Модернизация системы передачи сигналов между электрооборудованием кабины и станцией управления пассажирским лифтом

 

Развитие инфраструктуры современного мегаполиса невозможно без многоэтажных жилых, производственных и офисных зданий. Рост численности населения в крупных городах вызывает необходимость постоянного увеличения жилищного фонда и, во многом, это компенсируется увеличением этажности жилых многоквартирных домов. Само же высотное строительство в значительной мере определяется возможностями лифтостроения.

Широко распространенная система управления лифтом серии УЭЛ для выполнения приказов и передачи всех сигналов в кабину лифта использует 3 шлейфа по 12 жил и один — на 6 жил. Данная конструкция является довольно громоздкой, большое количество шлейфов утяжеляет кабину лифта, также возникают сложности при ремонте самого шлейфа. Дело в том, что каждый сигнал идет по персональной жиле кабеля и в случае ее обрыва необходима резервная незадействованная в общей схеме жила, в противном случае требуется замена всего кабеля. Монтаж подвесного кабеля — кропотливое и трудоемкое занятие, требующее особого внимания, достаточно перепутать подключение всего одной жилы и лифт выходит из строя, выдавая ошибку. Большое количество медных токопроводящих жил, и немалая длина шлейфа делают его привлекательным для «сборщиков» цветных металлов. В своей работе мы предлагаем возможный путь решения данных проблем.

В основе предлагаемого улучшения системы лежит использование программируемой платы, например, плат компании Arduino, loT компании Tibbo c Ethernet-конвертером и подобные им и FTP-кабель.

1.                Кратко рассмотрим программируемые платформы на примере платы Arduino UNO.

Основой Arduino UNO является микроконтроллер ATmega 328P. Платформа имеет 14 цифровых входов/выходов, 6 аналоговых входов, кварцевый генератор 16 МГц, разъем USB, силовой разъем, разъем ICSP и кнопку перезагрузки.

Микроконтроллер — это микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами. Типичный микроконтроллер сочетает в себе функции процессора и периферийных устройств, содержит ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) или ПЗУ (постоянное запоминающее устройство). По сути, это небольшой компьютер, способный выполнять определенные задачи. Микроконтроллеры применяются в вычислительной технике, электронике и разнообразных устройствах бытовой техники, в которой используется электронные системы управления, стиральных машинах, микроволновых печах, посудомоечных машинах, телефонах и современных приборах, различных роботах, системах «умный дом», устройствах промышленной автоматики [1].

Программируемая платформа, предназначена для управления физическими процессами с использованием ЭВМ с открытым программным кодом, построенная на простой печатной плате с современной средой для написания программного обеспечения. Платы Arduino строятся на основе микроконтроллеров, а также элементов обвязки с другими схемами. В микроконтроллер предварительно прошивается загрузчик, поэтому внешний программатор не нужен. Интегрированная среда разработки Arduino — это кроссплатформенное приложение на языке программирования Java. Среда спроектирована для программирования новичками, не знакомыми близко с разработкой программного обеспечения. Платформа Arduino по техническому оснащению идеально применима для решения сложных технических задач, связанных с разработкой больших технических проектов и их комплексной автоматизации [6].

2.                FTP-кабель

Для передачи данных между электронными устройствами используются сети на основе технологий Ethernet. Они основаны на пакетной передаче данных. Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне. В настоящее время это наиболее распространенный способ построения локальных сетей.

Проводное соединение строится на основе витой пары, которая представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой (с небольшим числом витков на единицу длины), покрытых пластиковой оболочкой. Существует несколько типов экранирования витой пары, которые определяют технологию и назначение защиты от электромагнитных воздействий. Выделяют такие типы витой пары:

UTP — (Unshielded twisted pair — неэкранированная витая пара) — кабель не имеет защитного экрана.

FTP или F/UTP — (Foiled twisted pair — фольгированная витая пара) — кабель имеет один внешний общий защитный слой из фольги.

STP (Shielded twisted pair — экранированная витая пара) — кабель имеет экран для каждой пары и внешнюю защиту наподобие сетки. Существуют и другие менее распространенные типы экранирования. [12]

В данной работе мы предлагаем заменить подвесной кабель лифта, передающий сигналы, на FTP-кабель. Так как для работы исполняющих устройств лифта используется напряжение 380В, то проложенные в шахте силовые кабели, излучают электромагнитные помехи. Поэтому для передачи цифрового сигнала используется экранированный FTP-кабель. Все сигналы, поступающие от оборудования кабины, будут поступать на программируемую плату, которая переведет их в цифровой код, и передаст по FTP-кабелю на такую же плату, где и произойдет их декодирование с дальнейшей передачей в систему управления лифтом. Обратная передача сигналов будет проходить аналогичным образом.

3.                Принцип передачи сигнала между электрооборудованием лифта:

1.                Сигнал 24В по токопроводящей жиле поступает через понижающий адаптер на определенную линию ввода программируемой платы;
2.                В программируемой плате сигналу присваивается цифровой код;
3.                Данный код передается по сети Ethernet к аналогичному устройству;
4.                Цифровой код расшифровывается и к определенной линии вывода платы подается сигнал;
5.                Сигнал замыкает реле определенного провода с напряжением 24В;
6.                Сигнал приходит в конечный пункт.

(Принципиальная схема передачи сигнала приведена в приложении 1).

Неизменным остается шлейф, подводящий электроэнергию к оборудованию кабины и жила заземления кабины. Соответствующие жилы кабеля подают электропитание к освещению кабины (220В), аварийному освещению кабины (36В), розетке поста ревизии (220В), посту ревизии (24В), блоку управления автоматикой дверей (220В), посту приказов (24В). Также в шлейфе необходимо выделить 2 жилы для устройств связи пассажиров с диспетчером.

Расстояние гарантированной передачи сигнала по кабелю без потери ввиду затухания составляет 100 метров [13]. Сто метров кабеля весят порядка 3,5 кг., что исключает необходимость в усиливающих элементах типа трос, т. к. прочность FTP-кабеля на разрыв составляет 40 кг. [14]. Кабель обжимается стандартными коннекторами RJ-45 (8P8C). Подключение осуществляется в соответствующий разъем на плате. Монтаж кабеля предусматривает его жесткое крепление к стене шахты и кабине лифта.

Предполагается, что необходимое программное обеспечение, переводящее сигналы в цифровой код и передающее их по сети, электромеханик сможет скачать с сайта и с помощью ноутбука загрузить на плату. Новые лифты можно оснащать программируемыми платами и программировать их непосредственно на заводах.

Выводы:

1.                Предложенные изменения позволяют модернизировать систему передачи сигналов между электрооборудованием лифта.
2.                Замена подвесного шлейфа на FTP-кабель позволяет значительно упростить монтаж и ремонт шлейфа лифта.
3.                Малый вес и незначительное количество меди в FTP-кабеле решают проблему его воровства.

В настоящее время FTP-кабель распространен повсеместно. Его не нужно специально заказывать и можно приобрести практически в любом магазине электротоваров, где производится и его обжим коннекторами. Также он позволяет уменьшить количество кабелей в шахте, увеличить грузоподъемность лифта (на 20–40 кг). Малый вес FTP-кабеля и очень сложный процесс извлечения из него меди делают его бесполезным для «сборщиков» цветных металлов.

Сейчас на рынке множество производителей, которым можно заказать разработку и изготовление печатных плат с необходимыми характеристиками. Низкая стоимость программируемых платформ (30–50 долларов), простая и понятная среда программирования и возможность их аппаратного расширения делает их довольно популярными.

Перспективность предложения: серийное производство пассажирских лифтов с предложенной нами системой передачи сигналов даст серьезное конкурентное преимущество его производителям.

В дальнейшем мы планируем продолжить работу над модернизацией систем лифтов и сделать их не только современными, но и удобными как пассажирам, так и монтажникам.

За помощь в работе благодарим научных руководителей: Сафронова Р.А, Зубашкову Т. Н.; работников лифтового хозяйства с различных сайтов лифтовиков; работников и авторов сайта https://cyberleninka.ru и родителей!

Приложение

Принципиальная схема передачи сигнала

 

Литература:

 

1.                Аджиев Р. А., Картанвцев Д. В., Микроконтроллеры. ARDUINO и IDE. Среда разработки // Проблемы обеспечения безопасности при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций, 2015, с.10–12
2.                Антоневич А. И. Анализ современных конструкций лифтов и тенденций их развития // Вестник БНТУ, № 5, 2010, с.18–21
3.                Бирюков В. С. Проблема инвестирования капитального ремонта и замены выработавших свой ресурс лифтов в системе жилищно-коммунального хозяйства России // Транспортное дело России, 2012, с.90–93
4.                ГОСТ Р МЭК 60227–6-2002. Лифтовые кабели и кабели для гибких соединений. Госстандарт России // Государственный стандарт Российской Федерации, М., 2002
5.                Манухин С. Б. Устройство, техническое обслуживание и ремонт лифтов: Учебник для нач. проф. образования, М., 2004
6.                Омельченко Е. Я., Танич В. О., Маклаков А. С., Карякина Е. А. Краткий обзор и перспективы применения микропроцессорной платформы ARDUINO // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника, 2012, с.18–33
7.                Пассажирские лифты. Под ред. канд. техн. наук П. И. Чутчикова, М., «Машиностроение», 1978
8.                Система управления лифтом пассажирским с частотным регулированием главного привода СУ-ЛП 0611. Техническое описание и инструкция по эксплуатации ДУАМ 1.425.007 ТО, Вышгород: ОАО «РОДОС», 2005
9.                Таранцев А. А., Новоселов Р. Н., Родичев А. Ю. Высотные здания и их пожарная безопасность // Научно-аналитический журнал «Вестник Санкт-Петербургского университета Государственной пожарной службы МЧС России, 2010, с.1–7
10.            /http://www.liftspas.ru/read/2/70-obshhaya-harakteristika-sistem-upravleniya-liftov.html/
11.            /https://лифты-казани.рф/p176904298-kabel-podvesnoj-ploskij.html/
12.            /https://hobbyits.com/texnicheskie-xarakteristiki-vitoj-pary/
13.            /https://nag.ru/articles/article/23464/100-metrov-ethernet.html/
14.            /http://www.magnumblog.space/images/stories/lan_cable.pdf/