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郭奕珉
（廣州日立電梯有限公司，廣州 511430）
摘要：本文從應(yīng)用的角度出發(fā)，闡述了LTS 6-NP多極電流傳感器在電梯門機(jī)電流檢測中的應(yīng)用，在本方案的應(yīng)用中，電流檢測的作用是為了實(shí)現(xiàn)過流和缺相保護(hù)，不作為電流閉環(huán)控制使用。本文包括方案的電路模型描述與分析、實(shí)際測試波形以及采樣程序等。
關(guān)鍵詞：電流傳感器；電梯門機(jī)系統(tǒng)；變頻控制；信號處理
1．概述
電梯是現(xiàn)代生活中不可缺少的工具，而電梯門機(jī)系統(tǒng)又是整梯系統(tǒng)中動(dòng)作最頻繁的部件，電梯門機(jī)系統(tǒng)的性能直接影響到整梯的性能和可靠性，因此電梯門機(jī)控制系統(tǒng)的研究是整梯研究中的重要組成部分。
電梯門機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)際上就是一個(gè)專用的變頻控制系統(tǒng)，按子系統(tǒng)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(jī)的通信電路、電機(jī)電流的檢測及信號處理電路，以及各種相應(yīng)的保護(hù)電路。由于篇幅所限，本文主要闡述電機(jī)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(yīng)用中，電流檢測的作用是實(shí)現(xiàn)過流和缺相保護(hù)，不作為電流閉環(huán)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?yàn)樗褂玫慕涣鳟惒诫姍C(jī)的額定電流為1A，因此設(shè)定傳感器的原邊額定電流為2A，輸出為2.5±0.625V。使用三個(gè)電流傳感器，分別對應(yīng)電機(jī)的三相電流。如果使用兩個(gè)傳感器，雖然可節(jié)省成本，但第三相電流必須通過程序中的數(shù)學(xué)計(jì)算才能得到，這樣一方面要增加MCU的負(fù)擔(dān)，另一方面還可能因?yàn)楦鞣N原因造成計(jì)算結(jié)果不可靠。
2. 信號處理電路及測試波形分析
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(jī)通電1Hz、0.65A時(shí)，電流傳感器的輸出波形，測試點(diǎn)為A點(diǎn)。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(guī)律變化，將使得程序處理時(shí)需要引入相應(yīng)的數(shù)學(xué)計(jì)算，而單片機(jī)的數(shù)學(xué)計(jì)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(zhuǎn)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(diǎn)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(jīng)過第一部分電路處理過的信號波形，信號波形測試點(diǎn)為B點(diǎn)。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(zhǔn)點(diǎn)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(diǎn)B到測試點(diǎn)C。該部分的作用是對交流成分放大，圖4為經(jīng)過放大后的信號波形，信號波形測試點(diǎn)為C點(diǎn)。本電路在設(shè)計(jì)時(shí)只考慮對交流成分的正半波放大，而將負(fù)半波去掉。
第三部分從測試點(diǎn)C到測試點(diǎn)D。該部分的作用是對已經(jīng)放大的信號進(jìn)行濾波處理，以得到比較平直的信號波形，圖5為經(jīng)過濾波處理后的信號波形，信號波形測試點(diǎn)為D點(diǎn)，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(jī)的信號在0～5V的范圍內(nèi)。
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(jié)果
3. 信號的程序處理
在本方案的應(yīng)用中，電流檢測的作用是為了實(shí)現(xiàn)過流和缺相保護(hù)，不作為電流閉環(huán)使用，因此，圖5所示的近似平直的波形已經(jīng)足夠用來作為過流和缺相保護(hù)的判斷。標(biāo)定之后的部分標(biāo)定值為：采樣信號為0.3V時(shí),判定為缺相；采樣信號為3.0V時(shí)，電機(jī)電流為額定值1A；采樣信號為3.6V時(shí)，判定為1.2倍過流，采樣信號為4.5V時(shí)，判定為1.5倍過流。本方案使用80C196MC單片機(jī)作為核心器件，通過時(shí)鐘中斷服務(wù)程序采樣，設(shè)定中斷周期為10ms，即每隔10ms采樣一次，每次采樣10個(gè)值，去掉最大和最小值后取平均值，在一秒鐘內(nèi)可得到100個(gè)平均值，然后將這100個(gè)平均值去掉最大和最小值后，再取平均值，并且依據(jù)標(biāo)定數(shù)據(jù)表進(jìn)行相應(yīng)的判斷,同時(shí)轉(zhuǎn)相應(yīng)的處理。
由于管幅所限，以下僅給出電機(jī)U相的采樣程序，V相、W相以及相應(yīng)的計(jì)算判斷處理程序省略。程序采用MCS-96匯編指令系統(tǒng)編寫。
Start:
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LD AD_C,#11H
ST AD_C,AD_COMMAND ；將11H寫入命令寄存器AD_COMMAND，啟動(dòng)U相采樣
U_Phase:
LD AD_R,AD_RESULT ；將結(jié)果寄存器AD_RESULT的內(nèi)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(zhuǎn)換，繼續(xù)查詢
；如果第4位為0，則說明轉(zhuǎn)換完成，執(zhí)行下述指令
LD AD_R,AD_RESULT ；將AD_RESULT的內(nèi)容再次寫入變量AD_R中
SHR AD_R,#8 ；將A/D轉(zhuǎn)換結(jié)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(zhuǎn)換結(jié)果存入數(shù)據(jù)區(qū)U_DATA中
ADD PU，#2 ；數(shù)據(jù)區(qū)偏移地址加2，以便存儲(chǔ)下一個(gè)采樣數(shù)據(jù)
LD AD_C,#18H
ST AD_C,AD_COMMAND ；將18H寫入命令寄存器AD_COMMAND，啟動(dòng)V相采樣
V_Phase: ；以下指令為V相采樣程序，省略
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4. 結(jié)束語
本方案的欠缺之處在于：當(dāng)電機(jī)電流的頻率超過45Hz之后，實(shí)際電流值與標(biāo)定值之間會(huì)開始出現(xiàn)差異，而且頻率越高，差異越大，這種差異與電流傳感器無關(guān)，而與信號處理電路中的電容有關(guān)，具體情況在此不作分析。但應(yīng)用本方案的門機(jī)系統(tǒng)中，電機(jī)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(jī)系統(tǒng)中已應(yīng)用多年，對過流和缺相起到了很好的保護(hù)效果，而LEM LTS 6-NP電流傳感器在保護(hù)過程中起到了決定性的作用。在產(chǎn)品的長期使用過程中，LEM電流傳感器的使用數(shù)量已達(dá)數(shù)萬個(gè)之多，電流傳感器本身沒有出過任何問題，這充分體現(xiàn)了LEM電流傳感器的品質(zhì)保證，相信具有高性能和高品質(zhì)保證的LEM電流傳感器在各個(gè)行業(yè)中的應(yīng)用會(huì)越來越大。
參考文獻(xiàn)
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[3] 徐愛卿主編．Intel 16位單片機(jī)(修訂版)．北京航空航天大學(xué)出版社．2002年4月
[4] LEM 電壓電流傳感器工業(yè)專用選型手冊
作者簡介：
郭奕珉，男，1972年7月生，江西贛州人，工學(xué)學(xué)士，工程師；現(xiàn)工作于廣州日立電梯有限公司開發(fā)中心，擔(dān)任項(xiàng)目工程師職務(wù)；從事PLC控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)、電力電子與電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的研究開發(fā)工作。
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