軌道交通滑動式電動安全欄桿門機控制系統的制作方法
【專利摘要】一種軌道交通滑動式電動安全欄桿門機控制系統，包括按鍵顯示部分、控制驅動部分和通訊處理部分；按鍵顯示部分、通訊處理部分分別與控制驅動部分電信相連；按鍵顯示部分完成按鍵處理和數字顯示功能，用于人機對話，接受和反饋用戶指令；控制驅動部分完成整個系統的供電、用戶命令的處理、電機運動過程的控制以及對電機各種信號的監測和控制；通訊處理部分完成與上位機的通訊，將電機狀態通過RS485總線上傳給上位機，同時接受上位機的控制參數下傳。本發明提供了一種不需要PLC控制信號的純S型運動曲線的電動安全欄桿門機控制器系統。主要應用于軌道交通站臺屏蔽門、安全門、電動安全欄桿及BRT系統。
【專利說明】軌道交通滑動式電動安全欄桿門機控制系統

【技術領域】
[0001]本發明涉及信號處理，尤其涉及一種軌道交通滑動式電動安全欄桿門機控制系統。

【背景技術】
[0002]地鐵屏蔽門/安全門系統的就地控制，一般采用PLC加屏蔽門/安全門驅動器的組合形式，由PLC接收并判斷外部的開關門信號，與驅動器的反饋信號進行綜合后，組合發出開關門指令。當關門過程遇阻時，由PLC結合遇阻信號，將關門信號反轉為開門信號，然后一段時間后，再重復進行關門試驗。連續數次，持續遇阻后，PLC發出開門指令，控制驅動器開門，并向上位機發出故障信號。
[0003]PLC的作用是起到信號的上傳下達，并智能控制的作用。同時兼起與上位機的信號通訊作用。將驅動器的狀態傳送給上位機。
[0004]一般驅動器的開關門曲線如圖1所示。
[0005]從收到開門指令開始，驅動器突然施加一個力在電機上，電機驅動皮帶突然收緊，拉動門體向開門方向移動。在達到最大速度前基本以一個較大的開門力拉動門體克服摩擦力加速運動，當快到到達開門到位點后，開始減速，電機被施加反向力拖動皮帶減速，以降低運動速度。最后以一個較低的速度撞上開門到位的機械限制點。停止運動。
[0006]這種形式的最大問題在于門體從靜止到運動的瞬間，被突然施加了一個較大的開門力，即力是從零一下加到開門力。這里存在一個力的突變，表現在機械上即為皮帶突然收緊，會出現皮帶的跳動，如果皮帶在長期運行過程中有松動的話，會出現較大的異響。對皮帶的壽命有一定的影響。
[0007]常規的驅動器如果出現故障后，會自動停止，需要人為加以干涉，進行檢修后，再重新進行運行。實際運行過程中，較多出現的過流故障，屬于機械負載突發過重，或者人為臨時對門體運行進行阻礙。這類故障如果能由驅動器進行智能判斷，智能恢復的話，能大大減少故障的運行恢復時間。這就是驅動器的故障智能分類判斷重運行技術。


【發明內容】

[0008]本發明的目的，就是為了解決上述現有技術存在的問題，提供一種軌道交通滑動式電動安全欄桿門機控制系統。
[0009]為了達到上述目的，本發明采用了以下技術方案:一種軌道交通滑動式電動安全欄桿門機控制系統，包括按鍵顯示部分、控制驅動部分和通訊處理部分；按鍵顯示部分、通訊處理部分分別與控制驅動部分電信相連；按鍵顯示部分完成按鍵處理和數字顯示功能，用于人機對話，接受和反饋用戶指令；控制驅動部分完成整個系統的供電、用戶命令的處理、電機運動過程的控制以及對電機各種信號的監測和控制；通訊處理部分完成與上位機的通訊，將電機狀態通過RS485總線上傳給上位機，同時接受上位機的控制參數下傳。
[0010]所述按鍵顯示部分包括三個機械式按鍵、按鍵顯示專用集成芯片CH492和LED顯示器，三個機械式按鍵通過按鍵顯示專用集成芯片CH492與控制驅動部分電信相連向其輸送按鍵信號，LED顯示器通過按鍵顯示專用集成芯片CH492與控制驅動部分電信相連接收來自控制驅動部分的LED信號并進行LED顯示。
[0011]所述控制驅動部分包括電源處理模塊，霍爾傳感與光電編碼器，MCU控制器，MOSFET驅動器和電流檢測反饋電路；電源處理模塊輸入36V直流供電，經過整流濾波、DC-DC變壓后分別輸出+15V、+5V、+3.3V和隔離+5V電壓到系統各用電元件；霍爾傳感與光電編碼器的輸入連接電機的霍爾位置信號輸出，霍爾傳感與光電編碼器的輸出連接MCU控制器，MOSFET驅動器的輸入連接MCU控制器的一個輸出，MOSFET驅動器的輸出連接電機，電流檢測反饋電路的輸入連接電機，電流檢測反饋電路的輸出連接MCU控制器；所述按鍵顯示部分、通訊處理部分分別與MCU控制器電信相連。
[0012]所述通訊處理部分包括RS485總線與光電隔離電路，RS485總線與光電隔離電路雙向通訊相連，光電隔離電路與控制驅動部分的MCU控制器雙向通訊相連。
[0013]所述LED顯示器包含2位8字顯數碼管。
[0014]所述霍爾傳感與光電編碼器主要包括74HC07D芯片、多個上拉電阻和濾波電容，74HC07D芯片、多個上拉電阻和濾波電容構成電平轉換電路，將電機轉動后的5V霍爾信號與光電碼盤信號經過濾波和上拉后進行電平轉換成為消除干擾的3.3V信號，送入MCU控制器進行數據處理，由此得出當前的電機轉子位置。
[0015]所述MCU控制器主要包括主芯片TMS320F2802、IR2136和M0SFET，其接受外部輸入的開門、關門、強制關門、自動復位信號和內部回饋信號進行處理后控制驅動器的運作，主芯片TMS320F2802為TI公司32位DSP，運算頻率60MHz，32K的flash和12K字節的SRAM。
[0016]所述MOSFET驅動器主要包括預驅動芯片IR2136S以及6個M0SFETIRF540N，其驅動電機轉動，并且帶有過欠壓和過流監測，電壓和電流超出正常范圍時會自動停止工作并向主芯片報警。
[0017]所述RS485總線采用隔離的5V電源單獨供電。
[0018]本發明采用TI公司的32位DSP TMS320F2802作為主控CPU，利用32位DSP的強大運算處理能力，除完成驅動器的門體運動控制功能外，將PLC的功能整合進了控制器中，由控制器代替PLC接收上位機的開關門信號，并結合控制器運行過程中的遇阻信號，自行補齊重開門信號，控制門體運動。并與上位機通過RS485總線進行MODBUS通訊控制。對于門體運動采用全S型驅動方式，同時內部整合了故障信號智能處理系統，對故障信號進行智能分類。與現有技術相比，本發明具有以下優點:
[0019]1、將PLC功能整合進驅動器中。因為本驅動器具有通訊功能，因此可以通過與上位機的通訊，將開關門信號與驅動器的反饋信號經過驅動器內部程序處理后，整合為一體。這樣，當驅動器在關門過程中遇阻后，即使在外部關門信號持續有效時，驅動器自行內部提供一個開門信號，使驅動器驅動電機開門，然后重復三次自行關門。如果重復遇阻，則驅動器將門體開至開門端，并向上位機通訊報告遇阻故障。因為DSP的強大數據處理能力，使驅動器在運行大量的電機處理程序外，仍然有較多時間進行PLC的信號處理與通訊功能。節省了成本。
[0020]2、采用全S型兩段曲線控制，電機在任何時候，受到的力都是一個S型的曲線力，即加速度以S型變化。這樣有效地減少了皮帶的跳動，對延長整個機械系統的壽命大有好處。同時整體的開關門效果表現得比一般的門體要柔順許多。圖7所示是本發明采用的開關門曲線?？梢钥吹剑谳^陡峭的加速度曲線前，有一段較柔和的預加速過程，充分將機械系統的嚙合因素考慮進去，通過預加速保證機械系統的充分嚙合后，再以較大的加速度將門體加速上去。對機械系統的沖擊達到了最小。保障了整個系統運行的壽命和平滑性。
[0021]圖8為典型S曲線加減速過程分析圖，從圖8可以看出，加速過程可以分成加速度增加，加速度保持和加速度遞減三個過程，因此S型曲線對電機的施加力永遠是柔和慢加，達到Amax后才保持在此最大力。同理可應用于減加速度過程的分析。
[0022]3、故障分類處理能力
[0023]一般的驅動器提供的故障類型為過壓，欠壓，過流，過負荷，內部故障等。當出現故障后，驅動器報出錯誤代碼，停機。等待維修人員更換處理。
[0024]但根據現場運行分析，絕大部分故障均為運行過程中造成的過壓、欠壓與過負荷故障。而這些故障屬于非持續型故障，當現場情況出現稍微的變化后，引起故障的原因就會消失。因此，如果我們采用發現故障時，對以上三種非持續性故障暫時關閉電機輸出，現場人員可以采用人為將門關閉后，這樣會有一段時間延遲，很有可能此時故障引起原因消失。此時再重新試恢復控制，則有很大可能恢復運行。如果延時后，仍然出現此類故障，則標記為不可恢復型故障，永久停機。采用此方法，可以將大部分非持續型故障在較短的時間內恢復運行，減少了故障維修與響應的時間。提高了運行的效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為現有技術驅動器的開關門曲線示意圖；
[0026]圖2為本發明軌道交通滑動式電動安全欄桿門機控制系統的結構示意圖；
[0027]圖3為本發明中的電源處理模塊的結構及供電關系示意圖；
[0028]圖4為本發明中的霍爾傳感與光電編碼器的結構及連接關系示意圖；
[0029]圖5為本發明中的按鍵顯示部分的結構及連接關系示意圖；
[0030]圖6為本發明中的控制驅動部分的結構及連接關系示意圖；
[0031]圖7為本發明的開關門曲線示意圖；
[0032]圖8為典型S曲線加減速過程分析圖。

【具體實施方式】
[0033]參見圖2，配合參見圖3、圖4、圖5、圖6。本發明的軌道交通滑動式電動安全欄桿門機控制系統，包括按鍵顯示部分1、控制驅動部分2和通訊處理部分3 ;按鍵顯示部分、通訊處理部分分別與控制驅動部分電信相連；按鍵顯示部分完成按鍵處理和數字顯示功能，用于人機對話，接受和反饋用戶指令；控制驅動部分完成整個系統的供電、用戶命令的處理、電機運動過程的控制以及對電機各種信號的監測和控制；通訊處理部分完成與上位機的通訊，將電機狀態通過RS485總線上傳給上位機，同時接受上位機的控制參數下傳。
[0034]配合參見圖5，本發明中的按鍵顯示部分I包括三個機械式按鍵11、按鍵顯示專用集成芯片CH492和LED顯示器12，三個機械式按鍵通過按鍵顯示專用集成芯片CH492與控制驅動部分電信相連向其輸送按鍵信號，LED顯示器通過按鍵顯示專用集成芯片CH492與控制驅動部分電信相連接收來自控制驅動部分的LED信號并進行LED顯示。按鍵顯示部分用于人機交互，由按鍵顯示專用集成芯片CH492、2位8字顯數碼管、3個機械式按鍵和若干周邊元器件組成。按鍵顯示部分通過按鍵接受用戶的指令，處理后將信號送至控制驅動部分，并從控制驅動部分接收LED的顯示命令，根據命令內容點亮LED的各個數碼管。
[0035]配合參見圖3、圖4、圖6，本發明中的控制驅動部分2包括電源處理模塊21，霍爾傳感與光電編碼器22，MCU控制器23，MOSFET驅動器24和電流檢測反饋電路25。
[0036]配合參見圖3，電源處理模塊的功能為控制系統供電，主要包括電源管理集成芯片、變壓器、三端穩壓集成芯片、低電壓差調節芯片、運算放大器。電源處理模塊輸入36V直流供電，經過整流濾波、DC-DC變壓后分別輸出+15V、+5V、+3.3V和隔離+5V電壓到系統各用電元件。
[0037]配合參見圖4,霍爾傳感與光電編碼器的輸入連接電機的霍爾位置信號輸出，霍爾傳感與光電編碼器的輸出連接MCU控制器?；魻杺鞲信c光電編碼器用于無刷電機的換相與運行位置判斷。主要包括:74HC07D芯片、若干上拉電阻和濾波電容。74HC07D芯片、若干上拉電阻和濾波電容購成一個電平轉換電路，將電機轉動后的霍爾5V信號與光電碼盤信號經過濾波和上拉后進行電平轉換成為消除干擾的3.3V信號，然后送入主芯片進行數據處理，由此得出當前的電機轉子位置。主芯片對3.3V和5V皆有效。
[0038]配合參見圖6，MOSFET驅動器的輸入連接MCU控制器的一個輸出，MOSFET驅動器的輸出連接電機，電流檢測反饋電路的輸入連接電機，電流檢測反饋電路的輸出連接MCU控制器。MCU控制器和MOSFET驅動器為本系統的核心，MCU控制器主要包括主芯片TMS320F2802和IR2136、M0SFET以及若干外圍電路，構成控制電路，接受外部輸入(開門、關門、強制關門、自動復位)和內部回饋(報錯等)的信號進行處理后控制驅動器的運作。主芯片TMS320F2802為TI公司32位DSP，運算頻率60MHz，32K的flash和12K字節的SRAM。MOSFET驅動器主要包括預驅動芯片IR2136S以及6個MOSFET IRF540N和若干電阻電容，構成驅動電路，驅動電機轉動。并且帶有過欠壓和過流監測，電壓和電流超出正常范圍時會自動停止工作并向主芯片報警。
[0039]本發明中的通訊處理部分3包括RS485總線31與光電隔離電路32，RS485總線與光電隔離電路雙向通訊相連，光電隔離電路與控制驅動部分的MCU控制器雙向通訊相連。通訊部分的供電采用隔離的5V電源單獨供電，通過光電耦合器將控制器內部與通訊線路隔離開來。采用RS485總線，遵循標準的MODBUS協議進行信息傳送。負責將驅動器的狀態上傳給上位機，同時上位機可以利用RS485總線對驅動器的參數進行調整與修改。
【權利要求】
1.一種軌道交通滑動式電動安全欄桿門機控制系統，其特征在于:包括按鍵顯示部分、控制驅動部分和通訊處理部分；按鍵顯示部分、通訊處理部分分別與控制驅動部分電信相連；按鍵顯示部分完成按鍵處理和數字顯示功能，用于人機對話，接受和反饋用戶指令；控制驅動部分完成整個系統的供電、用戶命令的處理、電機運動過程的控制以及對電機各種信號的監測和控制；通訊處理部分完成與上位機的通訊，將電機狀態通過RS485總線上傳給上位機，同時接受上位機的控制參數下傳。
2.如權利要求1所述的軌道交通滑動式電動安全欄桿門機控制系統，其特征在于:所述按鍵顯示部分包括三個機械式按鍵、按鍵顯示專用集成芯片CH492和LED顯示器，三個機械式按鍵通過按鍵顯示專用集成芯片CH492與控制驅動部分電信相連向其輸送按鍵信號，LED顯示器通過按鍵顯示專用集成芯片CH492與控制驅動部分電信相連接收來自控制驅動部分的LED信號并進行LED顯示。
3.如權利要求1所述的軌道交通滑動式電動安全欄桿門機控制系統，其特征在于:所述控制驅動部分包括電源處理模塊，霍爾傳感與光電編碼器，MCU控制器，MOSFET驅動器和電流檢測反饋電路；電源處理模塊輸入36V直流供電，經過整流濾波、DC-DC變壓后分別輸出+15V、+5V、+3.3V和隔離+5V電壓到系統各用電元件；霍爾傳感與光電編碼器的輸入連接電機的霍爾位置信號輸出，霍爾傳感與光電編碼器的輸出連接MCU控制器，MOSFET驅動器的輸入連接MCU控制器的一個輸出，MOSFET驅動器的輸出連接電機，電流檢測反饋電路的輸入連接電機，電流檢測反饋電路的輸出連接MCU控制器；所述按鍵顯示部分、通訊處理部分分別與MCU控制器電信相連。
4.如權利要求1所述的軌道交通滑動式電動安全欄桿門機控制系統，其特征在于:所述通訊處理部分包括RS485總線與光電隔離電路，RS485總線與光電隔離電路雙向通訊相連，光電隔離電路與控制驅動部分的MCU控制器雙向通訊相連。
5.如權利要求2所述的軌道交通滑動式電動安全欄桿門機控制系統，其特征在于:所述LED顯示器包含2位8字顯數碼管。
6.如權利要求3所述的軌道交通滑動式電動安全欄桿門機控制系統，其特征在于:所述霍爾傳感與光電編碼器主要包括74HC07D芯片、多個上拉電阻和濾波電容，74HC07D芯片、多個上拉電阻和濾波電容構成電平轉換電路,將電機轉動后的5V霍爾信號與光電碼盤信號經過濾波和上拉后進行電平轉換成為消除干擾的3.3V信號，送入MCU控制器進行數據處理，由此得出當前的電機轉子位置。
7.如權利要求3所述的軌道交通滑動式電動安全欄桿門機控制系統，其特征在于:所述MCU控制器主要包括主芯片TMS320F2802、IR2136和MOSFET，其接受外部輸入的開門、關門、強制關門、自動復位信號和內部回饋信號進行處理后控制驅動器的運作，主芯片TMS320F2802 為 TI 公司 32 位 DSP，運算頻率 60MHz，32K 的 flash 和 12K 字節的 SRAM。
8.如權利要求3所述的軌道交通滑動式電動安全欄桿門機控制系統，其特征在于:所述MOSFET驅動器主要包括預驅動芯片IR2136S以及6個M0SFETIRF540N，其驅動電機轉動，并且帶有過欠壓和過流監測，電壓和電流超出正常范圍時會自動停止工作并向主芯片報警。
9.如權利要求4所述的軌道交通滑動式電動安全欄桿門機控制系統，其特征在于:所述RS485總線采用隔離的5V電源單獨供電。
【文檔編號】E05F15/603GK104343310SQ201310320643
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年7月26日 優先權日:2013年7月26日
【發明者】史和平, 應名洪, 劉為, 馮娟 申請人:上海嘉成軌道交通安全保障系統有限公司, 上海申通軌道交通研究咨詢有限公司