CN103437631A - 轨道车辆电动自动门控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道车辆电动自动门控制系统，其主要技术特征在于：包括外部控制信号装置、数字信号控制器、电机组件、脉冲调制波、报警装置、自动门防夹挤压电路、转速和位置检测电路及自动门；所述外部控制信号装置包括微波感应器和烟雾传感器，所述外部控制信号装置连接数字信号控制器，所述数字信号控制器通过脉冲调制波连接电机组件，所述电机组件连接转速和位置检测电路，所述转速和位置检测电路连接数字信号控制器，所述报警装置连接数字信号控制器，所述自动门防夹挤压电路连接数字信号控制器，所述电机组件连接自动门。本发明设计合理，不但具有防夹挤压和烟雾报警功能，且成本低、安全性高、反应速度快。

Description

轨道车辆电动自动门控制系统

技术领域

本发明属于电动自动门技术领域，特别是一种轨道车辆电动自动门控制系统。

背景技术

自动门系统是轨道交通车辆的一个重要部分，直接关系着乘客的安全。目前国内的动车组多数采用单翼塞拉门，地铁采用双翼对开门。从驱动方式来分，自动门可分为气动门（风动门）和电动门，从门的运动方式来分，自动门主要有单翼塞拉门、双翼内藏式对开门和双翼外滑式对开门等。国内常用的自动门主要是气动门，如单翼气动塞拉门、双翼气动内藏式对开门，但是电动门作为一种新型的自动门系统，也逐渐被推广应用。目前国内高速轨道客车主要采用气动自动门，主要应用于160km/h及以下速度级的轨道客车，200km/h及以上速度级轨道客车用的是电动门完全依靠进口，国内尚无成熟可靠的产品。国外高速轨道客车电动自动门技术比较成熟，其产品通常是用可编程控制器和单片机作为系统的处理器。

对于自动门控制系统，就是感应器在接收到外界有人存在时，进行开门动作，之后再关门，控制器不但要单独控制车门，而且还要进行整车通信及其他联系，因此能否有效开门及及时关门，保持车内有效环境都取决于控制器的设计。红外热释电感应器是以检测人体所发出的8～13μm的红外线来控制的，由微波器件发出，经人体反射，再由器件检出并放大，之后控制后续电路，他的特点是不管人员是否移动，只要处于感应器的扫描范围内，他都会反应，无法进行关门，这对保证车箱内环境较小变化不利，因此不适合轨道车辆联接的内端门。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种采用微波传感器和数字信号控制器dsPIC30F5015的轨道车辆电动自动门控制系统，不但具有防夹挤压和烟雾报警功能，且成本低、安全性高、反应速度快。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种轨道车辆电动自动门控制系统，其主要技术特征在于：包括外部控制信号装置、数字信号控制器、电机组件、脉冲调制波、报警装置、自动门防夹挤压电路、转速和位置检测电路及自动门；所述外部控制信号装置包括微波感应器和烟雾传感器，所述外部控制信号装置连接数字信号控制器，所述数字信号控制器通过脉冲调制波连接电机组件，所述电机组件连接转速和位置检测电路，所述转速和位置检测电路连接数字信号控制器，所述报警装置连接数字信号控制器，所述自动门防夹挤压电路连接数字信号控制器，所述电机组件连接自动门。 

而且，所述的数字信号控制器采用的是型号dsPIC30F5015的数字信号控制器。

而且，所述的数字信号控制器包括电源转换模块。

而且，所述的转速和位置检测电路采用增量式光电编码器。

而且，所述的电机组件包括电机驱动电路和直流电机。

而且，所述的直流电机采用的是ALC-TEL的BG65PI电机。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明采用的数字信号控制器dsPIC30F5015是Microchip公司推出的将数字信号处理技术和微控制器相结合的数字信号控制器，是专为电机数字化控制设计的一种16位微处理器，具有24位宽的指令和16位宽的数据地址，加强了对DSP功能的支持，其性能优于32位单片机，而且降低了成本。

2、本发明中的直流电机采用的是ALC-TEL的BG65PI电机，具有高效率、省电、低噪音、高转速、高扭力、连续使用不发热等特性，使门体自低速至高速的运行均具有超越的宁静性，达到了超静运行。测控系统设计为智能化控制，可随意设定门扇的运行速度，并可设定任意开度状态；可自矫正使门扇保持平稳动作；能够自动检测门的宽度以保持最佳运行状态；具有防夹功能，即当碰到障碍物或人体等异常状况时，门扇自动反转退出，运行过程中，由高速至低速平滑过度。

3、本发明设计合理，系统通过监测采样电机的电驱电流的方法实现防夹挤压功能，采用烟雾传感器实现车辆的自动开门和报警功能，保证轨道车辆内的安全，且本系统成本低、安全性高、反应速度快。

附图说明

图1是本发明实施例的原理结构框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：

一种轨道车辆电动自动门控制系统，包括外部控制信号装置、数字信号控制器、电机组件、脉冲调制波、报警装置、自动门防夹挤压电路、转速和位置检测电路及自动门；所述外部控制信号装置包括微波感应器和烟雾传感器，所述外部控制信号装置连接数字信号控制器，所述数字信号控制器通过脉冲调制波连接电机组件，所述电机组件连接转速和位置检测电路，所述转速和位置检测电路连接数字信号控制器，所述报警装置连接数字信号控制器，所述自动门防夹挤压电路连接数字信号控制器，所述电机组件连接自动门。所述的数字信号控制器采用的是型号dsPIC30F5015的数字信号控制器；所述的数字信号控制器包括电源转换模块；所述的转速和位置检测电路采用增量式光电编码器；所述的电机组件包括电机驱动电路和直流电机；所述的直流电机采用的是ALC-TEL的BG65PI电机。

结合图1，阐述本发明的工作原理：

自动门的工作原理为门板由支架支撑在导轨上，导轨连接到驱动装置，驱动装置通过导轨带动门板滑动。每个门都有锁闭机构，在门关闭到位时，锁闭机构实现机械锁闭。自动门具有零速保护和安全连锁电路，开关门有报警装置。自动门的驱动装置是一组电机组件，每节车有一个数字信号控制器来控制本节车的车门。数字信号控制器是自动门的指挥中心，通过内部指令程序，发出相应指令，指挥直流电机或电锁类系统工作；同时人们也可通过数字信号控制器调节自动门开启速度、开启幅度等参数。外部信号由微波感应器完成，当有移动的物体进入他的工作范围时，他就给数字信号控制器一个脉冲信号；直流电机提供开门与关门的主动力，控制自动门门扇加速与减速运行。自动门门扇完成一次开门与关门，其工作流程如下：微波感应器将探测信号传至数字信号控制器，数字信号控制器判断后控制直流电机运行，同时监控直流电机转数及电流，以便控制直流电机在一定时候加力和进入慢行运行及反转。直流电机得到一定运行电流后做正向运行，将动力经传动机构使自动门扇开启；自动门扇开启后由数字信号控制器作出判断，控制马达作反向运动，关闭自动门扇。

高速轨道车辆电动自动门的运行是通过直流电机的驱动来完成的，因此对自动门的运行方式的控制实质是对直流电机的控制。系统采用数字信号控制器作为控制核心，利用脉宽调制技术对直流电机的转速进行控制，控制所需的脉宽调制波由数字信号控制器直接产生，经电机驱动电路进行功率变换后驱动直流电机。自动门运行过程中，以增量式光电编码器为核心的转速和位置检测电路将车门运行的速度信号和位置信号反馈到数字信号控制器，系统通过PID算法的调节，使自动门稳定运行。当自动门在关门过程中遇到障碍物时，数字信号控制器通过监测直流电机的电驱电流实现自动门的防夹挤压功能。轨道车辆电动自动门控制系统由外部控制信号装置、数字信号控制器、电机组件、驱动装置、脉冲调制波、报警装置、自动门防夹挤压电路、转速和位置检测电路及自动门构成。外部控制信号装置选用微波感应器，又称微波雷达，他对物体的移动进行反应，他的反应速度比红外感应器快，很适合于在轨道车辆车门使用，他的特点是一旦在门附近的人员不想出门而静止不动，雷达便不再反应，自动门就会关闭，由于本设计系统有防夹功能，可以解决有可能出现的夹人现象。本系统中的烟雾传感器可以实时检测车内的烟雾浓度，当达到设定的报警值，就会联动数字信号控制器驱动直流电机开启自动门，同时由报警装置进行报警。

数字信号控制器dsPIC30F5015是Microchip公司推出的将数字信号处理技术和微控制器相结合的数字信号控制器，是专为电机数字化控制设计的一种16位微处理器，具有24位宽的指令和16位宽的数据地址，加强了对DSP功能的支持，其性能优于32位单片机，而且降低了成本。

在轨道车辆电动自动门控制系统中为了实现自动门运行速度和位置的检测，采用了以增量式光电编码器RE20-2-I00S为核心的转速和位置检测电路。该光电编码器供电电压为5V，有两路正交方波输出。光电编码器的输出信号送给数字信号控制器的正交编码器接口模块的两个输出端QEA和QEB，并通过该模块内可编程数字噪声滤波器对这两路信号进行滤波，然后通过正交解码器对两个信号进行解码，解码后产生的时钟信号和计数方向信号用于累积计数值的16位向上、向下计数器，通过对脉冲个数的计算，就可以得到电机的转角位移，由此确定门运行的位置。通过对脉冲频率的计算可以得出电机的速度，由此进行转速反馈控制。

轨道车辆电动门的防夹功能直接关系乘客的安全。系统通过监测采样电机的电驱电流的方法实现防夹挤压功能。在对直流电机转速闭环控制的条件下，在关门过程中遇到障碍时，直流电机的电驱电流将变大，采样电阻R1将直流电机采样电流转变为电压后，通过光耦HCPL-7840进行隔离，然后通过TLV2371差分放大后，输入到数字信号控制器芯片内部的A/D转换模块转换成数字信号，这样数字信号控制器就可以实时监测直流电机电驱电流。一旦超过控制系统所设定的防挤压电流阀值时，系统执行防挤压程序，直流电机由正转变为反转，自动门于是由关门动作转换为开门，实现防挤压功能。

在电动自动门控制系统中，设计了门宽参数自学习的功能。门宽参数自学习的工作状态为：在自动门控制系统进行初始化时，自动门将慢速打开一次，这个过程中，数字信号控制器dsPIC30F5015将记录门在打开过程中的各点的位置，隔一段时间门将慢速关闭，数字信号控制器dsPIC30F5015将记录门在关闭过程中各点的位置。这一速度是控制系统内部设定的，门在开关过程中，增量式编码器产生脉冲，一个脉冲对应一个固定的长度；当开关门到最大位置时，门停止移动，此时没有新脉冲输出到数字信号控制器dsPIC30F5015，则脉冲计数器就记录了门宽参数。这一门宽参数自动识别的过程称为门宽参数自学习功能。

自学习过程中，定义了5个工作状态：慢速开门状态、门已开好状态、等待、慢速关门状态和门已关好状态。在顺序执行完成5个过程后。系统就将门的参数存放到数字信号控制器dsPIC30F5015的存储器中，每次初始化时该参数都需要重置。正常运行就按照这一门宽参数来运行。此部分的工作主要通过数字信号控制器dsPIC30F5015的正交编码器接口模块QEI完成的，内部16位向上、向下计数器对正交解码器逻辑产生的每个计数脉冲进行向上或向下计数。此时计数器充当积分器，其计数值与位置成比例。计数的方向由正交解码器决定。

直流电机采用的是ALC-TEL的BG65PI电机，他具有高效率、省电、低噪音、高转速、高扭力、连续使用不发热等特性，大大超越传统AC伺服马达，配合T型齿条同步带，使门体自低速至高速的运行均具有超越的宁静性，达到了超静运行。测控系统设计为智能化控制，可随意设定门扇的运行速度，并可设定任意开度状态；可自矫正使门扇保持平稳动作；能够自动检测门的宽度以保持最佳运行状态；具有防夹功能，即当碰到障碍物或人体等异常状况时，门扇自动反转退出，运行过程中，由高速至低速平滑过度。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种轨道车辆电动自动门控制系统，其主要技术特征在于：包括外部控制信号装置、数字信号控制器、电机组件、脉冲调制波、报警装置、自动门防夹挤压电路、转速和位置检测电路及自动门；所述外部控制信号装置包括微波感应器和烟雾传感器，所述外部控制信号装置连接数字信号控制器，所述数字信号控制器通过脉冲调制波连接电机组件，所述电机组件连接转速和位置检测电路，所述转速和位置检测电路连接数字信号控制器，所述报警装置连接数字信号控制器，所述自动门防夹挤压电路连接数字信号控制器，所述电机组件连接自动门。

2.根据权利要求1所述的轨道车辆电动自动门控制系统，其特征在于：所述的数字信号控制器采用的是型号dsPIC30F5015的数字信号控制器。

3.根据权利要求1或2所述的轨道车辆电动自动门控制系统，其特征在于：所述的数字信号控制器包括电源转换模块。

4.根据权利要求1所述的轨道车辆电动自动门控制系统，其特征在于：所述的转速和位置检测电路采用增量式光电编码器。

5.根据权利要求1所述的轨道车辆电动自动门控制系统，其特征在于：所述的电机组件包括电机驱动电路和直流电机。

6.根据权利要求1或5所述的轨道车辆电动自动门控制系统，其特征在于：所述的直流电机采用的是ALC-TEL的BG65PI电机。

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