導(dǎo)言

本文面向智能通道閘機(jī)領(lǐng)域，針對傳統(tǒng)電平通訊或應(yīng)用方獨立控制雙門通訊方式的通道閘機(jī)無法有效發(fā)送及接收通訊信息而出現(xiàn)應(yīng)用方難于有效控制、易誤傷行人，運行無法同步，維護(hù)難以判斷出錯點、使用者無法有效掌握當(dāng)前閘機(jī)狀態(tài)等問題，設(shè)計了一套基于RS232口+CAN轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議機(jī)制的智能閘機(jī)驅(qū)動方案，該方案采用基于RS232口+CAN通訊轉(zhuǎn)發(fā)方式并實行雙門通過CAN快速獲取對門信息技術(shù)，嵌入高性能伺服驅(qū)動控制技術(shù)及可靠的通訊判斷出錯及保密技術(shù)，解決了通道應(yīng)用方無法快速掌握閘機(jī)狀況、閘機(jī)運行不平穩(wěn)、雙門不同步、雙門狀態(tài)不一、雙門停機(jī)抖動等問題。涉及RS232通訊、CAN通訊、協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制、通訊出錯判斷處理機(jī)制、通訊保密機(jī)制、電機(jī)伺服驅(qū)動等相結(jié)合的技術(shù)。

一、系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)由直流電源(24V至70V)、嘉昱機(jī)電伺服驅(qū)動器、閘機(jī)以及按鍵等構(gòu)成。本系統(tǒng)以RS232協(xié)議接入應(yīng)用方控制設(shè)備，實現(xiàn)方便簡易控制。本系統(tǒng)原理框圖如圖1所示：

圖1  基于RS232口+CAN轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議的智能通道閘框架圖

二、系統(tǒng)功能

1、伺服驅(qū)動器與外部通訊端口為RS232接口，RS-232是現(xiàn)在主流的串行通信接口之一，屬于全雙工通訊方式，可實時的與應(yīng)用方設(shè)備交互狀態(tài)信息及數(shù)據(jù)。

2、雙驅(qū)動器之間采用CAN通訊為基礎(chǔ)，互相之間實時的交互信息與數(shù)據(jù)。CAN通訊是一種高性能和高可靠性的現(xiàn)場總線，他的支持分布式控制或?qū)崟r控制為驅(qū)動器之間通訊提供有效的保障，保證閘機(jī)運行的同步與狀態(tài)的統(tǒng)一。

3、伺服電機(jī)驅(qū)動方式為全閉環(huán)控制，包括位置閉環(huán)、速度閉環(huán)和電流閉環(huán)；采用高穩(wěn)定性編碼器作為位置環(huán)輸入單元，位置環(huán)輸出單元作為速度環(huán)輸入單元，配合優(yōu)越的比例積分微分算法，確保閘門在運行過程中位置定位準(zhǔn)確、響應(yīng)快速、運行平穩(wěn)、無抖動延遲等現(xiàn)象；電流閉環(huán)采用FOC矢量算法，確保電機(jī)無刺耳嘯叫、運行通暢無誤阻擋、力矩合適、使用壽命長。

4、多重防夾保護(hù)功能，由于采用位置閉環(huán)，實時監(jiān)測實際位置與目標(biāo)位置的偏差，當(dāng)偏差角度大于用戶設(shè)定的位置防夾參數(shù)，系統(tǒng)將觸發(fā)位置防夾保護(hù)功能；由于采用電流閉環(huán)，實時監(jiān)測實際電流與防夾保護(hù)電流的偏差，當(dāng)閘機(jī)擺門受到阻擋，實際電流大于防夾保護(hù)電流時，將觸發(fā)電流防夾保護(hù)功能。加上紅外保護(hù)功能，多重保護(hù)功能大大降低誤傷人情形的出現(xiàn)。

5、防止暴力闖閘功能，采用位置閉環(huán)，若在關(guān)閘條件下檢測檢測當(dāng)前位置超過設(shè)置闖閘位置則吸合離合鎖住閘門；采用電流閉環(huán)，若在關(guān)閘條件下檢測電流大于設(shè)定的闖閘電流時則吸合離合鎖住閘門。在鎖住閘門后驅(qū)動器關(guān)斷UVW相線輸出，防止繼續(xù)闖閘離合無法鎖住的情況下電流過高損壞驅(qū)動器。在無再次闖閘的條件下延時設(shè)定的時間后恢復(fù)至關(guān)閘位置，如此完成整個防止暴力闖閘功能。

三、智能擺閘工作流程及原理

圖2    基于RS232口+CAN轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議的智能通道閘工作流程框圖

①　閘門控制命令其中有用戶設(shè)備通過RS232端口下發(fā)的正反開關(guān)閘門、急停閘門、鎖緊釋放離合等命令，設(shè)置參數(shù)有設(shè)置閘機(jī)模式、開關(guān)門速度、開關(guān)門加速度、開關(guān)門角度及常用PID參數(shù)等；

②　閘門信息，伺服驅(qū)動器通過RS232返回當(dāng)前閘門狀態(tài)（如開門到位、關(guān)門到位、找零中、開關(guān)門過程中等），此外還會返回閘門當(dāng)前報警狀態(tài)及錯誤類型（如檢測霍爾失敗、欠壓、過壓、過流、過載等）；

③　轉(zhuǎn)發(fā)用戶設(shè)備所下發(fā)的門控命令及設(shè)置參數(shù)，同時將驅(qū)動器1門狀態(tài)信息通過CAN方式發(fā)送至驅(qū)動器2；

④　將驅(qū)動器2門狀態(tài)信息通過CAN方式發(fā)送至驅(qū)動器1，通過與第③步相結(jié)合從而保證雙門的同步依據(jù)狀態(tài)的統(tǒng)一，如單門運行阻擋則對門同樣執(zhí)行停機(jī)進(jìn)入對軸阻擋狀態(tài)，單門被強(qiáng)制推閘則對門同樣執(zhí)行抱鎖離合狀態(tài)；

⑤　驅(qū)動器1鏈接閘門轉(zhuǎn)動以及執(zhí)行鎖閘操作；

驅(qū)動器2鏈接閘門轉(zhuǎn)動以及執(zhí)行鎖閘操作。

本方案的有益效果在于：

  1、簡化應(yīng)用方使用難度，不用考慮雙門同步及雙門狀態(tài)統(tǒng)一問題，只需下發(fā)門控命令及查詢狀態(tài)信息。

  2、運行效果較好，采用優(yōu)化后的最新算法，極大的增加了閘門的運行速度，可達(dá)250MS；

  3、開關(guān)門過程閘門運行平穩(wěn)，無過沖及抖動狀況。

  4、極高的安全性，多重安全保護(hù)模式，位置角度偏差保護(hù)及過流保護(hù)等多種保護(hù)措施，極大的降低了對行人的傷害；

  5、穩(wěn)定性較高，當(dāng)有強(qiáng)行闖閘或者暴力沖擊，控制器報警提示及自我恢復(fù)，并記錄數(shù)據(jù)；

結(jié)束語：

采用串口通訊加CAN同步機(jī)制，大大提高了智能通道閘的信息交互能力，增加客戶體驗感，降低設(shè)備維護(hù)難度。采用伺服電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，能帶來設(shè)備的功能大幅升級，給設(shè)備制造商多一個選擇。結(jié)合當(dāng)前“一帶一路”的大環(huán)境，必將和我們的設(shè)備整體一起走向國際市場。給中高端通道閘機(jī)，安上一棵“中國芯”！

以上內(nèi)容未經(jīng)書面許可，不得拷貝和抄襲，全部內(nèi)容已經(jīng)由深圳市嘉昱機(jī)電有限公司申請了發(fā)明專利和實用新型，并已經(jīng)提交軟件發(fā)明著作。