环链电动葫芦能效监测新方法

时间：2022-06-02

环链电动葫芦能效监测新方法

陶守凯

蓝创起重机械（江苏）有限公司江苏东台 224200

摘要：针对目前环链电动葫芦能效测试测量数据分散、运行控制自动化程度低、测试采集装置布置繁琐、测试效率低的问题，采用微控制器技术，研发了一款集供给能采集、负载高度测量、有效能计算、能效值计算、能效分级、运行自动控制于一体的多功能、便携式的电动葫芦能效测试仪。该测试仪融入了物联网和云平台技术，可以实现能效的在线监测和云监控。该测试仪的研发大大提高了电动葫芦能效测试的测试效率和测试精度，为环链电动葫芦能效测试和能效远程监管提供了技术支持。

关键词：环链电动葫芦能效监测自动化测试物联网

电动葫芦能效测试和能效评价的研究和应用在我国刚刚起步，国家对电动葫芦能效的要求日益规范。GB/T30028—2013《电动葫芦能效测试方法》规范了电动葫芦的能效测试方法，GB/T12745—2016《电动葫芦能效限额》，规定了各种电动葫芦的低能效限额，根据能效值划分了能效等级。

目前，电动葫芦能效测试多在电动葫芦试验台进行，而具备国家标准的能效测试台较少，测试结果的准确性和精度不高。由于电动葫芦能效测试过程中测量点较分散，需要在不同位置安装传感器和信号采集器，传统电动葫芦试验台通过现场总线传输测量数据，安装部署流程繁琐，测试流程的自动化程度不高。所以，研制一种集成式、自动化电动葫芦能效测试装置，提高电动葫芦能效测试的自动化和信息化，对电动葫芦的能效能效测试、标准研究、节能设计、节能监管等具有重要意义。

1硬件组成

1.1系统总体组成

图1所示测试仪主要由微控制器、数据接口转换模块、电能采集模块、ZigBee无线通讯模块、负载高度测量模块、SD卡存储模块、GSM无线通讯模块、触摸屏、IO驱动模块和电池模块组成。

图1 系统总成

1.2主要配置

1.2.1电池供电模块,包括锂电池、电池充放电保护电路、稳压电路，锂电池作为电池充放电保护电路供电电源；电池充放电保护电路用于锂电池发生过充放电时自动切断外部充放电回路；稳压电路对锂电池的输出电压进行稳压滤波，为其他模块提供稳定的工作电压。电池充放电保护电路采用S-8262A芯片保护模块。电池的组成结构见图2。

图2 电池组成结构

1.2.2电能采集模块,采用DSSX/DTSX838型三相智能电表，可同时测量电能、电压、电流等数据，准确度为0.5级。

1.2.3ZigBee无线通信模块。采用CC25302.4GHz通信芯片，支持ZigBee通信协议，通信速率达250Kbps，且具有低功耗特性。

1.2.4负载高度测量模块采用激光测距传感器，精度达1mm，量程达50m，适用于大多数环境下的能效测试。

1.2.5微控制器采用STM32F407VET6型微控制器，控制测试流程的运行，控制器主频为168MHz，满足运

算要求，同时具有4路串口外设，满足测试仪多路通讯接口的需求，并具有SDIO接口，可扩展SD卡存储。

1.2.6GSM无线通信模块采用RisymA6型通信模组，支持GPRS数据传输，支持TCP、HTTP通讯方式。

1.2.7触摸屏交互模块采用DMT80480T050_02W型串口触摸屏，提供测试流程所需的GUI显示，工作稳定，适用于工业级场景。

2工作原理

微控制器运行测试程序，通过触摸屏输入参数、指令和显示，通过IO口驱动模块，按照规定流程控制电动葫芦运行（上升、悬停、下降、停止），同时通过RS485转TTL模块发送命令给电能采集模块，然后读取RS485转TTL模块转发回的数据，并通过Zigbee无线通信模块发送命令给与Zigbee无线通信模块连接的负载高度测量模块，读取Zigbee无线通信模块转发回的数据，计算具体能效。将测试过程数据和能效数据以文件的形式存储到SD卡存储模块，然后通过GSM无线通信模块将数据发送到服务器端；电能采集模块采集测试过程中电动葫芦的耗电量、电压以及电流数据；Zigbee无线通信模块负责微控制器和负载高度测量模块之间的通信；负载高度测量模块负责测试过程中电动葫芦所带负载的高度测量；RS485转TTL模块负责微处理器主控模块和电能采集模块之间的通信；电池供电模块为各模块提供电能；SD卡存储模块存储测试过程数据及能效数据文件；IO口驱动模块放大微控制器IO口弱电信号，输出至与之连接的电动葫芦电气控制箱端口。

3功能特点

3.1集成度高集供给能测试、有效能测试、起升高度测试、能效等级划分为一体。

3.2运行自动控制按照GB/T30028—2013《电动葫芦能效测试方法》规定的测试流程，电动葫芦自动升降运行。

3.3基于物联网的无线通讯激光测距仪测出的数据通过ZigBee无线传给微控制器，计算结果通过GSM无线传给服务器。

3.4基于云平台的数据分析测试的数据通过GSM

传给服务器，服务器中的云平台进行数据分析。

3.5采用触摸屏的人机界面数据输入、运行操作和显示通过触摸屏实现，方便快捷。

3.6结构紧凑体积小，质量轻，便于携带。

3.7布线方便只需将控制输出线接到电动葫芦的接触器上。

3.8应用广泛仪器的测试能力不受电动葫芦吨位的限制，并且可以应用在工频和变频电动葫芦上。

4测试数学模型

4.1供给能测量

通过智能电表测量电动葫芦起升机构在特定工作级别下的测试周期内完成起升动作所输入的能量，即供给能，计算式为（1）

式中：E为10个运行周期的供给能，Di为*i个周期电动葫芦在上升阶段从电能表上读出的数据。

4.2高度测量

采用激光测距仪测量起升距离，测量方向垂直向下，并与重力方向的角度差不大于0.5°，地面放置反光板，反光板垂直于起升距离的测量方向。起升距离为（2）

式中：li1为*i个周期起升前激光测距仪读数；li2为*i个周期起升后，载荷完全静止时激光测距仪读数。

4.3有效能测量

根据电动葫芦的测试起重载荷和测试起升行程，计算电动葫芦在规定的工作周期内完成升降动作所产生的势能的变化即有效能，计算式为（3）

式中：Q为10个工作周期内的有效能，G为电动葫芦实际起升载荷质量，Hi为电动葫芦载荷在*i个工作周期起升的距离。

4.4能效计算

根据规定工作周期内输入能和有效能之比，计算电动葫芦的能效值，计算式为（4）

5测试流程

5.1测试开始前

首先，准备好被测电动葫芦额定载荷。其次，将测试仪的控制输出线接到电动葫芦控制箱的接触器上，单速电动葫芦有上升和下降两个接触器分别控制电动葫芦的上升和下降，双速电动葫芦有快升、快降、慢升、慢降，4个接触器分别控制葫芦的慢速升降和快速升降。后，接入外部电源。短期测试不需要额外电源，测试仪自带电池电源，长期测试时需要接通外部电源。

5.2测试中

首先，启动测试仪。其次，输入参数。通过触摸屏输入一个运转周期中起升、悬停、下降、停止的时间长度，输入运转周期数，输入电动葫芦参数和测试信息。然后，启动测试。点击触摸屏上的启动触摸键，

启动测试程序。后，注意观察测试工况。测试过程中出现制动下滑量过大、负载高度过低、能耗过高或达不到试验条件，或试验出现危险状况时，点击触摸屏上的停止触摸键，停止试验。

5.3试验结束

电动葫芦运行周期达到设定的周期数后，系统自动停止运行，数据存储在SD卡存储模块中，并通过GSM将数据发送给服务端。为了防止网络故障和仪器故障及其他原因造成的数据丢失，试验结束后可将数据导出到电脑或者移动存储设备上备份。

6. 蓝创起重LANC环链电动葫芦的特点及检验

6.1环链电动葫芦的整体特点

1、外壳：铝合金外壳，坚实而轻质。有特殊散热片，散热快，克连续使用，效率达百分之四十，可使用在化工厂、电镀厂等地方；

2、旁磁刹车：新设计的磁力产生器，其特性为产磁。可在切断电源的同时间刹车，吊重时刹车及时可靠；

3、限位开关：吊上吊下都有限位开关装置，使自动停止，防止链条**出，确保可靠；

4、链条：采用FEC G80 加热处理合金钢链条。在雨水、海水、化学品及其他恶劣状况下使用；

5、吊钩：经热锻造，强度高，不易断裂。下吊钩可旋转360度，附吊钩舌片，确保操作可靠；

6、支撑架：吊重支撑架由两片钢板组合，非常坚固；

7、变压器：24v/36v/48v等变压装置。操作时，万一漏电，克防止意外发生，下雨时，可保证操作可靠；

8、电磁接触器：可高频率使用，没有问题；

9、逆向保护器：特殊电器装置，当电源接线错误时，控制电路无法动作；

10、按钮开关：使用防水按钮开关，轻便耐用。

6.2蓝创起重环链电动葫芦产品生产测试全流程简介

蓝创起重机械（江苏）有限公司是一家环链电动葫芦、KBK轨道、悬臂吊、智能辅助提升设备等的生产公司，公司产品种类齐全，随着市场发展，产品不断升级，并获得客户高度认可。环链电动葫芦目前主要分为LCK系列和LCR系列，分别对应的是两款不同时间的环链电动葫芦，增加了现场物料提升设备的选择性，一种属于常规标准款提升葫芦，一种属于变频器控制提升葫芦。作为环链电动葫芦生产厂家，始终紧盯生产，牢固生产品质，为用户提供高品质环链电动葫芦是我们的使命。下面简单介绍下我们公司环链电动葫芦生产测试的全部流程。

环链电动葫芦由电机、齿轮箱、中间件、链条、电器控制系统等组成。我们从原料采购、加工、组装、测试、出厂，全流程控制。

6.2.1原料采购

原料主要指铸件毛坯件、吊钩件、铝合金外壳件、齿轮、电缆、电器等各种组成部件；

6.2.2加工

铸件、毛坯件等进厂后，经过仓库初检，并由机加领料，按照图纸加工。我公司拥有数控机床5台，加工机床5台，钻床、磨床等11台，能满足常规件加工，以及非标定制加工；

6.2.3组装

经过机加机床的加工后，有组装部门进行葫芦初步组装，在根据加工工艺说明书后，进行初步组装测试，这里主要测试葫芦的运行顺畅程度、噪音程度等；

6.2.4测试

在经过初步测试后，由测试人员进行整体通电测试，这里需要对葫芦电机能效、通电运行噪音、葫芦是否卡顿等情况进行了解，按照工艺说明书的要求，对不满足要求的葫芦进行下一步调整，其他满足能效、工艺要求的转运到喷涂线；

6.2.5喷涂

蓝创起重机械所使用的喷涂线是全自动喷涂线，葫芦在全流程中，不落地，保持外形美观，漆面完整。

6.2.6打包

环链电动葫芦经过能效测试、喷涂之后，在流水线中流转到打包区域，在打包区域，葫芦完成整体组装，通电测试，在和用户确认的高度等在这一步就要实现。

6.2.7发货

经过以上步骤之后，环链电动葫芦整体组装测试打包全部结束了，并有打包区域人员，用铲车运到待发货区域，经过仓库人员入库后，方可按要求通知物流发货。

7. 结束语

能效检测和电动葫芦运行自动控制于一体，提升了检测效率，降低了检测工作量。供给能检测、有效能检测、能效计算、环链电动葫芦运行控制同步进行，避免了量值传送、偏差变大、数据统计偏差及数据舍入等造成的偏差。引进物联网技术，完成能效在线监控。不但能够进行单机能效检测，还可以将仪器放到实地完成远程的能耗监测。测试报告通过GSM发送给服务器云平台，可以对数据进一步分析处理，为能效云平台的搭建提供了基础。

参考文献

[1]GB/T30028—2013电动葫芦能效测试方法研究[S].

[2]GB/T12745—2016电动葫芦能效测试方法研究[S].

[3]王松雷，黄永明，刘安国，基于物联网的电动葫芦能效自动化测试仪[G]起重运输机械2019（1）127-129

[4]蓝创起重机械环链电动葫芦选型手册 2019版

13056164037

词条
词条说明
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