胡鵬路

(南京熊貓機(jī)電儀技術(shù)有限公司，江蘇 南京 210000)

0 引言

普通的擺閘通道主要由箱體、驅(qū)動電機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)、門體、光電傳感器、控制板、身份識別等部件組成，兩臺設(shè)備并排放置，可組成一個(gè)完整的通行通道，供人員或非機(jī)動車輛自助通行。在實(shí)際使用過程中，用戶的使用習(xí)慣和行為存在很大差別，有時(shí)還會出現(xiàn)異常和違規(guī)操作，使得擺閘通道的閘機(jī)設(shè)備容易出現(xiàn)各類故障，因此，本文將針對如何提升擺閘通道工作的穩(wěn)定性進(jìn)行探究。

1 擺閘通道的基本原理

普通擺閘由驅(qū)動電機(jī)帶動傳動機(jī)構(gòu)工作，傳動機(jī)構(gòu)中設(shè)置3個(gè)非接觸式限位開關(guān)，電機(jī)和限位開關(guān)的電路與主控板連接。在控制電機(jī)運(yùn)動時(shí)，主控板不斷讀取限位開關(guān)的感應(yīng)信號，當(dāng)發(fā)生變化時(shí)，控制電機(jī)停止，從而實(shí)現(xiàn)對擺門門體正向開門、反向開門和關(guān)門3個(gè)角度的控制。光電傳感器由一個(gè)發(fā)射端和一個(gè)接收端成對組成使用，用于檢測人員在通道內(nèi)的位置和行為，主控板通過簡單的傳感器算法判斷開門后人員是否進(jìn)入或離開通道[1]。

2 影響擺閘通道工作穩(wěn)定性的因素

對于擺閘通道而言，影響通道工作穩(wěn)定性的因素是多個(gè)方面的，以下分別從電機(jī)控制、傳感器和通行算法3個(gè)方面來進(jìn)行分析。

2.1 電機(jī)控制對擺閘工作穩(wěn)定性的影響

普通擺閘的通道內(nèi)部設(shè)有成對的兩個(gè)門體，同步開合工作。在實(shí)際使用時(shí)，會出現(xiàn)通行人員與門體撞擊的情況，因電機(jī)啟停是由3個(gè)限位開關(guān)感應(yīng)信號判定，當(dāng)門體運(yùn)動過程中無法監(jiān)測其具體位置而被撞擊時(shí)，兩個(gè)門的運(yùn)動位置將不再同步，多次撞擊后，門體與電機(jī)軸之間易發(fā)生機(jī)械偏移，對電機(jī)軸和傳動機(jī)構(gòu)造成損壞，導(dǎo)致驅(qū)動電機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)的故障率提升。

2.2 傳感器對擺閘工作穩(wěn)定性的影響

擺閘通道的傳感器多采用光電對射式傳感器，成對安裝于機(jī)箱內(nèi)側(cè)。當(dāng)人員經(jīng)過通道時(shí)，會遮擋光電傳感器的光束，并使傳感器的輸出信號發(fā)生變化，控制板通過傳感器信號變化，判斷人員是否進(jìn)入或離開通道。在實(shí)際使用中，傳感器光束有時(shí)會被異物遮擋，或當(dāng)設(shè)備老舊后發(fā)生傾斜，影響光束對正，在普通擺閘產(chǎn)品中，只要其中一個(gè)傳感器發(fā)生異?；蚬收希麄€(gè)設(shè)備都將無法正常工作。

2.3 通行控制算法對擺閘工作穩(wěn)定性的影響

通行算法是擺閘通道的靈魂，用于實(shí)現(xiàn)各類通道的功能。一般來說，通行算法具備防夾、防尾隨、防闖入等功能，在防夾算法上，很多擺閘防夾區(qū)設(shè)置較為簡單，無論是正向、反向的開門或關(guān)門，均采用同一防夾區(qū)，且在防尾隨、防闖入的設(shè)計(jì)上，僅通過端部的一個(gè)傳感器判斷，缺乏對甩臂、細(xì)物的識別，使得設(shè)備工作不夠智能，容易出現(xiàn)誤動作，影響產(chǎn)品的穩(wěn)定性[2]。

2.4 設(shè)備缺乏全生命周期管理和持續(xù)優(yōu)化

在實(shí)際布放應(yīng)用時(shí)，擺閘設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)通常被要求接入專網(wǎng)，專網(wǎng)服務(wù)器上的后臺管理軟件僅對擺閘設(shè)備的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，對于設(shè)備本身的運(yùn)行狀態(tài)及各個(gè)部件的異常情況缺乏相關(guān)的信息管理。設(shè)備廠家在完成現(xiàn)場安裝調(diào)試后，沒有足夠渠道獲取設(shè)備全生命周期的運(yùn)行狀態(tài)信息，缺乏對產(chǎn)品進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化的支撐數(shù)據(jù)，因而無法不斷對產(chǎn)品穩(wěn)定性進(jìn)行提升。

3 提高擺閘通道工作穩(wěn)定性的方法

3.1 采用伺服及電磁離合技術(shù)

針對電機(jī)控制對設(shè)備工作穩(wěn)定性的影響，可以采用伺服技術(shù)，結(jié)合電磁離合技術(shù)，對門體進(jìn)行運(yùn)動控制。采用增量式伺服編碼器，對門體停止及運(yùn)動時(shí)的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)且精確的監(jiān)控。兩個(gè)門體控制器之間通過數(shù)據(jù)線連接，并對其運(yùn)動位置進(jìn)行實(shí)時(shí)同步控制，避免出現(xiàn)兩門運(yùn)動不同步的故障。門體的正向開門、反向開門和關(guān)門角度也通過編碼器對位置進(jìn)行精確控制，防止出現(xiàn)位置偏移。門體運(yùn)動時(shí)，伺服電機(jī)采用加減速曲線控制，延長電機(jī)驅(qū)動部件的使用壽命。應(yīng)用電磁離合技術(shù)，電機(jī)驅(qū)動通過電磁離合抱閘器與門體傳動軸連接，當(dāng)門體處于阻攔狀態(tài)時(shí)，電磁離合器鎖閘，避免外部強(qiáng)行推力作用在伺服電機(jī)軸上；當(dāng)門體在運(yùn)動過程中需要急停時(shí)，也先由電磁離合器進(jìn)行鎖閘，有效提升了電機(jī)驅(qū)動部件壽命，降低設(shè)備故障率。

3.2 優(yōu)化傳感器系統(tǒng)

傳感器系統(tǒng)由設(shè)置于通道內(nèi)部的多組光電傳感器及內(nèi)置了傳感器識別算法的傳感器邏輯控制器共同組成。光電傳感器的光束發(fā)散角度在5°～8°為宜，如發(fā)散角度過小，當(dāng)機(jī)箱振動或傳感器位置偏移，容易出現(xiàn)光束對正失??；如發(fā)散角度過大，光束可能會覆蓋相鄰的接收傳感器，從而產(chǎn)生誤信號。傳感器邏輯控制器能夠?qū)λ泄怆妭鞲衅鞯恼；虍惓顟B(tài)進(jìn)行檢測，通過切斷光電傳感器發(fā)射端的電源，熄滅發(fā)射光束，并在接收端檢測對應(yīng)信號變化，來判斷傳感器是否處于正常狀態(tài)。當(dāng)控制器檢測到有傳感器出現(xiàn)異常時(shí)，重新生成降級機(jī)制的通道控制邏輯程序，并保證設(shè)備正常運(yùn)行，避免因個(gè)別傳感器出現(xiàn)異常而影響整個(gè)設(shè)備的工作。

3.3 優(yōu)化通行控制算法

采用基于ARM處理器的通行控制器，對通行控制算法進(jìn)行優(yōu)化。將防夾區(qū)細(xì)分為開門A方向、開門B方向、關(guān)門A方向和關(guān)門B方向4個(gè)不同的防夾識別區(qū)(見圖1)，降低門體運(yùn)動時(shí)的夾撞事件，提升設(shè)備工作穩(wěn)定性。

在防尾隨、防闖入的設(shè)計(jì)上，采用多組傳感器結(jié)合判斷的方式，增加對甩臂、細(xì)物等誤觸發(fā)識別的能力，從而對設(shè)備進(jìn)行更加智能、準(zhǔn)確地控制，提升設(shè)備的工作穩(wěn)定性。當(dāng)檢測到異常闖入事件時(shí)，及時(shí)通過聲光報(bào)警對闖入人員進(jìn)行提示，增量式編碼器實(shí)時(shí)監(jiān)測門體角度，如出現(xiàn)異常的角度偏移，則判定為強(qiáng)行推閘事件，此時(shí)，控制器立即控制電磁離合器鎖閘，從而避免對電機(jī)驅(qū)動部件造成進(jìn)一步損傷。

圖1 4個(gè)不同的防夾識別區(qū)

3.4 采用無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)全生命周期管理

在閘機(jī)設(shè)備內(nèi)部，安裝基于NB-IoT窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的具備邊緣計(jì)算能力的無線通信模塊，并與閘機(jī)控制器連接，從而對傳感器、伺服電機(jī)等各個(gè)部件的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀??；利用NB-IoT通信技術(shù)，將設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送到云端的運(yùn)維管理平臺，對設(shè)備各個(gè)模塊長期的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和處理，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的全生命周期管理。通過智能分析，對設(shè)備提出改進(jìn)意見，持續(xù)對設(shè)備進(jìn)行完善。

4 結(jié)語

通過上述對擺閘通道工作穩(wěn)定性問題的分析和研究可以看出，擺閘設(shè)備是一個(gè)集機(jī)械、電氣、軟件知識于一身的綜合性技術(shù)產(chǎn)品，需要在方案設(shè)計(jì)階段就從整體上進(jìn)行綜合分析和考慮，對于各部件的細(xì)節(jié)也需要不斷優(yōu)化，根據(jù)不同用戶的使用習(xí)慣，通過多重手段對設(shè)備工作過程中可能出現(xiàn)的異常進(jìn)行有效應(yīng)對，并利用無線通信技術(shù)對設(shè)備進(jìn)行全生命周期管理。只有根據(jù)長期積累的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化，才能使設(shè)備具有較好的工作穩(wěn)定性。