CN101078500A - 智能化航标旋转灯器及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能化航标旋转灯器及控制方法，由灯体(1)和控制器(2)两个部分组成，二者采用线路连接，其特点是灯体(1)的外壳为灯笼(4)，灯体(1)的底部设小惯性步进式电机(3)，灯体(1)内设透镜支架(6)和光学透镜(5)，在灯体(1)的中心设换泡机(7)；控制器(2)内设智能控制模块(8)、人机界面(9)、电源模块(10)、数据传输模块(11)、电量传感模块(12)和接口电路(13)；是一种透光性能好、换泡机的电流容量大、运输、安装及维护方便的智能化航标旋转灯器，并具有完全遥测遥控和远程技术诊断与维护功能。

Description

智能化航标旋转灯器及控制方法

技术领域：

本发明涉及旋转灯器技术领域，具体地讲是一种智能化航标旋转灯器及控制方法。

背景技术：

目前，灯塔上使用的航标旋转灯器，其透镜均为粗纹菲涅尔平板透镜，透光性能差；6头换泡机均采用弹性滑动触点的方式实现电源切换，使电流容量受到限制；步进式旋转灯器为稳定电机转速均设置沉重的惯性盘，使灯器重量大大增加，造成灯器运输和安装的困难；灯器控制均未实现智能化，更没有遥测遥控功能和远程技术诊断功能，难以实现完全的遥测遥控，技术维护也不方便；灯器维修备件供应不及时且价格昂贵直接影响了航标设备维护管理，制约了我国航标技术发展。

发明内容：

本发明的目的是克服上述已有技术的不足，而提供一种新型的智能化航标旋转灯器。

本发明的另一目的是提供了一种智能化航标旋转灯器的控制方法。

本发明主要解决现有的航标旋转灯器透光性能差、换泡机的电流容量受限、运输、安装及维护困难等问题。

为了达到上述目的，本发明是这样实现的：智能化航标旋转灯器，由灯体1和控制器2两个部分组成，二者采用线路连接，其特殊之处在于灯体1的外壳为灯笼4，灯体1的底部设小惯性步进式电机3，灯体1内设透镜支架6，透镜支架6上安装有光学透镜5，光学透镜5在步进式电机3的带动下旋转，在灯体1的中心设换泡机7，换泡机7上安装灯泡；控制器2内设智能控制模块8、人机界面9、电源模块10、数据传输模块11、电量传感模块12和接口电路13。

本发明的智能化航标旋转灯器，其所述的小惯性步进式电机3的特征在于：小惯性步进式电机3为两部，每部有三个电磁铁作为旋转驱动装置，由槽形光耦和齿轮盘组成旋转导向和测速系统，没有沉重的惯性盘，旋转盘由轻质的铝合金材料制作，由软铁笼带动其旋转。

本发明的智能化航标旋转灯器，其所述的换泡机7由金属良性导体材料制作灯泡支架，既保证了良好导电，又提高了耐高温性能；以电磁继电器与柔性导线结合，在灯泡位置检测电路的控制下完成灯泡电源的自动切换，采用这种方法取代了传统的黄铜弹片，成功地克服了弹片易发生接触不良故障的缺点，提高了换泡机的电流容量，将换泡机7的电流容量提高到10安培以上，灯泡的功率可根据灯塔的射程进行选择；

本发明的智能化航标旋转灯器，其所述的光学透镜5为细纹菲涅尔平板透镜；每个灯器上可安装1-6面透镜；透镜制作材料采用透光性能很好的聚甲基丙烯酸甲酯；外形尺寸为504×225×5(mm)；中心透射比为95.0％，发散角为0.2°。

本发明的智能化航标旋转灯器，其所述的控制器2的硬件组成上采用了模块化的结构设计，智能控制模块8为可编程控制器(PLC)，数据传输模块11为GSM网络的短消息传输单元；在功能的实现上依靠预置的软件程序；基于GSM网络的短消息业务(SMS)实现了所有操作控制功能的遥测遥控；基于SMS实现了灯器状态的远程技术诊断和维护。

本发明的智能化航标旋转灯器的控制方法，其特殊之处是：1、按下

列步骤进行遥测遥控密码管理：

1.1开始；

1.2初始化：密码存储器清零；

1.3等待接收遥控指令；

1.4当接收到遥控指令后，判断密码是否正确；

否，密码错误回复，回到1.3步骤；

是，进入下一步；

1.5判断指令种类；

是密码初始化指令，回到1.2步骤；

是运行控制指令，进入下一步，执行所要求的控制；

是修改密码指令，进入下一步1.6；

1.6新密码暂存：X，进入下一步；

1.7请求重发一次；

1.8第二次收到新密码：Y，进入下一步；

1.9判断X是否等于Y；

X≠Y，保留原密码、指令错误回复。

X＝Y，新密码生效。

2、按下列步骤进行远程技术诊断与维护：

2.1开始；

2.2接收遥控指令，进入下一步；

2.3判断密码是否正确；

否，密码错误回复，回到2.2步骤；

是，进入下一步；

2.4判断为远程诊断与维护指令后进入下一步；

2.5所操作存储器区域初始地址存入IR，进入下一步；

2.6所操作存储器地址偏移量存入DR，进入下一步；

2.7指令判断；

赋值，修改存储器IR+DR内的数据；

查询，发存储器IR+DR内的数据。

3、按下列方法驱动小惯性步进式电机：

3.1脉冲发生器产生占空比可变的电机驱动脉冲驱动电机旋转；

3.2电机旋转速度反馈到转速监测器和正脉冲控制器；

3.3转速监测器监测到当前电机实际转速，由转速比较器与标称转速进行比较，比较结果传输到负脉冲控制器；

3.4负脉冲控制器根据转速比较器的比较结果调整当前输出脉冲的负脉冲的宽度：当实际转速高于标称转速时，负脉冲宽度增大，使转速降低；当实际转速低于标称转速时，负脉冲宽度减小，使转速升高；

3.5脉冲发生器在输出一个负脉冲结束后自动输出正脉冲；

3.6正脉冲控制器控制正脉冲的结束时刻，当实际转速高于标称转速时，正脉冲提前结束，正脉冲宽度减小，使转速降低；当实际转速低于标称转速时，正脉冲拖后结束，正脉冲宽度增大，使转速升高；

3.7脉冲发生器输出的脉冲在3.4至3.6的控制下输出的脉冲即有效地稳定了电机的转速，从而使电机在不设置沉重的大惯性盘的条件下仍然能够稳定旋转。

本发明的智能化航标旋转灯器及控制方法与已有技术相比具有突出的实质性特点和显著进步，灯器具有良好的实用性能，重量轻、操作简单、维护方便、运行稳定、功能完善；尤其是灯器自身具备了完善的遥测遥控功能和远程技术诊断与维护功能，为航标的维护和管理带来了很大的便利，使之十分适合交通不便的孤岛和高山上的灯塔使用。

附图说明：

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的原理组成框图；

图3是本发明智能化航标旋转灯器的换泡机原理图；

图4是本发明智能化航标旋转灯器的步进式电机驱动原理图；

图5是本发明智能化航标旋转灯器的遥测遥控原理图；

图6是本发明智能化航标旋转灯器的遥控密码管理程序流程图；

图7是本发明智能化航标旋转灯器的远程技术诊断与维护程序流程图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明的具体实施进行进一步的说明。

实施例1，如图1和图2所示，加工制成灯体1和控制器2；灯体1的下部采用轻质的铝合金材料作旋转盘，在旋转盘上安装两部小惯性步进式电机3，每部有三个电磁铁作为旋转驱动装置，由槽形光耦和齿轮盘组成旋转导向和测速系统，旋转盘由轻质的铝合金材料制作；灯体1的外壳为灯笼4，灯笼4为软铁笼，软铁笼带动旋转盘旋转，在灯体1内安装透镜支架6，透镜支架6上安装有光学透镜5，光学透镜5为细纹菲涅尔平板透镜，每个灯器上可安装1-6面透镜，透镜制作材料采用透光性能很好的聚甲基丙烯酸甲酯，外形尺寸为504×225×5(mm)，中心透射比为95.0％，发散角为0.2°，光学透镜5在步进式电机3的带动下旋转；在灯体1的中心安装换泡机7，换泡机7上安装灯泡，最多可同时安装6只灯泡，换泡机7由金属良性导体材料制作灯泡支架，电磁继电器与柔性导线结合在灯泡检测系统的控制下实现灯泡更换和电源切换；在控制器2内安装硬件，组成上采用了模块化的结构设计并预置程序，包括智能控制模块8、人机界面9、电源模块10、数据传输模块11、电量传感模块12和接口电路13；智能控制模块8为可编程控制器(PLC)，数据传输模块11为GSM网络的短消息传输单元；在功能的实现上依靠预置的软件程序，基于GSM网络的短消息业务(SMS)实现了所有操作控制功能的遥测遥控，基于SMS实现了灯器状态的远程技术诊断和维护；最后将灯体1和控制器2用线路连接起来，形成智能化航标旋转灯器。

本发明的智能化航标旋转灯器及控制方法，控制器2内的智能控制模块8为可编程控制器(PLC)，它是控制器的核心，根据所预置的控制程序，完成了整个灯器的所有控制功能，其中包括灯器旋转控制、开关灯控制、换泡控制、灯器各种数据的处理、通信管理、历史数据自动记忆、遥测遥控、远程技术诊断与维护和备用灯器启动监测等。

本发明的智能化航标旋转灯器及控制方法，控制器2内的人机界面9为灯器操作控制的总界面，操作人员的所有操作控制和灯器状态监测都是通过人机界面完成的；操作控制的内容主要包括四类：一是系统设置；二是状态监测；三是告警查询；四是灯器校准。系统设置的内容主要包括运行/停止设置、设置旋转方式、设置开关灯控制方式、设置灯器转速、设置速度监测范围、设置开关灯光照门限、选择工作电机、设置灯泡数量、设置备用灯器和清除历史记忆数据等。灯器运行状态监测的主要内容包括：灯器转速、灯泡工作状态、环境光照强度、灯泡数量、电源电压、电源电流、电机工作状态、备用灯器工作状态和历史数据记录等。告警查询的主要内容包括：灯器告警、电源告警和告警历史记录等。有关灯器校准的主要内容包括：日光阀校准、电压校准、电流校准和消除历史记录等。

本发明的智能化航标旋转灯器及控制方法，控制器2内的接口电路13是智能单元与外界信号传输的枢纽，其功能主要包括两个方面：一是完成灯器与智能控制单元之间的信号传输和信号格式转换；二是对模拟量进行采样和必要的处理。灯器上的日光阀14、灯泡15控制、换泡机7控制、电机3旋转等各部分信号通过接口电路13实现与智能控制模块8的传输。

本发明的智能化航标旋转灯器及控制方法，控制器2内的电量传感模块12的作用是对电源电流进行隔离传感，供智能单元对其进行有效监测。

本发明的智能化航标旋转灯器及控制方法，控制器2内的数据传输模块11的作用是在遥测遥控和远程技术诊断与维护过程中完成数据传输任务，采用的是SMS数据传输终端。

本发明的智能化航标旋转灯器及控制方法，控制器2内的电源模块10为智能控制模块8和人机界面9提供电源。

其它执行器件主要为继电器等。

本发明的智能化航标旋转灯器及控制方法，其所述的换泡机7为六头电磁式换泡机，它使用柔性导线和继电器取代了传统的黄铜弹片，既提高了换泡机的电流又成功地克服了弹片易发生接触不良故障的缺点。它最多可同时安装6只灯泡，灯泡的功率可根据灯塔的射程要求确定(35W-100W)。当灯泡烧坏时自动更换新灯泡。其工作原理如图3所示，当灯泡故障时，换泡控制部分16驱动换泡机更换新灯泡；灯泡检测器17随时检测是哪个灯泡处于工作位置，并将检测结果传输到灯泡供电18部分，驱动相应的继电器吸合，通过柔性导线给灯泡15供电。

本发明智能化航标旋转灯器及控制方法，其所述的小惯性步进式电机3，一部灯器安装有两个电机，可互为备用。每个电机包括三个电磁驱动线圈、一个笼形转子、方向控制系统和转速反馈系统。在电机驱动电路的控制下，三个电磁驱动线圈按照固定的时序轮流产生磁场，驱动转子旋转；转子为软铁笼，该电机的一个最大的优点是转子质量轻，没有用于稳定转速的惯性盘，这使灯体的重量大大减轻；方向控制系统由槽形光耦和30齿齿轮盘组成，作用是控制灯器的旋转方向；转速反馈系统由槽形光耦和300齿齿轮盘组成，其作用是将灯器旋转速度反馈到控制器。步进式电机驱动原理如图4所示，电机转速反馈脉冲对电机驱动脉冲进行负反馈调节，一方面，根据转速反馈脉冲监测电机的当前转速，测得的值与标称转速进行比较，比较的结果用于控制电机驱动的负脉冲宽度；另一方面，转速反馈脉冲直接用于控制电机驱动脉冲的正脉冲。这就实现了电机驱动脉冲正脉冲和负脉冲的同时调节，提高了转速控制速度和力度，步进式电机在此系统的驱动下达到稳定旋转，因此，改变了其它步进式电机必须设置惯性盘的设计方式，大大减小了灯器重量。

本发明智能化航标旋转灯器及控制方法，基于GSM网络的短消息业务(SMS)实现了全功能遥测遥控和远程技术诊断与维护，其构成原理如图5所示，智能化航标灯器的控制器2内安装有数据传输模块11，实现与GSM网络19之间的数据传输，控制中心包括通信配置中心20和灯器监控中心21，控制中心与灯器之间通过GSM网络19进行数据通信，构成了完整的远程通信网络系统。灯器监控中心21承担灯器遥测遥控和远程诊断与维护的指令的收发，通信配置中心20承担通信参数和监控中心的配置与修改，灯器内的数据传输模块为短消息数据传输终端设备。

遥测遥控安全进行的有效保证是遥控密码系统，该系统的管理程序流程如图6所示。灯器初始安装时，需进行初始化，密码存储器清零，系统默认任意字符组成的密码。当收到遥控指令后，首先核对遥控密码，如果密码错误，则发出密码错误回复，回到等待状态；如果密码正确，则进入指令检查判断。如果收到的指令是对灯器运行状态或参数的控制指令，则根据预置控制的流程继续下一步的控制。如果收到的是密码系统初始化控制指令，则灯器自动进行初始化，将所有密码存储器重新清零。如果收到的是密码修改或设置指令，则将指令中包含的新密码记录，并请求控制中心将刚才的控制内容重新发一遍，以便进行新密码的确认。如果两次收到的新密一致，则接受新密码，此后进行遥控时使用此密码；如果第二次收到的新密码与第一次发来的不同，则发出指令错误回复，并仍然保持原来的密码有效，此时如果用户需要修改密码就必须重新开始新的密码修改流程。

远程诊断与维护程序流程如图7所示。当接收到遥控指令后，首先要对遥控密码进行检查，如果密码错误，即发出密码错误回复，等待下一次的控制指令；如果收到遥控指令的遥控密码正确，则继续进行后续流程，当判断到收到的是远程诊断与维护指令时，即进入到了诊断与维护程序流程；首先是将指令所要操作的存储器区域的起始物理地址存储到变址寄存器IR中，然后将所要操作的存储器的地址偏移量存储到数据寄存器DR，此时，IR+DR即为指令所要操作的存储器地址，完成存储器的间接巡址；接下来要做的工作是判断指令所要求的是存储器数据查询还是对存储器进行赋值，如果是查询存储器数据，则将所查询存储器内的数值转换到符合SMS发送的编码格式(ASC II码或Unicode码)并发送出去，如果是对存储器赋值，则按照要求修改存储器的数据，既可以进行字操作，也可以进行位操作。

Claims (6)

1、智能化航标旋转灯器，由灯体(1)和控制器(2)两个部分组成，二者采用线路连接，其特征在于灯体(1)的外壳为灯笼(4)，灯体(1)的底部设小惯性步进式电机(3)，灯体(1)内设透镜支架(6)，透镜支架(6)上安装有光学透镜(5)，光学透镜(5)在步进式电机(3)的带动下旋转，在灯体(1)的中心设换泡机(7)，换泡机(7)上安装灯泡；控制器(2)内设智能控制模块(8)、人机界面(9)、电源模块(10)、数据传输模块(11)、电量传感模块(12)和接口电路(13)。

2、根据权利要求1所述的智能化航标旋转灯器，其特征在于所述的小惯性步进式电机(3)为两部，每部有三个电磁铁作为旋转驱动装置，由槽形光耦和齿轮盘组成旋转导向和测速系统，旋转盘由轻质的铝合金材料制作。

3、根据权利要求1所述的智能化航标旋转灯器，其特征在于所述的换泡机(7)包括金属导体灯泡支架、控制电路、电磁继电器和柔性导线，电磁继电器与柔性导线结合在灯泡检测系统的控制下实现灯泡更换和电源切换。

4、根据权利要求1所述的智能化航标旋转灯器，其特征在于所述的光学透镜(5)为细纹菲涅尔平板透镜，每个灯器上安装1-6面透镜。

5、根据权利要求1所述的智能化航标旋转灯器，其特征在于所述的控制器(2)内的智能控制模块(8)为可编程控制器(PLC)，数据传输模块(11)为GSM网络的短消息传输单元。

6、权利要求1所述的智能化航标旋转灯器的控制方法，其特征是：

1、按下列步骤进行遥测遥控密码管理：

1.1开始；

1.2初始化：密码存储器清零；

1.3等待接收遥控指令；

1.4当接收到遥控指令后，判断密码是否正确；

否，密码错误回复，回到1.3步骤；

是，进入下一步；

1.5判断指令种类；

是密码初始化指令，回到1.2步骤；

是运行控制指令，进入下一步，执行所要求的控制；

是修改密码指令，进入下一步1.6；

1.6新密码暂存：X，进入下一步；

1.7请求重发一次；

1.8第二次收到新密码：Y，进入下一步；

1.9判断X是否等于Y；

X≠Y，保留原密码、指令错误回复。

X＝Y，新密码生效。

2、按下列步骤进行远程技术诊断与维护：

2.1开始；

2.2接收遥控指令，进入下一步；

2.3判断密码是否正确；

否，密码错误回复，回到2.2步骤；

是，进入下一步；

2.4判断为远程诊断与维护指令后进入下一步；

2.5所操作存储器区域初始地址存入IR，进入下一步；

2.6所操作存储器地址偏移量存入DR，进入下一步；

2.7指令判断；

赋值，修改存储器IR+DR内的数据；

查询，发存储器IR+DR内的数据。

3、按下列方法驱动小惯性步进式电机：

3.1脉冲发生器产生占空比可变的电机驱动脉冲驱动电机旋转；

3.2电机旋转速度反馈到转速监测器和正脉冲控制器；

3.3转速监测器监测到当前电机实际转速，由转速比较器与标称转速进行比较，比较结果传输到负脉冲控制器；

3.4负脉冲控制器根据转速比较器的比较结果调整当前输出脉冲的负脉冲的宽度：当实际转速高于标称转速时，负脉冲宽度增大，使转速降低；当实际转速低于标称转速时，负脉冲宽度减小，使转速升高；

3.5脉冲发生器在输出一个负脉冲结束后自动输出正脉冲；

3.6正脉冲控制器控制正脉冲的结束时刻，当实际转速高于标称转速时，正脉冲提前结束，正脉冲宽度减小，使转速降低；当实际转速低于标称转速时，正脉冲拖后结束，正脉冲宽度增大，使转速升高；

3.7脉冲发生器输出的脉冲在3.4至3.6的控制下输出的脉冲即有效地稳定了电机的转速，从而使电机在不设置沉重的大惯性盘的条件下仍然能够稳定旋转。

Images