CN104343310A - 轨道交通滑动式电动安全栏杆门机控制系统 - Google Patents

Abstract

一种轨道交通滑动式电动安全栏杆门机控制系统，包括按键显示部分、控制驱动部分和通讯处理部分；按键显示部分、通讯处理部分分别与控制驱动部分电信相连；按键显示部分完成按键处理和数字显示功能，用于人机对话，接受和反馈用户指令；控制驱动部分完成整个系统的供电、用户命令的处理、电机运动过程的控制以及对电机各种信号的监测和控制；通讯处理部分完成与上位机的通讯，将电机状态通过RS485总线上传给上位机，同时接受上位机的控制参数下传。本发明提供了一种不需要PLC控制信号的纯S型运动曲线的电动安全栏杆门机控制器系统。主要应用于轨道交通站台屏蔽门、安全门、电动安全栏杆及BRT系统。

Description

轨道交通滑动式电动安全栏杆门机控制系统

技术领域

本发明涉及信号处理，尤其涉及一种轨道交通滑动式电动安全栏杆门机控制系统。

背景技术

地铁屏蔽门/安全门系统的就地控制，一般采用PLC加屏蔽门/安全门驱动器的组合形式，由PLC接收并判断外部的开关门信号，与驱动器的反馈信号进行综合后，组合发出开关门指令。当关门过程遇阻时，由PLC结合遇阻信号，将关门信号反转为开门信号，然后一段时间后，再重复进行关门试验。连续数次，持续遇阻后，PLC发出开门指令，控制驱动器开门，并向上位机发出故障信号。

PLC的作用是起到信号的上传下达，并智能控制的作用。同时兼起与上位机的信号通讯作用。将驱动器的状态传送给上位机。

一般驱动器的开关门曲线如图1所示。

从收到开门指令开始，驱动器突然施加一个力在电机上，电机驱动皮带突然收紧，拉动门体向开门方向移动。在达到最大速度前基本以一个较大的开门力拉动门体克服摩擦力加速运动，当快到到达开门到位点后，开始减速，电机被施加反向力拖动皮带减速，以降低运动速度。最后以一个较低的速度撞上开门到位的机械限制点。停止运动。

这种形式的最大问题在于门体从静止到运动的瞬间，被突然施加了一个较大的开门力，即力是从零一下加到开门力。这里存在一个力的突变，表现在机械上即为皮带突然收紧，会出现皮带的跳动，如果皮带在长期运行过程中有松动的话，会出现较大的异响。对皮带的寿命有一定的影响。

常规的驱动器如果出现故障后，会自动停止，需要人为加以干涉，进行检修后，再重新进行运行。实际运行过程中，较多出现的过流故障，属于机械负载突发过重，或者人为临时对门体运行进行阻碍。这类故障如果能由驱动器进行智能判断，智能恢复的话，能大大减少故障的运行恢复时间。这就是驱动器的故障智能分类判断重运行技术。

发明内容

本发明的目的，就是为了解决上述现有技术存在的问题，提供一种轨道交通滑动式电动安全栏杆门机控制系统。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种轨道交通滑动式电动安全栏杆门机控制系统，包括按键显示部分、控制驱动部分和通讯处理部分；按键显示部分、通讯处理部分分别与控制驱动部分电信相连；按键显示部分完成按键处理和数字显示功能，用于人机对话，接受和反馈用户指令；控制驱动部分完成整个系统的供电、用户命令的处理、电机运动过程的控制以及对电机各种信号的监测和控制；通讯处理部分完成与上位机的通讯，将电机状态通过RS485总线上传给上位机，同时接受上位机的控制参数下传。

所述按键显示部分包括三个机械式按键、按键显示专用集成芯片CH492和LED显示器，三个机械式按键通过按键显示专用集成芯片CH492与控制驱动部分电信相连向其输送按键信号，LED显示器通过按键显示专用集成芯片CH492与控制驱动部分电信相连接收来自控制驱动部分的LED信号并进行LED显示。

所述控制驱动部分包括电源处理模块，霍尔传感与光电编码器，MCU控制器，MOSFET驱动器和电流检测反馈电路；电源处理模块输入36V直流供电，经过整流滤波、DC-DC变压后分别输出+15V、+5V、+3.3V和隔离+5V电压到系统各用电元件；霍尔传感与光电编码器的输入连接电机的霍尔位置信号输出，霍尔传感与光电编码器的输出连接MCU控制器，MOSFET驱动器的输入连接MCU控制器的一个输出，MOSFET驱动器的输出连接电机，电流检测反馈电路的输入连接电机，电流检测反馈电路的输出连接MCU控制器；所述按键显示部分、通讯处理部分分别与MCU控制器电信相连。

所述通讯处理部分包括RS485总线与光电隔离电路，RS485总线与光电隔离电路双向通讯相连，光电隔离电路与控制驱动部分的MCU控制器双向通讯相连。

所述LED显示器包含2位8字显数码管。

所述霍尔传感与光电编码器主要包括74HC07D芯片、多个上拉电阻和滤波电容，74HC07D芯片、多个上拉电阻和滤波电容构成电平转换电路，将电机转动后的5V霍尔信号与光电码盘信号经过滤波和上拉后进行电平转换成为消除干扰的3.3V信号，送入MCU控制器进行数据处理，由此得出当前的电机转子位置。

所述MCU控制器主要包括主芯片TMS320F2802、IR2136和MOSFET，其接受外部输入的开门、关门、强制关门、自动复位信号和内部回馈信号进行处理后控制驱动器的运作，主芯片TMS320F2802为TI公司32位DSP，运算频率60MHz，32K的flash和12K字节的SRAM。

所述MOSFET驱动器主要包括预驱动芯片IR2136S以及6个MOSFETIRF540N，其驱动电机转动，并且带有过欠压和过流监测，电压和电流超出正常范围时会自动停止工作并向主芯片报警。

所述RS485总线采用隔离的5V电源单独供电。

本发明采用TI公司的32位DSP TMS320F2802作为主控CPU，利用32位DSP的强大运算处理能力，除完成驱动器的门体运动控制功能外，将PLC的功能整合进了控制器中，由控制器代替PLC接收上位机的开关门信号，并结合控制器运行过程中的遇阻信号，自行补齐重开门信号，控制门体运动。并与上位机通过RS485总线进行MODBUS通讯控制。对于门体运动采用全S型驱动方式，同时内部整合了故障信号智能处理系统，对故障信号进行智能分类。与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、将PLC功能整合进驱动器中。因为本驱动器具有通讯功能，因此可以通过与上位机的通讯，将开关门信号与驱动器的反馈信号经过驱动器内部程序处理后，整合为一体。这样，当驱动器在关门过程中遇阻后，即使在外部关门信号持续有效时，驱动器自行内部提供一个开门信号，使驱动器驱动电机开门，然后重复三次自行关门。如果重复遇阻，则驱动器将门体开至开门端，并向上位机通讯报告遇阻故障。因为DSP的强大数据处理能力，使驱动器在运行大量的电机处理程序外，仍然有较多时间进行PLC的信号处理与通讯功能。节省了成本。

2、采用全S型两段曲线控制，电机在任何时候，受到的力都是一个S型的曲线力，即加速度以S型变化。这样有效地减少了皮带的跳动，对延长整个机械系统的寿命大有好处。同时整体的开关门效果表现得比一般的门体要柔顺许多。图7所示是本发明采用的开关门曲线。可以看到，在较陡峭的加速度曲线前，有一段较柔和的预加速过程，充分将机械系统的啮合因素考虑进去，通过预加速保证机械系统的充分啮合后，再以较大的加速度将门体加速上去。对机械系统的冲击达到了最小。保障了整个系统运行的寿命和平滑性。

图8为典型S曲线加减速过程分析图，从图8可以看出，加速过程可以分成加速度增加，加速度保持和加速度递减三个过程，因此S型曲线对电机的施加力永远是柔和慢加，达到Amax后才保持在此最大力。同理可应用于减加速度过程的分析。

3、故障分类处理能力

一般的驱动器提供的故障类型为过压，欠压，过流，过负荷，内部故障等。当出现故障后，驱动器报出错误代码，停机。等待维修人员更换处理。

但根据现场运行分析，绝大部分故障均为运行过程中造成的过压、欠压与过负荷故障。而这些故障属于非持续型故障，当现场情况出现稍微的变化后，引起故障的原因就会消失。因此，如果我们采用发现故障时，对以上三种非持续性故障暂时关闭电机输出，现场人员可以采用人为将门关闭后，这样会有一段时间延迟，很有可能此时故障引起原因消失。此时再重新试恢复控制，则有很大可能恢复运行。如果延时后，仍然出现此类故障，则标记为不可恢复型故障，永久停机。采用此方法，可以将大部分非持续型故障在较短的时间内恢复运行，减少了故障维修与响应的时间。提高了运行的效率。

附图说明

图1为现有技术驱动器的开关门曲线示意图；

图2为本发明轨道交通滑动式电动安全栏杆门机控制系统的结构示意图；

图3为本发明中的电源处理模块的结构及供电关系示意图；

图4为本发明中的霍尔传感与光电编码器的结构及连接关系示意图；

图5为本发明中的按键显示部分的结构及连接关系示意图；

图6为本发明中的控制驱动部分的结构及连接关系示意图；

图7为本发明的开关门曲线示意图；

图8为典型S曲线加减速过程分析图。

具体实施方式

参见图2，配合参见图3、图4、图5、图6。本发明的轨道交通滑动式电动安全栏杆门机控制系统，包括按键显示部分1、控制驱动部分2和通讯处理部分3；按键显示部分、通讯处理部分分别与控制驱动部分电信相连；按键显示部分完成按键处理和数字显示功能，用于人机对话，接受和反馈用户指令；控制驱动部分完成整个系统的供电、用户命令的处理、电机运动过程的控制以及对电机各种信号的监测和控制；通讯处理部分完成与上位机的通讯，将电机状态通过RS485总线上传给上位机，同时接受上位机的控制参数下传。

配合参见图5，本发明中的按键显示部分1包括三个机械式按键11、按键显示专用集成芯片CH492和LED显示器12，三个机械式按键通过按键显示专用集成芯片CH492与控制驱动部分电信相连向其输送按键信号，LED显示器通过按键显示专用集成芯片CH492与控制驱动部分电信相连接收来自控制驱动部分的LED信号并进行LED显示。按键显示部分用于人机交互，由按键显示专用集成芯片CH492、2位8字显数码管、3个机械式按键和若干周边元器件组成。按键显示部分通过按键接受用户的指令，处理后将信号送至控制驱动部分，并从控制驱动部分接收LED的显示命令，根据命令内容点亮LED的各个数码管。

配合参见图3、图4、图6，本发明中的控制驱动部分2包括电源处理模块21，霍尔传感与光电编码器22，MCU控制器23，MOSFET驱动器24和电流检测反馈电路25。

配合参见图3，电源处理模块的功能为控制系统供电，主要包括电源管理集成芯片、变压器、三端稳压集成芯片、低电压差调节芯片、运算放大器。电源处理模块输入36V直流供电，经过整流滤波、DC-DC变压后分别输出+15V、+5V、+3.3V和隔离+5V电压到系统各用电元件。

配合参见图4，霍尔传感与光电编码器的输入连接电机的霍尔位置信号输出，霍尔传感与光电编码器的输出连接MCU控制器。霍尔传感与光电编码器用于无刷电机的换相与运行位置判断。主要包括：74HC07D芯片、若干上拉电阻和滤波电容。74HC07D芯片、若干上拉电阻和滤波电容购成一个电平转换电路，将电机转动后的霍尔5V信号与光电码盘信号经过滤波和上拉后进行电平转换成为消除干扰的3.3V信号，然后送入主芯片进行数据处理，由此得出当前的电机转子位置。主芯片对3.3V和5V皆有效。

配合参见图6，MOSFET驱动器的输入连接MCU控制器的一个输出，MOSFET驱动器的输出连接电机，电流检测反馈电路的输入连接电机，电流检测反馈电路的输出连接MCU控制器。MCU控制器和MOSFET驱动器为本系统的核心，MCU控制器主要包括主芯片TMS320F2802和IR2136、MOSFET以及若干外围电路，构成控制电路，接受外部输入(开门、关门、强制关门、自动复位)和内部回馈(报错等)的信号进行处理后控制驱动器的运作。主芯片TMS320F2802为TI公司32位DSP，运算频率60MHz，32K的flash和12K字节的SRAM。MOSFET驱动器主要包括预驱动芯片IR2136S以及6个MOSFET IRF540N和若干电阻电容，构成驱动电路，驱动电机转动。并且带有过欠压和过流监测，电压和电流超出正常范围时会自动停止工作并向主芯片报警。

本发明中的通讯处理部分3包括RS485总线31与光电隔离电路32，RS485总线与光电隔离电路双向通讯相连，光电隔离电路与控制驱动部分的MCU控制器双向通讯相连。通讯部分的供电采用隔离的5V电源单独供电，通过光电耦合器将控制器内部与通讯线路隔离开来。采用RS485总线，遵循标准的MODBUS协议进行信息传送。负责将驱动器的状态上传给上位机，同时上位机可以利用RS485总线对驱动器的参数进行调整与修改。

Claims (9)

1.一种轨道交通滑动式电动安全栏杆门机控制系统，其特征在于：包括按键显示部分、控制驱动部分和通讯处理部分；按键显示部分、通讯处理部分分别与控制驱动部分电信相连；按键显示部分完成按键处理和数字显示功能，用于人机对话，接受和反馈用户指令；控制驱动部分完成整个系统的供电、用户命令的处理、电机运动过程的控制以及对电机各种信号的监测和控制；通讯处理部分完成与上位机的通讯，将电机状态通过RS485总线上传给上位机，同时接受上位机的控制参数下传。

2.如权利要求1所述的轨道交通滑动式电动安全栏杆门机控制系统，其特征在于：所述按键显示部分包括三个机械式按键、按键显示专用集成芯片CH492和LED显示器，三个机械式按键通过按键显示专用集成芯片CH492与控制驱动部分电信相连向其输送按键信号，LED显示器通过按键显示专用集成芯片CH492与控制驱动部分电信相连接收来自控制驱动部分的LED信号并进行LED显示。

3.如权利要求1所述的轨道交通滑动式电动安全栏杆门机控制系统，其特征在于：所述控制驱动部分包括电源处理模块，霍尔传感与光电编码器，MCU控制器，MOSFET驱动器和电流检测反馈电路；电源处理模块输入36V直流供电，经过整流滤波、DC-DC变压后分别输出+15V、+5V、+3.3V和隔离+5V电压到系统各用电元件；霍尔传感与光电编码器的输入连接电机的霍尔位置信号输出，霍尔传感与光电编码器的输出连接MCU控制器，MOSFET驱动器的输入连接MCU控制器的一个输出，MOSFET驱动器的输出连接电机，电流检测反馈电路的输入连接电机，电流检测反馈电路的输出连接MCU控制器；所述按键显示部分、通讯处理部分分别与MCU控制器电信相连。

4.如权利要求1所述的轨道交通滑动式电动安全栏杆门机控制系统，其特征在于：所述通讯处理部分包括RS485总线与光电隔离电路，RS485总线与光电隔离电路双向通讯相连，光电隔离电路与控制驱动部分的MCU控制器双向通讯相连。

5.如权利要求2所述的轨道交通滑动式电动安全栏杆门机控制系统，其特征在于：所述LED显示器包含2位8字显数码管。

6.如权利要求3所述的轨道交通滑动式电动安全栏杆门机控制系统，其特征在于：所述霍尔传感与光电编码器主要包括74HC07D芯片、多个上拉电阻和滤波电容，74HC07D芯片、多个上拉电阻和滤波电容构成电平转换电路，将电机转动后的5V霍尔信号与光电码盘信号经过滤波和上拉后进行电平转换成为消除干扰的3.3V信号，送入MCU控制器进行数据处理，由此得出当前的电机转子位置。

7.如权利要求3所述的轨道交通滑动式电动安全栏杆门机控制系统，其特征在于：所述MCU控制器主要包括主芯片TMS320F2802、IR2136和MOSFET，其接受外部输入的开门、关门、强制关门、自动复位信号和内部回馈信号进行处理后控制驱动器的运作，主芯片TMS320F2802为TI公司32位DSP，运算频率60MHz，32K的flash和12K字节的SRAM。

8.如权利要求3所述的轨道交通滑动式电动安全栏杆门机控制系统，其特征在于：所述MOSFET驱动器主要包括预驱动芯片IR2136S以及6个MOSFETIRF540N，其驱动电机转动，并且带有过欠压和过流监测，电压和电流超出正常范围时会自动停止工作并向主芯片报警。

9.如权利要求4所述的轨道交通滑动式电动安全栏杆门机控制系统，其特征在于：所述RS485总线采用隔离的5V电源单独供电。