低压伺服摆闸机芯的控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种低压伺服摆闸机芯的控制系统，其包括电源、摆闸机芯、伺服逻辑控制器、功率驱动器、霍尔传感器，还包括：增量编码器、上位机控制机构、用于控制摆闸机芯停车的刹车装置和用于在断电时控制摆闸机芯回到开门状态的断电回位装置，所述刹车装置通过离合器实现摆闸机芯的刹车功能，所述断电回位装置通过电磁铁和扭簧实现摆闸机芯的断电回位功能；所述增量编码器设置于所述伺服电机上，用以获取所述伺服电机的位置信息，所述离合器、电磁铁和上位机控制机构均与所述伺服逻辑控制器连接。本发明专利技术还提供了一种应用于上述控制系统的控制方法。本发明专利技术能够提高摆闸机芯控制精度和电气稳定性，降低维护成本。

Control system of low voltage servo swing brake

【技术实现步骤摘要】
低压伺服摆闸机芯的控制系统
本专利技术涉及闸机
更具体地说，本专利技术涉及一种低压伺服摆闸机芯的控制系统。
技术介绍
闸机作为一种重要的门禁控制终端，越来越广泛的应用于各种场合，如：铁路车站、写字楼、工厂园区等。其中摆闸机芯作为闸机系统的最终动作执行机构，承担着最重要的人机交互作用，所以要求机芯必须安全、稳定、执行灵活。摆门作为机芯的一种，因为其动作美观、安全性高等特点备受欢迎。目前大部分摆闸机芯使用直流有刷电机加减速机的方式驱动，通过外加编码器作为位置判断，或者使用接近开关和光电开关传感器作为到位判断，这几种方式精度不高，结构较为复杂，使用时有减速箱摩擦噪音。另外有部分摆闸机芯采用了伺服电机直接驱动方式，但控制器多采用专用伺服电机驱动器控制，机芯的其他外设功能则需要另加控制板，后期维护成本高，电气稳定性不够高。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。本专利技术还有一个目的是提供一种低压伺服摆闸机芯的控制系统，提高控制精度和电气稳定性，降低维护成本。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种低压伺服摆闸机芯的控制系统，其包括电源、摆闸机芯、伺服逻辑控制器、功率驱动器、霍尔传感器，所述摆闸机芯通过伺服电机控制摆门转动，所述电源为所述伺服逻辑控制器和功率驱动器供电，所述功率驱动器与所述伺服电机连接，以驱动伺服电机同时采集伺服电机的驱动电流信息并反馈给伺服逻辑控制器，所述霍尔传感器设置在所述伺服电机上，以获取所述伺服电机转子的位置信息，所述霍尔传感器还与所述功率驱动器连接，以使所述功率驱动器为所述霍尔传感器供电，且所述功率驱动器还将所述霍尔传感器采集到的伺服电机转子的位置信息反馈给伺服逻辑控制器，所述伺服逻辑控制器根据伺服电机的驱动电流信息和转子的位置信息控制功率驱动器驱动伺服电机转子转动，还包括：增量编码器、上位机控制机构、用于控制摆闸机芯停车的刹车装置和用于在断电时控制摆闸机芯回到开门状态的断电回位装置，所述刹车装置通过离合器实现摆闸机芯的刹车功能，所述断电回位装置通过电磁铁和扭簧实现摆闸机芯断电回位功能；所述增量编码器设置于所述伺服电机上，用以获取所述伺服电机的位置信息，所述增量编码器还与所述功率驱动器连接，以使所述功率驱动器为增量编码器供电且所述功率驱动器还将所述增量编码器采集到的伺服电机转子的位置信息反馈给伺服逻辑控制器；所述离合器与所述伺服逻辑控制器连接，以使所述离合器在伺服逻辑控制器的控制下吸合或分离；所述电磁铁与所述伺服逻辑控制器连接，以使所述电磁铁在伺服逻辑控制器的控制下吸合或分离；所述上位机控制机构与所述伺服逻辑控制器连接，用于获取摆门动作信号并发送给伺服逻辑控制器。优选的是，所述伺服逻辑控制器通过I/O门控接口或RS232接口与所述上位机控制机构连接，所述伺服逻辑控制器内同时集成FOC伺服控制算法和摆闸机芯逻辑控制算法，所述摆闸机芯逻辑控制算法包括I/O门控通信协议、刹车启停逻辑控制算法和回位装置逻辑控制算法。优选的是，所述伺服逻辑控制器和功率驱动器分别集成于不同的电路板上。优选的是，所述伺服电机为PMSM电机，额定电压24V。优选的是，所述伺服逻辑控制器上设置有拨码开关。优选的是，所述I/O门控接口包括3条输入信号线和3条输出信号线，以及1条紧急信号线，信号格式是高低电平组合。优选的是，所述伺服逻辑控制器上还设置有数码管显示器，用以显示摆闸机芯的实时运行状态。优选的是，所述摆闸机芯外固设有外壳，所述摆闸机芯的伺服电机壳体固定在外壳内，伺服电机的输出轴竖直向上通过联轴器同轴连接摆门转轴；所述离合器为环形的牙嵌式离合器，其包括均套设在所述联轴器外的离合器固定部与离合器活动部，所述离合器固定部顶端连接有环形的第一固定板，所述第一固定板与外壳固接，所述离合器活动部与所述联轴器固接。优选的是，所述断电回位装置设置于所述摆门转轴的上端，所述断电回位装置包括：支撑板，其固接在外壳顶板上，所述支撑板上设有轴孔，所述摆门转轴上端转动连接在所述轴孔内；所述扭簧绕设在所述摆门转轴上端，且位于所述支撑板下方，所述扭簧的顶端与所述支撑板的底端固接；所述电磁铁为环形的吸盘式电磁铁，其包括均套设在所述扭簧外侧的电磁铁固定部与电磁铁活动部，所述电磁铁固定部与所述支撑板固接，所述电磁铁活动部下端连接有套设在摆门转轴上端的环形的第二固定板，所述扭簧的下端固接在第二固定板上，所述第二固定板下板面设置有下凸起，所述摆门转轴的肩台上设置有上凸起，所述下凸起与上凸起相互抵接；其中，当摆门处于0°位置或180°位置时，扭簧产生的恢复力最小或最大。本专利技术还提供应用于上述控制系统的控制方法，包括：通过功率驱动器采集伺服电机的驱动电流信息，通过霍尔传感器采集伺服电机转子的位置信息；伺服逻辑控制器根据驱动电流信息与伺服电机转子的位置信息，通过FOC伺服控制算法计算出伺服电机实时控制信号并发送至功率驱动器，功率驱动器根据伺服电机实时控制信号驱动伺服电机启动，当伺服电机转子首次遇到增量编码器零位信号时，伺服逻辑控制器将霍尔传感器切换为增量编码器采集伺服电机转子的位置信息；将摆门转至与摆闸通道垂直的位置，并将此时摆门的角度位置信息预存在伺服逻辑控制器中，作为摆门初始位置；设置摆门动作信号与伺服电机转子的转动角度之间的对应关系，及设置摆门动作信号与断电回位接口供电状况的对应关系，并将该对应关系存入伺服逻辑控制器；当摆门至关门状态时，通过增量编码器检测伺服电机转子的转动角度是否超过第一阈值，和/或通过增量编码器检测伺服电机转子的角加速度是否超过第二阈值，若超过第一阈值和/或超过第二阈值，伺服逻辑控制器控制离合器吸合以刹住摆闸机芯，过预设时间后，伺服逻辑控制器控制离合器分离以松开摆闸机芯，同时再次通过增量编码器检测伺服电机转子的转动角度是否超过第一阈值，和/或通过增量编码器检测伺服电机转子的角加速度是否超过第二阈值，若仍超过第一阈值和/或超过第二阈值，伺服逻辑控制器继续控制离合器吸合以刹住摆闸机芯，直至不超过第一阈值和/或超过第二阈值。本专利技术至少包括以下有益效果：1、伺服逻辑控制器上同时集成了FOC(Field-OrientedControl,磁场定向控制)伺服控制算法和摆闸机芯逻辑控制算法。其中摆闸机芯逻辑控制算法包括直接I/O门控通信协议，刹车启停逻辑控制算法，回位装置逻辑控制算法，提高了系统控制的精度和灵活性。2、采用逻辑控制部分和功率驱动部分各使用一块电路板的分离式布局方式，实现了弱电和强电物理隔离，有效的提高了系统的抗干扰性能，增强了控制系统的稳定性；同时，由于功率驱动部分为易损部分，此种分离式布局方式可以更加方便的更换维修，相比一体式的布局方式，可大幅降低后期电路板的维护费用。3、伺服逻辑控制器的控制接口采用直接I/O通信的方式，I/O通信接口包含3条输入信号线、3条输出信号线、一个紧急信号线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.低压伺服摆闸机芯的控制系统，其包括电源、摆闸机芯、伺服逻辑控制器、功率驱动器、霍尔传感器，所述摆闸机芯通过伺服电机控制摆门转动，所述电源为所述伺服逻辑控制器和功率驱动器供电，所述功率驱动器与所述伺服电机连接，以驱动伺服电机同时采集伺服电机的驱动电流信息并反馈给伺服逻辑控制器，所述霍尔传感器设置在所述伺服电机上，以获取所述伺服电机转子的位置信息，所述霍尔传感器还与所述功率驱动器连接，以使所述功率驱动器为所述霍尔传感器供电，且所述功率驱动器还将所述霍尔传感器采集到的伺服电机转子的位置信息反馈给伺服逻辑控制器，所述伺服逻辑控制器根据伺服电机的驱动电流信息和转子的位置信息控制功率驱动器驱动伺服电机转子转动，其特征在于，还包括：/n增量编码器、上位机控制机构、用于控制摆闸机芯停车的刹车装置和用于在断电时控制摆闸机芯回到开门状态的断电回位装置，所述刹车装置通过离合器实现摆闸机芯的刹车功能，所述断电回位装置通过电磁铁和扭簧实现摆闸机芯的断电回位功能；/n所述增量编码器设置于所述伺服电机上，用以获取所述伺服电机的位置信息，所述增量编码器还与所述功率驱动器连接，以使所述功率驱动器为增量编码器供电且所述功率驱动器还将所述增量编码器采集到的伺服电机转子的位置信息反馈给伺服逻辑控制器；/n所述离合器与所述伺服逻辑控制器连接，以使所述离合器在伺服逻辑控制器的控制下吸合或分离；/n所述电磁铁与所述伺服逻辑控制器连接，以使所述电磁铁在伺服逻辑控制器的控制下吸合或分离；/n所述上位机控制机构与所述伺服逻辑控制器连接，用于获取摆门动作信号并发送给伺服逻辑控制器。/n...

【技术特征摘要】
1.低压伺服摆闸机芯的控制系统，其包括电源、摆闸机芯、伺服逻辑控制器、功率驱动器、霍尔传感器，所述摆闸机芯通过伺服电机控制摆门转动，所述电源为所述伺服逻辑控制器和功率驱动器供电，所述功率驱动器与所述伺服电机连接，以驱动伺服电机同时采集伺服电机的驱动电流信息并反馈给伺服逻辑控制器，所述霍尔传感器设置在所述伺服电机上，以获取所述伺服电机转子的位置信息，所述霍尔传感器还与所述功率驱动器连接，以使所述功率驱动器为所述霍尔传感器供电，且所述功率驱动器还将所述霍尔传感器采集到的伺服电机转子的位置信息反馈给伺服逻辑控制器，所述伺服逻辑控制器根据伺服电机的驱动电流信息和转子的位置信息控制功率驱动器驱动伺服电机转子转动，其特征在于，还包括：
增量编码器、上位机控制机构、用于控制摆闸机芯停车的刹车装置和用于在断电时控制摆闸机芯回到开门状态的断电回位装置，所述刹车装置通过离合器实现摆闸机芯的刹车功能，所述断电回位装置通过电磁铁和扭簧实现摆闸机芯的断电回位功能；
所述增量编码器设置于所述伺服电机上，用以获取所述伺服电机的位置信息，所述增量编码器还与所述功率驱动器连接，以使所述功率驱动器为增量编码器供电且所述功率驱动器还将所述增量编码器采集到的伺服电机转子的位置信息反馈给伺服逻辑控制器；
所述离合器与所述伺服逻辑控制器连接，以使所述离合器在伺服逻辑控制器的控制下吸合或分离；
所述电磁铁与所述伺服逻辑控制器连接，以使所述电磁铁在伺服逻辑控制器的控制下吸合或分离；
所述上位机控制机构与所述伺服逻辑控制器连接，用于获取摆门动作信号并发送给伺服逻辑控制器。


2.如权利要求1所述的低压伺服摆闸机芯的控制系统，其特征在于，所述伺服逻辑控制器通过I/O门控接口和RS232接口与所述上位机控制机构连接，所述伺服逻辑控制器内同时集成FOC伺服控制算法和摆闸机芯逻辑控制算法，所述摆闸机芯逻辑控制算法包括I/O门控通信协议、刹车启停逻辑控制算法和回位装置逻辑控制算法。


3.如权利要求1所述的低压伺服摆闸机芯的控制系统，其特征在于，所述伺服逻辑控制器和功率驱动器分别集成于不同的电路板上。


4.如权利要求1所述的低压伺服摆闸机芯的控制系统，其特征在于，所述伺服电机为PMSM电机，额定电压24V。


5.如权利要求1所述的低压伺服摆闸机芯的控制系统，其特征在于，所述伺服逻辑控制器上设置有拨码开关。


6.如权利要求2所述的低压伺服摆闸机芯的控制系统，其特征在于，所述I/O门控接口包括3条输入信号线和3条输出信号线，以及1条紧急信号线，信号格式是高低电平组合。


7.如权利要求1所述的低压伺服摆闸机芯的控制系统，其特征在于，所述伺服逻辑控制器上还设置有数码管显示器，用以显示摆闸机芯的实时运行状...

【专利技术属性】
技术研发人员：王生，杨喜昕，
申请(专利权)人：北京卓因达科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11