嘉昱伺服摆闸解决方案用于智能通道闸

导言

本文面向智能通道闸机领域，针对传统电平通讯或应用方独立控制双门通讯方式的通道闸机无法有效发送及接收通讯信息而出现应用方难于有效控制、易误伤行人，运行无法同步，维护难以判断出错点、使用者无法有效掌握当前闸机状态等问题，设计了一套基于RS232口+CAN转发协议机制的智能闸机驱动方案，该方案采用基于RS232口+CAN通讯转发方式并实行双门通过CAN快速获取对门信息技术，嵌入高性能伺服驱动控制技术及可靠的通讯判断出错及保密技术，解决了通道应用方无法快速掌握闸机状况、闸机运行不平稳、双门不同步、双门状态不一、双门停机抖动等问题。涉及RS232通讯、CAN通讯、协议转发机制、通讯出错判断处理机制、通讯保密机制、电机伺服驱动等相结合的技术。

一、系统组成

本系统由直流电源(24V至70V)、嘉昱机电伺服驱动器、闸机以及按键等构成。本系统以RS232协议接入应用方控制设备，实现方便简易控制。本系统原理框图如图1所示：

图1  基于RS232口+CAN转发协议的智能通道闸框架图

二、系统功能

1、伺服驱动器与外部通讯端口为RS232接口，RS-232是现在主流的串行通信接口之一，属于全双工通讯方式，可实时的与应用方设备交互状态信息及数据。

2、双驱动器之间采用CAN通讯为基础，互相之间实时的交互信息与数据。CAN通讯是一种高性能和高可靠性的现场总线，他的支持分布式控制或实时控制为驱动器之间通讯提供有效的保障，保证闸机运行的同步与状态的统一。

3、伺服电机驱动方式为全闭环控制，包括位置闭环、速度闭环和电流闭环；采用高稳定性编码器作为位置环输入单元，位置环输出单元作为速度环输入单元，配合优越的比例积分微分算法，确保闸门在运行过程中位置定位准确、响应快速、运行平稳、无抖动延迟等现象；电流闭环采用FOC矢量算法，确保电机无刺耳啸叫、运行通畅无误阻挡、力矩合适、使用寿命长。

4、多重防夹保护功能，由于采用位置闭环，实时监测实际位置与目标位置的偏差，当偏差角度大于用户设定的位置防夹参数，系统将触发位置防夹保护功能；由于采用电流闭环，实时监测实际电流与防夹保护电流的偏差，当闸机摆门受到阻挡，实际电流大于防夹保护电流时，将触发电流防夹保护功能。加上红外保护功能，多重保护功能大大降低误伤人情形的出现。

5、防止暴力闯闸功能，采用位置闭环，若在关闸条件下检测检测当前位置超过设置闯闸位置则吸合离合锁住闸门；采用电流闭环，若在关闸条件下检测电流大于设定的闯闸电流时则吸合离合锁住闸门。在锁住闸门后驱动器关断UVW相线输出，防止继续闯闸离合无法锁住的情况下电流过高损坏驱动器。在无再次闯闸的条件下延时设定的时间后恢复至关闸位置，如此完成整个防止暴力闯闸功能。

三、智能摆闸工作流程及原理

图2    基于RS232口+CAN转发协议的智能通道闸工作流程框图

①　闸门控制命令其中有用户设备通过RS232端口下发的正反开关闸门、急停闸门、锁紧释放离合等命令，设置参数有设置闸机模式、开关门速度、开关门加速度、开关门角度及常用PID参数等；

②　闸门信息，伺服驱动器通过RS232返回当前闸门状态（如开门到位、关门到位、找零中、开关门过程中等），此外还会返回闸门当前报警状态及错误类型（如检测霍尔失败、欠压、过压、过流、过载等）；

③　转发用户设备所下发的门控命令及设置参数，同时将驱动器1门状态信息通过CAN方式发送至驱动器2；

④　将驱动器2门状态信息通过CAN方式发送至驱动器1，通过与第③步相结合从而保证双门的同步依据状态的统一，如单门运行阻挡则对门同样执行停机进入对轴阻挡状态，单门被强制推闸则对门同样执行抱锁离合状态；

⑤　驱动器1链接闸门转动以及执行锁闸操作；

驱动器2链接闸门转动以及执行锁闸操作。

本方案的有益效果在于：

  1、简化应用方使用难度，不用考虑双门同步及双门状态统一问题，只需下发门控命令及查询状态信息。

  2、运行效果较好，采用优化后的最新算法，极大的增加了闸门的运行速度，可达250MS；

  3、开关门过程闸门运行平稳，无过冲及抖动状况。

  4、极高的安全性，多重安全保护模式，位置角度偏差保护及过流保护等多种保护措施，极大的降低了对行人的伤害；

  5、稳定性较高，当有强行闯闸或者暴力冲击，控制器报警提示及自我恢复，并记录数据；

结束语：

采用串口通讯加CAN同步机制，大大提高了智能通道闸的信息交互能力，增加客户体验感，降低设备维护难度。采用伺服电机作为执行机构，能带来设备的功能大幅升级，给设备制造商多一个选择。结合当前“一带一路”的大环境，必将和我们的设备整体一起走向国际市场。给中高端通道闸机，安上一棵“中国芯”！

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