參考文獻

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作者簡介

魏井君（1984-），男，工學碩士學位。現為廣州特種機電設備檢測研究院工程師，主要從事特種機電設備檢驗檢測工作。

作者單位

廣州特種機電設備檢測研究院 廣東省廣州市 510000