CN107965238A - 一种智能化的机柜防护门和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智能化的机柜防护门和控制方法，包括工作监测单元、机械控制单元、防护门单元、供电单元；机械控制单元包括供电模块Ⅱ和电机模块，电机模块通过电源切换模块和通断控制模块连接供电模块Ⅱ；工作监测单元包括供电模块Ⅰ和控制器，控制器与远端监控中心、指令输出模块、信号采集模块连接，指令输出模块输出指令给机械控制单元的电源切换模块和通断控制模块；信号采集模块连接电源切换模块、通断控制模块、电机模块；远端监控中心向控制器发送打开或关闭柜门的指令；控制器根据接收的指令，向机械控制单元发送信号，使电机模块打开或者关闭柜门。本发明防护门打开、关闭整个过程完全自动化控制，能够满足所有自动化控制系统需求。

Description

一种智能化的机柜防护门和控制方法

技术领域

本发明涉及自动控制领域，尤其涉及一种机柜防护门和控制方法。

背景技术

在工业产品设计过程中，除了电气设计，往往还涉及到结构设计。相对于较大的系统或设备，结构一般会用到机柜。为方便后期调试、维护，机柜前、后端都会设计、安装能够开/合的防护门。机柜防护门从操作角度来说，一般分为两种：手动操作，自动操作。手动操作即人工手动左右旋转打开防护门，自动操作即通过软件控制机械结构运动打开防护门。

在非智能系统、或者安全需求较低系统设计中，考虑到整体成本、技术手段等因素限制，一般都会采用人工操作，或者简单软件控制防护门的手段。但是在一些高端智能自动化系统中，不但对自动控制功能要求较高，还对控制系统的安全防护等级要求很严格。这时原有的防护门开/合方式及控制方式已不能适用，就需要找到一种既能够自动化操作，又能够安全防护的技术手段，来满足整体系统功能、性能需求。

目前设备机柜的防护门设计主要存在如下缺点：

1） 智能化较低：在产品日益追求完全智能自动化的阶段，采用手动开/合防护门已不

能满足大多数产品需求。

2） 空间占用较大：防护门左右旋转开合时，占用机柜前面空间，在一些安装空间较小

的环境中，后期调试、维护时进行开合防护门操作很不方便。

3） 防护等级较低：一般机柜前端为一整块防护门，整体进行开/合。当防护门打开时，

机柜内所有设备前端都裸露出来，导致系统整体安全防护等级降低。

4） 故障风险较高：部分产品防护门设计采用软件控制机械部件运动，带动防护门开/

合动作，虽然具备了一定的自动化，但是存在很高的故障风险率。软件控制很容易受到外界干扰，一旦干扰较大，软件逻辑就会出现紊乱，这时自动控制失控，就会发生机械损坏、电机烧毁，甚至伤害人身安全等不可控风险。

5） 保护措施较少：防护门自动操作保护措施仅有软件检测保护，一旦发生软件故障，

或者软件检测错误，就会发生保护失效或者异常保护等事故。

6） 故障报警手段单一：防护门操控一旦发生故障，仅通过设备或机柜前端指示灯指示，

手段单一，不易第一时间通知操作人员，避免更大故障损坏。

7） 故障指示不明确：仅能指示故障、正常两种状态，具体故障无法指示，大大增加了

后期故障检修工作量。

8） 无法远程监测：仅能就近监测防护门开/合状态，以及是否故障等。

9）操作方式单一：仅能通过按键操作或者直接手工推拉操作。

发明内容

本发明提供一种支持自动开合的机柜防护门和控制方法，以解决现有技术存在的问题。

本发明采用以下技术方案：

一种智能化的机柜防护门， 包括工作监测单元、机械控制单元、防护门单元、供电单元；

所述防护门单元包括柜门；

所述机械控制单元包括供电模块Ⅱ和与柜门连接的电机模块，电机模块通过电源切换模块和通断控制模块连接供电模块Ⅱ；

所述工作监测单元包括供电模块Ⅰ和控制器，控制器上连接有与远端监控中心进行通信的通信模块、对机械控制单元进行指令输出的指令输出模块、信号采集模块，所述指令输出模块输出指令给机械控制单元的电源切换模块和通断控制模块；

所述信号采集模块连接电源切换模块、通断控制模块、电机模块、供电模块Ⅰ、供电模块Ⅱ；

所述供电模块Ⅰ和供电模块Ⅱ与机柜内部的供电单元连接。

进一步，所述防护门为一个或多个，且通信模块通过无线通信或者有线通信与远端的监控中心通信连接。

进一步，所述控制器上还连接有指示灯模块和语音模块。

进一步，所述电源切换模块为双刀双掷开关组合，所述通断控制模块为继电器或者开关组合。

进一步，所述机柜上设置与电源切换模块和通断控制模块连接的按钮。

智能化的机柜防护门的控制方法，包括远程打开柜门与远程关闭柜门；

所述远程打开柜门包括：

远端监控中心通过通信模块向控制器发送打开柜门的指令；

控制器根据接收的指令，向机械控制单元的通断控制模块和电源切换模块发送信号，通断控制模块接通电机两端的电源，电源切换模块对电源的正负极进行切换，使电机模块正转打开柜门；

柜门打开运动到位后，通过通断控制模块自动切断电源；

所述远程关闭柜门包括：

远端监控中心通过通信模块向控制器发送关闭柜门的指令；

控制器根据接收的指令，向机械控制单元的通断控制模块和电源切换模块发送触发信号，通断控制模块接通电机两端的电源，电源切换模块对电源的正负极进行切换，使电机模块反转关闭柜门；

柜门关闭运动到位后，通断控制模块自动切断电源。

进一步，还包括现场打开柜门和现场关闭柜门；

所述现场打开柜门包括：

通过人工按压设置在机柜上的按钮，向机械控制单元发送指令信号；

机械控制单元的通断控制模块接收到信号后接通电机两端的电源，电源切换模块接收到信号后对电源的正负极进行切换，使电机模块正转打开柜门；

柜门打开运动到位后，通过通断控制模块自动切断电源；

所述现场关闭柜门包括：

通过人工按压设置在机柜上的按钮，向机械控制单元发送指令信号；

机械控制单元的通断控制模块接收到信号后接通电机两端的电源，电源切换模块接收到信号后对电源的正负极进行切换，使电机模块反转关闭柜门；

柜门打开运动到位后，通过通断控制模块自动切断电源。

进一步，所述系统首次正常启动时，首先通过操作按钮发送指令给电源切换模块和通断控制模块，使柜门从初始位置开始运动，并记录柜门运动到不同位置所需的标准时间，并将时间存储在控制器的存储单元中作为以后是否正常工作的判断标准；

当系统工作时，控制器判断柜门运动到不同位置所需的时间与存储的时间的差值是否超出设定的误差范围，如果超出设定的误差范围，则判断控制系统出错，通过控制器发送指令给通断控制模块强制对电机模块进行断电。

进一步，当机柜上具有多个柜门时，将具有高安全等级的柜门设置为仅通过柜门上的钥匙进行手动开合，将具有低安全等级的柜门设置为可通过远端控制开合和/或通过柜门上的按钮自动开合。

本发明的有益效果：

1) 完全自动化：防护门打开、关闭整个过程完全自动化控制，并分别预留硬件指令接口、软件指令接口，能够满足所有自动化控制系统需求。

2) 空间占用小：防护门上、下移动，占用空间不超过机柜占用空间，在狭小空间安装时，方便操作。

3) 设备防护等级高：通过防护门分段设计，安全等级较高设备必须通过钥匙人工打开前端防护门进行操作，而安全等级较低、经常操作的设备可以通过自动控制打开前端防护门。

4) 控制系统稳定可靠：机械控制单元完全采用硬件机械控制，抗干扰能力强，避免了软件控制易受干扰的风险。

5) 故障报警方式齐全：一旦发生故障进行保护后，还能将故障信息上传给监控中心，并且还可通过设备指示灯显示、语音播报等手段第一时间通知操作人员，避免造成更大损失。

6) 故障报警指示明确：一旦发生故障进行保护后，能够通过故障信息或者指示灯、语音等手段精确报告故障位置，极大节省了维修查找问题的时间。

7) 能够远程监测：能够通过监控中心远程监测防护门机械控制过程。

8) 操作方式多样：可通过远程控制防护门开/合动作，也可现场操作按钮控制防护门开/合动作。

附图说明

图1为本发明的系统框图。

图2为工作监测单元内部组成框图。

图3为机械控制单元内部组成框图。

图4为防护门示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

本发明提供一种机柜防护门，如图1所示，包括工作监测单元、机械控制单元、防护门单元、供电单元；防护门单元包括柜门，该柜门可设计为一个，也可设计为多个。供电单元可选择独立电源供电，也可选择外部市电供电，然后通过供电单元转换为工作监测单元、机械控制单元需要的电压对外输出。

机械控制单元包括供电模块Ⅱ和与柜门连接的电机模块，电机模块通过电源切换模块和通断控制模块连接供电模块Ⅱ。

工作监测单元包括供电模块Ⅰ和控制器，控制器上连接有与远端监控中心进行通信的通信模块、对机械控制单元进行指令输出的指令输出模块、信号采集模块，指令输出模块输出指令给机械控制单元的电源切换模块和通断控制模块，信号采集模块连接电源切换模块、通断控制模块、电机模块和供电模块Ⅰ、供电模块Ⅱ，信号采集模块采集电源切换模块的开关状态、通断控制模块的状态、电机模块的状态和供电模块的供电状态，并将信息发送给监控中心进行监控。

上述的通信模块为无线通信或者有线通信。而供电模块Ⅰ和供电模块Ⅱ为两个独立的供电模块，任何一个发生故障不影响另一个工作，且与机柜内部的供电单元连接，供电单元与外部电源连接。

进一步来说，如图1所示，远端监控中心主要负责远程监测防护门控制系统的工作情况，包含通过信号采集模块采集的防护门的开/合状态、电源工作实时参数以及系统是否异常等，一方面可通过远程通信发送给监控中心进行实时监控，另一方面可进行故障实时检测，一旦发生故障，立即报警、保护。

除此之外，远端监控中心还预留远程控制软件接口，可远程云端控制防护门打开、关闭等，用于设备的定期远程维护、检修。

近端的供电单元给工作监测单元、机械控制单元分别提供工作电源，在其中一个发生断电故障时，其余一个单元仍能正常工作。

如图2所示的工作监测单元，控制器上还连接有指示灯模块和语音模块。

其中控制器为通用的嵌入式编程模块，可通过软件运行实现信号输入、输出等，来控制周围辅助模块。

指示灯模块为指示灯控制电路，通过指示灯亮、灭状态，或者不同闪烁频率等来表示设备或系统的工作状态以及故障状态；工作状态包括正常运行、异常运行，故障状态包括故障提示、故障类型提示。

语音模块可以是简单的声音提示，或者是模拟语音提示；可以在设备故障时，或者是关键操作步骤时，发出简单声音提示；也可以模拟语音播报故障及故障类型，或者关键操作步骤提醒等。

信号采集模块负责整个系统各部件工作状态采集，可通过采集开关状态或者传感器信号来判断机械运动是否到位，可通过采集电流信号、报警信号来判断电机是否堵转等。

供电模块Ⅰ主要是将供电单元提供的电源转换为内部控制器、各模块的工作电源，可根据内部各模块选择器件工作电源进行设计。

通信模块主要实现与远程监控中心进行通信的功能，通信方式包含无线通信、有线通信。主要是将内部监测信息上传给监控中心，对整个系统的工作状况进行远程实时监控；也可以接收监控中心下发的控制指令，对机械控制单元进行控制，实现防护门远程控制开/合。有线通信一般选择以太网、CAN总线等，无线通信一般选择3G/4G、WLAN等。

指令输出模块主要是输出指定电平信号给机械控制单元。当进行远程控制时，控制器通过通信模块获取到操作指令，操作指令包括打开防护门、关闭防护门；然后控制器根据操作指令内容，通过指令输出模块输出对应的电平信号给机械控制单元。

如图3所示的机械控制单元的示意图，其中：

供电模块Ⅱ主要是将供电单元提供的电源转换为内部各模块的工作电源，可根据内部各模块选择器件工作电源进行设计。

电机模块可选择普通的电缸，或者电机，电机的正反转可通过电源正负极颠倒进行控制，当电机两端电源为正电源时，电机正转，当电机两端电源为负电源时，电机反转。电机转速可根据需求选择固定转速电机，或者选择转速可调电机。若机械控制单元完全采用硬件逻辑控制，则电机无法通过软件调节转速，可以选择固定转速的电机。

电源切换模块可通过双刀双掷开关进行切换。当电机电源正负极需要颠倒时，通过控制双刀双掷开关动作，将电源的正、负两极电源线对调，这时电机两端电源反接，电机反转。双刀双掷开关可选择双路触点继电器，通过控制继电器线圈是否带电，来实现电源切换功能。

通断控制模块主要实现电机两端电源的通断。当电机拉动防护门运行到规定行程位置（可通过行程开关获取）时，通过切断电源使电机停转，若需要拉动防护门回走时，除了要电源切换改变电机转向外，还需要通过通断控制模块控制电机通电。通断控制模块可采用继电器或开关实现。

整个机械控制单元是根据工作监测模块发送的指令来执行操作的，指令为高低电平信号，高、低电平分别代表防护门打开和关闭指令。

机械控制单元内的开关、继电器触点、包括电机电源等信号状态都通过工作监测模块采集监测，通过这些状态，进行整个控制过程的实时监测。

防护门在闭合状态时，机械控制单元内继电器线圈断电，当需要防护门打开时，继电器线圈才开始加电工作，这样能够最大限度的延长电子器件的使用寿命。

本发明还可进行近端现场控制，此时机柜上设置与电源切换模块和通断控制模块连接的按钮。

机柜防护门可根据需求设计为多段防护门，即将不进行手动操作或者不经常手动操作的设备，以及安全等级较高的设备前端防护门设计为需要人工开/合的结构；将经常需要操作的设备前端防护门设计为自动控制开/合的结构。还可根据整体设计需求，选择控制自动防护门向下运动打开，或者选择向上运动打开。

本发明还提供一种机柜防护门的控制方法，包括远程打开柜门与远程关闭柜门；

远程打开柜门包括：

远端监控中心通过通信模块向控制器发送打开柜门的指令；

控制器根据接收的指令，向机械控制单元的通断控制模块和电源切换模块发送信号，通断控制模块接通电机两端的电源，电源切换模块对电源的正负极进行切换，使电机模块正转打开柜门；

柜门打开运动到位后，通过通断控制模块自动切断电源。

远程关闭柜门包括：

远端监控中心通过通信模块向控制器发送关闭柜门的指令；

控制器根据接收的指令，向机械控制单元的通断控制模块和电源切换模块发送触发信号，通断控制模块接通电机两端的电源，电源切换模块对电源的正负极进行切换，使电机模块反转关闭柜门；

柜门关闭运动到位后，通断控制模块自动切断电源。

通过设置在近端的按钮，还可实现现场打开柜门和现场关闭柜门；

现场打开柜门包括：

通过人工按压设置在机柜上的按钮，向机械控制单元发送指令信号；

机械控制单元的通断控制模块接收到信号后接通电机两端的电源，电源切换模块接收到信号后对电源的正负极进行切换，使电机模块正转打开柜门；

柜门打开运动到位后，通过通断控制模块自动切断电源。

现场关闭柜门包括：

通过人工按压设置在机柜上的按钮，向机械控制单元发送指令信号；

机械控制单元的通断控制模块接收到信号后接通电机两端的电源，电源切换模块接收到信号后对电源的正负极进行切换，使电机模块反转关闭柜门；

柜门打开运动到位后，通过通断控制模块自动切断电源。

上述操作中，由于防护门操作方式包括远程自动控制，近程按键控制。设置近程按键控制优先级高于远程控制，即只有在近程控制结束的状态下，才能进行远程控制，充分保证操作人员安全。远程控制可用于设备定期远程维护、检修；近程控制可用于人工现场操作。

上述进行控制时，远程控制即监控中心下发控制指令给工作监测单元；监测单元内控制器根据指令内容输出高低电平信号给机械控制单元；机械控制单元根据高低电平信号，控制防护门打开操作，或者关闭操作。

近程控制为完全硬件控制，通过操作按钮，输出高低电平信号，机械控制单元根据高低电平信号，控制防护门打开操作，或者关闭操作。

本发明还设置有多种保护措施，实现设备安全可靠运行：

（1）硬件过流保护：当运动结构发生故障，如电机堵转时，电机电流瞬时增大，若不采取保护，可能导致电机烧毁。硬件过流芯片可通过外围器件设置过流保护值，当电流一旦大于保护值时，电源输出断开。若需要输出恢复，可将输入电源断电重启，这样避免更换熔断保险丝带来的不便。

（2）软件过流保护：通过控制器对机械控制单元负载电流进行实时采集，若判断实时电流发生较大变化时，输出信号切断机械控制单元的供电电源进行保护，只有隐患消除，断电重启时才能重新上电工作。

（3）监测单元与控制单元分开供电：当控制部分发生保护断电时，监测部分正常工作，可以将监测到的故障信息发送给监控中心，并通过指示灯或语音进行提示。当监测部分断电时，控制部分可通过手动操作，不影响工作，且远端监控中心可及时获取监测单元监测的故障信息。

（4）完全硬件逻辑控制：防护门打开及关闭过程，完全采用硬件逻辑电路实现，抗干扰能力强，防止通过软件控制时易受干扰，执行紊乱。

（5）时间自学习预判保护：首先通过操作按钮发送指令给电源切换模块和通断控制模块，使柜门从初始位置开始运动，并记录柜门运动到不同位置所需的标准时间，将时间存储在控制器的存储单元中作为以后是否正常工作的判断标准。当系统工作时，控制器判断柜门运动到不同位置所需的时间与存储的时间的差值是否超出设定的误差范围，如果超出设定的误差范围，则判断控制系统出错，通过控制器发送指令给通断控制模块强制对电机模块进行断电。

本发明的机柜防护门在使用时，具有以下优点：

（1）完全自动化：防护门打开、关闭整个过程完全自动化控制，并分别预留硬件指令接口、软件指令接口，能够满足所有自动化控制系统需求。

（2）空间占用小：防护门上、下移动，占用空间不超过机柜占用空间，在狭小空间安装时，方便操作。

（3）设备防护等级高：通过防护门分段设计，安全等级较高设备必须通过钥匙人工打开前端防护门进行操作，而安全等级较低、经常操作的设备可以通过自动控制打开前端防护门。

（4）机械控制单元稳定可靠：完全采用硬件机械控制，抗干扰能力强，避免了软件控制易受干扰的风险。

（5）控制系统安全保护：系统内采用软件保护+硬件保护双层保护，并且每层保护又包含多种保护方式。一旦发生故障，立马进行保护，避免造成设备损坏，甚至人员伤害。

（6）故障报警方式齐全：一旦发生故障进行保护后，还能将故障信息上传给监控中心，并且还可通过设备指示灯显示、语音播报等手段第一时间通知操作人员，避免造成更大损失。

（7）故障报警指示明确：一旦发生故障进行保护后，能够通过故障信息或者指示灯、语音等手段精确报告故障位置，极大节省了维修查找问题的时间。

（8）能够远程监测：能够通过监控中心远程监测防护门机械控制过程。

（9）操作方式多样：可通过远程控制防护门开/合动作，也可现场操作按钮控制防护门开/合动作。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种智能化的机柜防护门，其特征在于：

包括工作监测单元、机械控制单元、防护门单元、供电单元；

所述防护门单元包括柜门；

所述机械控制单元包括供电模块Ⅱ和与柜门连接的电机模块，电机模块通过电源切换模块和通断控制模块连接供电模块Ⅱ；

所述工作监测单元包括供电模块Ⅰ和控制器，控制器上连接有与远端监控中心进行通信的通信模块、对机械控制单元进行指令输出的指令输出模块、信号采集模块，所述指令输出模块输出指令给机械控制单元的电源切换模块和通断控制模块；

所述信号采集模块连接电源切换模块、通断控制模块、电机模块、供电模块Ⅰ、供电模块Ⅱ；

所述供电模块Ⅰ和供电模块Ⅱ与机柜内部的供电单元连接。

2.根据权利要求1所述的一种智能化的机柜防护门，其特征在于：所述防护门为一个或多个，且通信模块通过无线通信或者有线通信与远端的监控中心通信连接。

3.根据权利要求1所述的一种智能化的机柜防护门，其特征在于：所述控制器上还连接有指示灯模块和语音模块。

4.根据权利要求1所述的一种智能化的机柜防护门，其特征在于：所述电源切换模块为双刀双掷开关组合，所述通断控制模块为继电器或者开关组合。

5.根据权利要求4所述的一种智能化的机柜防护门，其特征在于：所述机柜上设置与电源切换模块和通断控制模块连接的按钮。

6.使用权利要求1~5任一项的智能化的机柜防护门的控制方法，其特征在于：包括远程打开柜门与远程关闭柜门；

所述远程打开柜门包括：

远端监控中心通过通信模块向控制器发送打开柜门的指令；

控制器根据接收的指令，向机械控制单元的通断控制模块和电源切换模块发送信号，通断控制模块接通电机两端的电源，电源切换模块对电源的正负极进行切换，使电机模块正转打开柜门；

柜门打开运动到位后，通过通断控制模块自动切断电源；

所述远程关闭柜门包括：

远端监控中心通过通信模块向控制器发送关闭柜门的指令；

控制器根据接收的指令，向机械控制单元的通断控制模块和电源切换模块发送触发信号，通断控制模块接通电机两端的电源，电源切换模块对电源的正负极进行切换，使电机模块反转关闭柜门；

柜门关闭运动到位后，通断控制模块自动切断电源。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：还包括现场打开柜门和现场关闭柜门；

所述现场打开柜门包括：

通过人工按压设置在机柜上的按钮，向机械控制单元发送指令信号；

机械控制单元的通断控制模块接收到信号后接通电机两端的电源，电源切换模块接收到信号后对电源的正负极进行切换，使电机模块正转打开柜门；

柜门打开运动到位后，通过通断控制模块自动切断电源；

所述现场关闭柜门包括：

通过人工按压设置在机柜上的按钮，向机械控制单元发送指令信号；

机械控制单元的通断控制模块接收到信号后接通电机两端的电源，电源切换模块接收到信号后对电源的正负极进行切换，使电机模块反转关闭柜门；

柜门打开运动到位后，通过通断控制模块自动切断电源。

8.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：

所述系统首次正常启动时，首先通过操作按钮发送指令给电源切换模块和通断控制模块，使柜门从初始位置开始运动，并记录柜门运动到不同位置所需的标准时间，并将时间存储在控制器的存储单元中作为以后是否正常工作的判断标准；

当系统工作时，控制器判断柜门运动到不同位置所需的时间与存储的时间的差值是否超出设定的误差范围，如果超出设定的误差范围，则判断控制系统出错，通过控制器发送指令给通断控制模块强制对电机模块进行断电。

9.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：当机柜上具有多个柜门时，将具有高安全等级的柜门设置为仅通过柜门上的钥匙进行手动开合，将具有低安全等级的柜门设置为可通过远端控制开合和/或通过柜门上的按钮自动开合。