CN103309254A

CN103309254A - 一种闸机电机控制系统

Info

Publication number: CN103309254A
Application number: CN2013101663958A
Authority: CN
Inventors: 杨云贵; 容易; 李冕; 叶庆和
Original assignee: EASYWAY (SUZHOU) ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: EASYWAY (SUZHOU) ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-05-08
Filing date: 2013-05-08
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2033-05-08
Also published as: CN103309254B

Abstract

本发明提供了一种闸机电机控制系统，包括：电机控制单元、电机驱动模块、编码器及三相逆变器；所述编码器根据闸机门翼的转动角度向电机控制单元输出QEI脉冲信号；所述电机控制单元根据所述QEI脉冲信号实现对电机位置、速度和方向的监测，并且基于所述电机位置、速度和方向向电机驱动模块输送对电机方向、速度和角度的控制信号；所述电机驱动模块和三相逆变器用于将所述控制信号转换为输送至电机的分量控制信号。本发明正确实现电机组的正反转、停止、加减速等动作，精确控制电机的转速和位置，实现防夹人检测和制动，从而保证闸机门翼打开和闭合的安全性、有效性、可靠性。

Description

一种闸机电机控制系统

技术领域

本发明涉及自动控制领域，更具体地，涉及一种闸机自动控制电路。

背景技术

闸机又称为通道闸、出入口机等，是一种阻挡式的通道出入管控设备，具有规范人流、控制通行的作用。闸机的工作方式是由电机控制系统控制电机组带动门翼打开或闭合，门翼通常由不锈钢、工程塑料、钢化玻璃等材料制造，具有一定的受力强度，在通道关闭状态下闭合，阻碍行人通过，而在通道打开时则收回或变为可活动状态，电机组包括驱动电机、减速机等，为门翼的闭合和收回提供动力。

随着闸机系统的日益普及，特别是在交通站点、公园出入口等公共场所的应用中，通行人流量十分巨大，超时、尾随、闯闸等不正常情况多发，这就需要闸机的电机控制系统能够快速准确识别门翼所在位置、运动方向和运行速度，以及对门翼的运行实现精确的控制。但现有闸机的电机控制系统无法满足上述实际需求，包括门翼位置由于控制误差而定位不准确，不能合理地加速和减速，在异常状态下不能中断门翼运行，甚至发生夹伤行人、阻碍通行的事故。因此，人们迫切需要更先进的电机控制系统，改进闸机系统的安全性能和运行效率。

发明内容

针对现有技术的上述不足和实际需求，本发明提供了一种闸机的电机控制系统，主要实现正确实现电机组的正反转、停止、加减速等动作，精确控制电机的转速和位置，实现防夹人检测和制动，从而保证闸机门翼打开和闭合的安全性、有效性、可靠性。

本发明所述的闸机电机控制系统，包括：电机控制单元、电机驱动模块、编码器及三相逆变器；所述编码器根据闸机门翼的转动角度向电机控制单元输出QEI脉冲信号；所述电机控制单元根据所述QEI脉冲信号实现对电机位置、速度和方向的监测，并且基于所述电机位置、速度和方向向电机驱动模块输送对电机方向、速度和角度的控制信号；所述电机驱动模块和三相逆变器用于将所述控制信号转换为输送至电机的分量控制信号。

优选地，所述电机控制单元根据对接收到的QEI脉冲信号的计数，从而判断门翼的转动方向并监测门翼位置。

进一步优选地，所述电机控制单元根据QEI脉冲信号的计数监测门翼位置具体包括：设置QEI位置中断，并且根据QEI位置中断设置加速点和减速点，对闸机门翼的运行路程分段设置运行速度。

优选地，所述电机控制单元上电后执行找零操作，测得门翼的控制零点，并根据门翼停止的实际位置与测得的控制零点的位置差值设置校正值，以执行对门翼位置控制中的校正。

进一步优选地，所述电机控制单元上电后控制门翼在预定范围内反复正向和反向运动，直至门翼到达预定点时触发中断，从而实现找零操作得到门翼的控制零点。

优选地，所述电机驱动模块在外力阻碍门翼运动时产生报错信号，所述电机控制单元根据所述报错信号控制门翼停止并抱闸。

优选地，所述电机控制单元在外力阻碍下门翼速度减低到设定值时触发QEI速度中断信号，并根据上述信号控制门翼停止并抱闸。

优选地，所述电机控制单元在电机静止并且门翼被外力推动到一定位置时触发QEI位置中断信号，并根据上述信号控制门翼抱闸。

优选地，所述电机控制单元基于SPI通讯方式向所述电机驱动模块输送对电机方向、速度和角度的控制信号。

可见，本发明电机控制系统可对闸机门翼的位置和运动方向进行识别，并且对门翼进行有效控制，包括零位的校正、速度的分段控制以及防夹人检测等方面，从而实现了控制闸机门翼有效开关，保证了通行人员的安全，能够充分适用于大流量闸机的实际应用。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是是本发明实施例中电机控制系统的电路结构示意图；

图2是本发明实施例中电机控制系统执行电机控制的整体流程图；

图3是本发明实施例中根据QEI进行方向判断的示意图；

图4是本发明实施例中门翼运动控制示意图；

图5是本发明实施例中电机控制系统执行防夹人检测的控制流程图；

图6是本发明实施例中电机控制系统执行门翼静止抱闸的控制流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合实施例及实施例附图对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明电机控制系统的结构和功能。电机控制系统主要完成对电机的正反转控制，以及异常状态的处理，如急停、抱闸、以及松闸，控制运动过程归位的准确性。图1是系统整体电路结构示意图，包括电机控制单元，电机控制单元采用MCU处理器，具有GPIO、CAN和UART标准通讯口，通过SPI 通讯方式，利用SEN、SCK、SDO控制实现对电机驱动模块FCM8201的指令控制，以及接收FCM8201的报错反馈FAULT及SDI反馈，并且通过QEI接口连接编码器并接收A、B、Z脉冲指令，实现对电机位置的监测，速度及方向的监测。FCM8201输出U、X、V、Y、W、Z分量控制信号，由三相转换器3 phase inverter切换为U、V、W分量，用于控制马达motor实现开关门动作；并且FCM8201还接收马达motor的HA、HB、HC反馈信号。

电机控制系统所实现的控制功能主要包括：1.电机正反转：控制电机6A、6B的正反转、停止、加减速等操作；2.上电找零位；3.电机转速和位置控制； 4.防夹人检测；5.软件制动功能；6.硬件制动器控制。

图2是电机控制的整体流程图，其中示出了电机正常关门、关门及异常情况下停止、抱闸、松闸等状态切换的流程。

电机控制系统实现对开关门、门翼运动控制以及防夹人检测的具体实现方式如下：

1. SPI操作：通过SPI通讯方式控制电机控制器，首先时序控制进入SPI模式后，对SPI 进行读写操作控制电机方向、速度、角度，工作频率设置在60-80KHz。

2.QEI方向判断：图3是根据QEI进行方向判断的示意图。参照图1的电路结构图，选用500线增量式编码器连接MCU并输出QEI脉冲，设计采用A,B的上升沿来计数脉冲，随着闸机门翼的转动生成QEI脉冲信号，因此门翼转360度为1000个脉冲，180度为500个脉冲，QEI脉冲由0->1000增加时，为正向CW；1000->0减少时为反向CCW。起始点point1与目标点point2运动趋势如图3所示，可确定两点间运动方向，当point1<500,point2<500，且point1〈point2时，正向；反之反向；当point1<500,point2〉500时，反向，反之正向；当point1>500,point2>500，且point1<point2，正向，反之反向。

3.上电找零位：通过门翼大范围的正向和反向转动，经过图4的z点触发index中断以得到门翼的控制零点，首先正向运转电机，如碰到门后，仍然没有找到零位，反转，直到找到控制零点，完成找零操作，并当每次进入index int都使QEIPOS=0，消除累计误差；计算校正值（tolerance），门翼零点停的实际位置与控制零点的位置差值作为tolerance，自动加载到电机运行的路程中，提前Tolerance 个脉冲，减速并停止，使门翼停止在准确位置。

4.开关门：通过QEI时时监测电机所处位置，将门翼旋转到特定角度时输出的QEI脉冲设置为QEI位置中断，通过QEI位置中断实现门翼运动的开关门位置控制，运动过程中，速度分段设置，引进Tolerance ，停止时加反向控制，减少门翼运动惯性导致门翼滑行的距离。

5.门翼运动控制：采用分段设置速度，提前减速停止。门翼运行过程中，通过监测运行路程来分段设置运行速度，通过位置中断来设置加速点和减速点，并自动矫正Tolerance值，当位移较大时，启动速度后加速运动，一段路程后减速、停止，直到真正停止下来；当行程较小时，启动速度后以低速运行、停止，并加反向制动，加速停止，直到门翼真正停止。图5是门翼运动控制示意图。

6．防夹人检测：外力阻碍门翼时，可通过监测Fault信号以及QEI速度中断方式、QEI位置中断方式，控制电机急停，防止夹伤乘客。包括：1）门翼运动过程中，当有外力阻碍时，速度减速，减速到设定值时，触发速度中断，并及时对电机停止操作，抱闸，一定时间后松闸，运动到目标位置。2）门翼运动异常时监测Fault信号，门翼运动停止，抱闸，一定时间后松闸，运动到目标位置。图6是电机控制系统执行防夹人检测的控制流程图。

7．门翼静止时有外力阻碍：电机静止时，门翼被外力推动一定位置，监测QEI位置中断，当超过设置位置的左右边界，产生位置中断，抱闸，一定时间后松闸，运动到目标位置。图6是电机控制系统执行门翼静止抱闸的控制流程图。

8．设置开关门位置：通过上位机指令设置开门位置、关门位置和反向开门位置。

9．设置开关门速度可调：通过上位机指令设置开关门运行速度。

10.最低起始速度检测：寻找门翼转动的最小速度，以用于减速运动和慢速运动。

11.抱闸：当电机状态处于异常状态时，如外力阻碍等，GPIO输出信号，控制制动器抱闸。

12.松闸：抱闸延迟一段时间后，GPIO 输出信号，控制制动器松闸。

可见，本发明电机控制系统可对闸机门翼的位置和运动方向进行识别，并且对门翼进行有效控制，包括零位的校正、速度的分段控制以及防夹人检测等方面，从而加强了对门翼动作区有人、反向闯闸等情况的应急响应能力，能够充分适用于大流量闸机的实际应用。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本发明还可以应用在其它设备中；以上描述中的尺寸和数量均仅为参考性的，本领域技术人员可根据实际需要选择适当的应用尺寸，而不脱离本发明的范围。本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims

1.一种闸机电机控制系统，其特征在于，包括：电机控制单元、电机驱动模块、编码器及三相逆变器；所述编码器根据闸机门翼的转动角度向电机控制单元输出QEI脉冲信号；所述电机控制单元根据所述QEI脉冲信号实现对电机位置、速度和方向的监测，并且基于所述电机位置、速度和方向向电机驱动模块输送对电机方向、速度和角度的控制信号；所述电机驱动模块和三相逆变器用于将所述控制信号转换为输送至电机的分量控制信号。

2.根据权利要求1所述的闸机电机控制系统,其特征在于, 所述电机控制单元根据对接收到的QEI脉冲信号的计数，从而判断门翼的转动方向并监测门翼位置。

3.根据权利要求2所述的闸机电机控制系统,其特征在于, 所述电机控制单元根据QEI脉冲信号的计数监测门翼位置具体包括：设置QEI位置中断，并且根据QEI位置中断设置加速点和减速点，对闸机门翼的运行路程分段设置运行速度。

4.根据权利要求1所述的闸机电机控制系统,其特征在于, 所述电机控制单元上电后执行找零操作，测得门翼的控制零点，并根据门翼停止的实际位置与测得的控制零点的位置差值设置校正值，以执行对门翼位置控制中的校正。

5.根据权利要求4所述的闸机电机控制系统,其特征在于, 所述电机控制单元上电后控制门翼在预定范围内反复正向和反向运动，直至门翼到达预定点时触发中断，从而实现找零操作得到门翼的控制零点。

6.根据权利要求1所述的闸机电机控制系统,其特征在于,所述电机驱动模块在外力阻碍门翼运动时产生报错信号，所述电机控制单元根据所述报错信号控制门翼停止并抱闸。

7.根据权利要求1所述的闸机电机控制系统,其特征在于, 所述电机控制单元在外力阻碍下门翼速度减低到设定值时触发QEI速度中断信号，并根据上述信号控制门翼停止并抱闸。

8.根据权利要求1所述的闸机电机控制系统,其特征在于, 所述电机控制单元在电机静止并且门翼被外力推动到一定位置时触发QEI位置中断信号，并根据上述信号控制门翼抱闸。

9.根据权利要求1所述的闸机电机控制系统,其特征在于, 所述电机控制单元基于SPI通讯方式向所述电机驱动模块输送对电机方向、速度和角度的控制信号。