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智能伺服驅(qū)動器
驅(qū)動器
MOTEC
自動感應(yīng)門
- 摘要：自動感應(yīng)門目前已廣泛應(yīng)用于辦公樓、廠房、超市、機(jī)場等場所。本文僅對MOTEC智能伺服驅(qū)動器自動感應(yīng)門進(jìn)行介紹。
電動感應(yīng)門簡介
當(dāng)有移動物體靠近門時，門便自動開啟及關(guān)閉，我們稱這種門為自動感應(yīng)門。目前已廣泛應(yīng)用于辦公樓、廠房、超市、機(jī)場等場所。自動感應(yīng)門的種類很多，在此僅以平移型感應(yīng)自動門機(jī)為例介紹自動感應(yīng)門機(jī)的部件組成：
（1）主控制器：控制器是自動門的指揮中心，通過采集外部來的信號，啟動內(nèi)部程序來控制電機(jī)工作。同時還可以通過主控器的參數(shù)設(shè)置門扇開啟速度、開啟幅度等。
（2）感應(yīng)探測器：主要分為兩種：微波感應(yīng)器和紅外感應(yīng)器。感應(yīng)探測器負(fù)責(zé)采集外部信號，當(dāng)有移動物體進(jìn)入其工作范圍時，感應(yīng)探測器便給主控制器發(fā)送相應(yīng)的指令。
（3）電機(jī)：提供開門與關(guān)門的主動力，控制門扇的加速與減速運行。
（4）門扇行進(jìn)軌道：約束門扇的吊具走輪系統(tǒng)，使其按特定的方向行進(jìn)。
（5）門扇吊具走輪系統(tǒng):用于吊掛活動門扇，同時在動力牽引下帶動門扇運行。
（6）同步皮帶：用于傳輸電機(jī)的動力，牽引門扇吊具走輪系統(tǒng)。
（7）下部導(dǎo)向系統(tǒng)：是門扇下部的導(dǎo)向與定位裝置，防止門扇在運行時出現(xiàn)前后門體擺動。
（8）自動感應(yīng)門內(nèi)裝有感應(yīng)門機(jī)：控制自動門進(jìn)行打開、關(guān)閉的一系列組件的合稱，也叫自動門機(jī)組或感應(yīng)門機(jī)組。感應(yīng)門機(jī)的組件一般包括：馬達(dá)、控制器、吊輪、皮帶、導(dǎo)軌。
MOTEC自動門解決方案
MOTEC自動門解決方案采用MOTEC自主研發(fā)的智能伺服驅(qū)動器完成對系統(tǒng)的控制和驅(qū)動。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如下圖：
系統(tǒng)組成：
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（1）驅(qū)動和控制系統(tǒng)：MOTEC智能伺服驅(qū)動器、MOTEC上位機(jī)軟件；
（2）探測器：紅外傳感器或微波雷達(dá)傳感器、紅外對射電眼；
（3）MOTEC直流伺服電機(jī)、MOTEC減速機(jī)；
（4）門體、門框、感應(yīng)門機(jī)組；
（5）手動按鈕（急停、模式選擇等）；
（6) 系統(tǒng)供電電源；
（7）上位機(jī)用于系統(tǒng)的調(diào)試、編程和試車，同時也可以用于系統(tǒng)的遠(yuǎn)程維護(hù)。
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驅(qū)動器連接說明：
MOTEC直流智能伺服驅(qū)動器集成了8個數(shù)字量輸入口、3個數(shù)字量輸出口、1個模擬量輸入口，這些輸入口可以編程定義為不同的傳感器輸入和功能。
??運動模式選擇輸入口：
（1）共兩個輸入口，用于選擇4個控制模式；
（2）INPUT1#、INPUT2#；
（3）4個控制模式分別是：
A.門機(jī)處于關(guān)閉狀態(tài)，此時不接收任何開門或關(guān)門命令(如果門機(jī)不處于關(guān)閉狀態(tài)，則將門機(jī)關(guān)閉)；
B.門機(jī)處于打開狀態(tài)，此時不接收任何開門或關(guān)門命令(如果門機(jī)不處于打開狀態(tài)，則將門機(jī)關(guān)閉)；
C.可接收雙向雷達(dá)輸入，此時門機(jī)可雙向通行；
D.可接收單向雷達(dá)輸入，此時門機(jī)只能單向通行(控制其通行方向可由其他方式實現(xiàn))；??
??紅外對射輸入口：
（1）共兩個輸入口，用于連接2個紅外對射傳感器的輸入；
（2）INPUT3#、INPUT4#；
（3）當(dāng)紅外對射輸入口有效時，立即停止關(guān)門動作，并將門慢速打開；
雷達(dá)輸入口：
（1）??共兩個輸入口，用于連接2個雷達(dá)傳感器的輸入；
（2）INPUT5#、INPUT6#；
（3）雷達(dá)的輸入作為門機(jī)啟動開門的信號；
（4）當(dāng)任意一個雷達(dá)信號有效時，相應(yīng)的開門指令有效；??
急停輸入口：
（1）用于連接門機(jī)的急停輸入，若急停開關(guān)有效，則門機(jī)停止動作并處于自由狀態(tài)；
（2）INPUT7#；
（3）如果不接這個輸入，這門機(jī)沒有手動急停功能，其他功能正常；
抱閘輸出口：
（1）用于控制門機(jī)的抱閘；
（2）OUTPUT1#；
故障指示輸出口：
（1）用于指示門機(jī)驅(qū)動器工作狀態(tài)，如正常、過載等；
（2）OUTPUT2#；
（3）如果不連接，驅(qū)動器其他功能也可正常工作；??
控制流程圖
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閘機(jī)的正常動作流程包括：
（1）門機(jī)初始化過程
主要目的是檢測門機(jī)的兩個位置：開門位置、關(guān)門位置；
動作過程如下：
閘機(jī)處于自由狀態(tài)->打開電源->閘機(jī)以較慢的速度向關(guān)門方向運動->運動到不能再往前運動為止->停止運動->記住當(dāng)前位置為關(guān)門位置 ->門機(jī)向相反 (開門) 方向運動->運動到不能運動為止->停止運動->記住當(dāng)前位置為開門位置 ->門機(jī)以正常關(guān)門速度運動到關(guān)門的位置->初始化過程完畢；
（2）門機(jī)開門動作
正常流程：接收到雷達(dá)信號有效開門指令->判斷當(dāng)前狀態(tài)正常->開門->開門動作執(zhí)行完畢；
異常流程：接收到雷達(dá)信號有效開門指令->判斷當(dāng)前狀態(tài)正常->開門->卡住(過載報警)->停留N秒->開門(慢速)->開門->開門動作執(zhí)行完畢(如果連續(xù)執(zhí)行3次不能將門機(jī)打開，則門機(jī)釋放，報警)；
（3）門機(jī)關(guān)門動作
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正常流程：門機(jī)開門動作執(zhí)行完畢->等待M秒->執(zhí)行關(guān)門指令->判斷當(dāng)前狀態(tài)正常->關(guān)門->關(guān)??門動作執(zhí)行完畢；
異常流程：門機(jī)開門動作執(zhí)行完畢->等待M秒->執(zhí)行關(guān)門指令->判斷當(dāng)前狀態(tài)正常->關(guān)門->卡住(過載報警)->停留N秒->開門(慢速)->停留M秒->關(guān)門(慢速)->關(guān)門動作執(zhí)行完畢(如果連續(xù)執(zhí)行3次不能將門機(jī)關(guān)閉，則門機(jī)釋放，報警)；
（4）緊急停車有效
緊急停車輸入有效時，門機(jī)停止響應(yīng)所有控制信號，并釋放電機(jī)的使能，此時門機(jī)處于自由狀態(tài)。
下圖給出了整個閘機(jī)控制邏輯中門機(jī)狀態(tài)的切換，此控制邏輯全部由MOTEC智能驅(qū)動器內(nèi)置PLC功能編程實現(xiàn)。由于不同的用戶對門機(jī)的功能和狀態(tài)切換會有微小的調(diào)整，用戶可以參考MOTEC提供的PLC程序，編寫適合自己的應(yīng)用邏輯程序。
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運動曲線軌跡規(guī)劃：
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MOTEC 智能伺服驅(qū)動器內(nèi)置S曲線和T曲線軌跡規(guī)劃功能。在自動感應(yīng)門的應(yīng)用中，由于要在門機(jī)運動過程中修改最大運動速度，因此使用了T曲線軌跡規(guī)劃運動模式。如果用戶無需在運動過程中修改門機(jī)的運動速度，則可以使用S曲線軌跡規(guī)劃模式。
在T曲線連續(xù)運動模式下，驅(qū)動器中的軌跡規(guī)劃控制器會根據(jù)當(dāng)前的運動速度和尚未完成的運動距離對速度曲線做實時的規(guī)劃，做到速度沒有突變的連續(xù)運動，使得開關(guān)門的過程更加柔和，從而減小對系統(tǒng)的沖擊。而當(dāng)新設(shè)定的電機(jī)目的地位置和當(dāng)前電機(jī)的運動方向正好相反時，電機(jī)會立即進(jìn)行減速，當(dāng)電機(jī)的速度小于或等于所設(shè)定的反轉(zhuǎn)速度時，電機(jī)停轉(zhuǎn)并進(jìn)入反向運動。本方案開關(guān)門過程采用連續(xù)T曲線軌跡規(guī)劃功能，現(xiàn)以關(guān)門過程為例，運動曲線如下圖5和圖6所示：??
??說明：
T0-T1: 加速階段，加速度為A1，T0時刻為開門位置P0；
T1-T2: 勻速階段，速度為V2；
T2-T3: 減速階段，加速度為A2，T3時刻為設(shè)定位置P1；
T3-T4: 勻速階段，速度為V1（此時門機(jī)已經(jīng)快關(guān)到位，需要以較慢的速度運動至門機(jī)全關(guān)閉）；
T4-T5: 減速階段，加速度為A3，T5時刻為關(guān)門位置P2；
關(guān)門過程：門機(jī)由開門位置先以一個較快的速度V2運動到預(yù)先設(shè)置的位置P1，再以較慢的速度V1運動到關(guān)門位置P2。采用兩段軌跡規(guī)劃，勻速速度、加減速階段的加速度均可獨立設(shè)置，從而使得開關(guān)門的過程更加柔和。??
保護(hù)方式：
??（1）限位保護(hù)
為了確保電機(jī)運動在安全的行程范圍之內(nèi)，MOTEC 伺服驅(qū)動器提供了限位功能，分別有軟件限位和硬件限位功能。軟件限位定義了電機(jī)能夠運動的位置范圍，而硬件限位則由限位開關(guān)來限制電機(jī)的運動范圍。
??（2）電流保護(hù)??
MOTEC智能伺服驅(qū)動器的電流保護(hù)模式采用I2t保護(hù)模式，在驅(qū)動器的運行過程中，處理器會以1kHz為更新頻率，不斷更新和比較I2t設(shè)定值和I2t實際值。當(dāng)I2t實際值大于I2t設(shè)定值時，啟動電流保護(hù)機(jī)制。根據(jù)設(shè)定的保護(hù)模式不同，會啟動“釋放保護(hù)模式”或“限制保護(hù)模式”。在驅(qū)動器的上位機(jī)軟件監(jiān)視窗口下，可以看到I2t功能的保護(hù)狀態(tài)，狀態(tài)顯示表示I2t實際值占I2t設(shè)定值的百分比，當(dāng)達(dá)到100%時，啟動I2t保護(hù)。
（3）溫度保護(hù)
MOTEC低壓智能伺服驅(qū)動器的電流保護(hù)模式除了I2t保護(hù)模式之外，還采用了溫度保護(hù)????模式。在驅(qū)動器中裝有溫度傳感器，實時的監(jiān)測驅(qū)動器中功率模塊的溫度，對驅(qū)動器進(jìn)行溫度保護(hù)。在驅(qū)動器的運行過程中，處理器會以1KHz為更新頻率，不斷更新和比較實際的溫度值和設(shè)定的溫度值。當(dāng)實際的溫度值達(dá)到設(shè)定的報警溫度值時，啟動溫度保護(hù)機(jī)制，根據(jù)設(shè)定保護(hù)模式的不同，啟動“釋放保護(hù)模式”或“限制保護(hù)模式”。
（4）最高速度限制保護(hù)
最高速度限制保護(hù)功能是在任何模式下都起作用的，只要電機(jī)的轉(zhuǎn)速超過最高速度限制，電機(jī)即會報警并釋放使能。
（5）急停保護(hù)
MOTEC智能伺服驅(qū)動器的急停功能可以通過軟件觸發(fā)，也可以通過輸入口觸發(fā)。通過輸入口觸發(fā)急停的前提是將其中一個輸入口定義為急停功能，無論是位置控制還是速度控制，需要電機(jī)停止運動時，MOTEC 智能伺服驅(qū)動器提供兩種停止運動控制模式，即停止運動和急停。而急停又可以分為減速急停、緊急制動以及急停電機(jī)釋放。
停止方式：
??（1）立即停止
無論當(dāng)前電機(jī)的運動速度是多少，驅(qū)動器收到急停命令后電機(jī)立即停止運動。當(dāng)電機(jī)??運動速度較高時，請慎重使用這種方式。因為電機(jī)轉(zhuǎn)速較高時，讓電機(jī)立即停止，電機(jī)的動能需??要在極短的時間內(nèi)釋放，此時母線電壓會急劇升高。如果放電電阻功率不足以滿足短時放電的要求，將會造成驅(qū)動器或電機(jī)的損壞。同時這種急停方式也會對機(jī)械系統(tǒng)造成巨大的沖擊，導(dǎo)致系統(tǒng)運行不穩(wěn)定。
?? （2）減速停止 ??
電機(jī)以設(shè)定的減速度減速運動，直到電機(jī)停止運動。
?? （3）電機(jī)釋放 ??
當(dāng)觸發(fā)急停命令時，電機(jī)釋放，系統(tǒng)按慣性運動至停止運動。
在進(jìn)行PLC編程時，客戶可以根據(jù)實際情況選擇需要的停止方式，從而使系統(tǒng)更加靈活多變，以適應(yīng)各種不同場合的需求。
