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(dòng)電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、門(mén)體、光電傳感器、控制板、身份識(shí)別等部件組成，兩臺(tái)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(dòng)車輛自助通行。在實(shí)際使用過(guò)程中，用戶的使用習(xí)慣和行為存在很大差別，有時(shí)還會(huì)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(duì)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(dòng)電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)工作，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中設(shè)置3個(gè)非接觸式限位開(kāi)關(guān)，電機(jī)和限位開(kāi)關(guān)的電路與主控板連接。在控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)，主控板不斷讀取限位開(kāi)關(guān)的感應(yīng)信號(hào)，當(dāng)發(fā)生變化時(shí)，控制電機(jī)停止，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)擺門(mén)門(mén)體正向開(kāi)門(mén)、反向開(kāi)門(mén)和關(guān)門(mén)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(duì)組成使用，用于檢測(cè)人員在通道內(nèi)的位置和行為，主控板通過(guò)簡(jiǎn)單的傳感器算法判斷開(kāi)門(mén)后人員是否進(jìn)入或離開(kāi)通道[1]。

2 影響擺閘通道工作穩(wěn)定性的因素

對(duì)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(lái)進(jìn)行分析。

2.1 電機(jī)控制對(duì)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(duì)的兩個(gè)門(mén)體，同步開(kāi)合工作。在實(shí)際使用時(shí)，會(huì)出現(xiàn)通行人員與門(mén)體撞擊的情況，因電機(jī)啟停是由3個(gè)限位開(kāi)關(guān)感應(yīng)信號(hào)判定，當(dāng)門(mén)體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中無(wú)法監(jiān)測(cè)其具體位置而被撞擊時(shí)，兩個(gè)門(mén)的運(yùn)動(dòng)位置將不再同步，多次撞擊后，門(mén)體與電機(jī)軸之間易發(fā)生機(jī)械偏移，對(duì)電機(jī)軸和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)造成損壞，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的故障率提升。

2.2 傳感器對(duì)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(duì)射式傳感器，成對(duì)安裝于機(jī)箱內(nèi)側(cè)。當(dāng)人員經(jīng)過(guò)通道時(shí)，會(huì)遮擋光電傳感器的光束，并使傳感器的輸出信號(hào)發(fā)生變化，控制板通過(guò)傳感器信號(hào)變化，判斷人員是否進(jìn)入或離開(kāi)通道。在實(shí)際使用中，傳感器光束有時(shí)會(huì)被異物遮擋，或當(dāng)設(shè)備老舊后發(fā)生傾斜，影響光束對(duì)正，在普通擺閘產(chǎn)品中，只要其中一個(gè)傳感器發(fā)生異常或故障，整個(gè)設(shè)備都將無(wú)法正常工作。

2.3 通行控制算法對(duì)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(lái)說(shuō)，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(jiǎn)單，無(wú)論是正向、反向的開(kāi)門(mén)或關(guān)門(mén)，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(guò)端部的一個(gè)傳感器判斷，缺乏對(duì)甩臂、細(xì)物的識(shí)別，使得設(shè)備工作不夠智能，容易出現(xiàn)誤動(dòng)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(tái)管理軟件僅對(duì)擺閘設(shè)備的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，對(duì)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(chǎng)安裝調(diào)試后，沒(méi)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(duì)產(chǎn)品進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化的支撐數(shù)據(jù)，因而無(wú)法不斷對(duì)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(duì)電機(jī)控制對(duì)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(duì)門(mén)體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制。采用增量式伺服編碼器，對(duì)門(mén)體停止及運(yùn)動(dòng)時(shí)的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)且精確的監(jiān)控。兩個(gè)門(mén)體控制器之間通過(guò)數(shù)據(jù)線連接，并對(duì)其運(yùn)動(dòng)位置進(jìn)行實(shí)時(shí)同步控制，避免出現(xiàn)兩門(mén)運(yùn)動(dòng)不同步的故障。門(mén)體的正向開(kāi)門(mén)、反向開(kāi)門(mén)和關(guān)門(mén)角度也通過(guò)編碼器對(duì)位置進(jìn)行精確控制，防止出現(xiàn)位置偏移。門(mén)體運(yùn)動(dòng)時(shí)，伺服電機(jī)采用加減速曲線控制，延長(zhǎng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)部件的使用壽命。應(yīng)用電磁離合技術(shù)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)通過(guò)電磁離合抱閘器與門(mén)體傳動(dòng)軸連接，當(dāng)門(mén)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(mén)體在運(yùn)動(dòng)過(guò)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(dòng)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(shí)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(guò)小，當(dāng)機(jī)箱振動(dòng)或傳感器位置偏移，容易出現(xiàn)光束對(duì)正失??；如發(fā)散角度過(guò)大，光束可能會(huì)覆蓋相鄰的接收傳感器，從而產(chǎn)生誤信號(hào)。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(cè)，通過(guò)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(cè)對(duì)應(yīng)信號(hào)變化，來(lái)判斷傳感器是否處于正常狀態(tài)。當(dāng)控制器檢測(cè)到有傳感器出現(xiàn)異常時(shí)，重新生成降級(jí)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(duì)通行控制算法進(jìn)行優(yōu)化。將防夾區(qū)細(xì)分為開(kāi)門(mén)A方向、開(kāi)門(mén)B方向、關(guān)門(mén)A方向和關(guān)門(mén)B方向4個(gè)不同的防夾識(shí)別區(qū)(見(jiàn)圖1)，降低門(mén)體運(yùn)動(dòng)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(duì)甩臂、細(xì)物等誤觸發(fā)識(shí)別的能力，從而對(duì)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(cè)到異常闖入事件時(shí)，及時(shí)通過(guò)聲光報(bào)警對(duì)闖入人員進(jìn)行提示，增量式編碼器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)門(mén)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(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)部件造成進(jìn)一步損傷。

圖1 4個(gè)不同的防夾識(shí)別區(qū)

3.4 采用無(wú)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(wú)線通信模塊，并與閘機(jī)控制器連接，從而對(duì)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?。焕肗B-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(tái)，對(duì)設(shè)備各個(gè)模塊長(zhǎng)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(duì)設(shè)備的全生命周期管理。通過(guò)智能分析，對(duì)設(shè)備提出改進(jìn)意見(jiàn)，持續(xù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行完善。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述對(duì)擺閘通道工作穩(wěn)定性問(wèn)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(shí)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(duì)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(guò)多重手段對(duì)設(shè)備工作過(guò)程中可能出現(xiàn)的異常進(jìn)行有效應(yīng)對(duì)，并利用無(wú)線通信技術(shù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行全生命周期管理。只有根據(jù)長(zhǎng)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。