MOTEC智能伺服驅(qū)動(dòng)器自動(dòng)感應(yīng)門（上）

電動(dòng)感應(yīng)門簡(jiǎn)介

當(dāng)有移動(dòng)物體靠近門時(shí)，門便自動(dòng)開啟及關(guān)閉，我們稱這種門為自動(dòng)感應(yīng)門。目前已廣泛應(yīng)用于辦公樓、廠房、超市、機(jī)場(chǎng)等場(chǎng)所。自動(dòng)感應(yīng)門的種類很多，在此僅以平移型感應(yīng)自動(dòng)門機(jī)為例介紹自動(dòng)感應(yīng)門機(jī)的部件組成：

（1）主控制器：控制器是自動(dòng)門的指揮中心，通過采集外部來的信號(hào)，啟動(dòng)內(nèi)部程序來控制電機(jī)工作。同時(shí)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(cè)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(cè)器負(fù)責(zé)采集外部信號(hào)，當(dāng)有移動(dòng)物體進(jìn)入其工作范圍時(shí)，感應(yīng)探測(cè)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(dòng)力，控制門扇的加速與減速運(yùn)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(dòng)門扇，同時(shí)在動(dòng)力牽引下帶動(dòng)門扇運(yùn)行。

（6）同步皮帶：用于傳輸電機(jī)的動(dòng)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(yùn)行時(shí)出現(xiàn)前后門體擺動(dòng)。

（8）自動(dòng)感應(yīng)門內(nèi)裝有感應(yīng)門機(jī)：控制自動(dòng)門進(jìn)行打開、關(guān)閉的一系列組件的合稱，也叫自動(dòng)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(dòng)門解決方案采用MOTEC自主研發(fā)的智能伺服驅(qū)動(dòng)器完成對(duì)系統(tǒng)的控制和驅(qū)動(dòng)。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如下圖：

（1）驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)：MOTEC智能伺服驅(qū)動(dòng)器、MOTEC上位機(jī)軟件；

（2）探測(cè)器：紅外傳感器或微波雷達(dá)傳感器、紅外對(duì)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(dòng)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(shí)也可以用于系統(tǒng)的遠(yuǎn)程維護(hù)。

MOTEC直流智能伺服驅(qū)動(dòng)器集成了8個(gè)數(shù)字量輸入口、3個(gè)數(shù)字量輸出口、1個(gè)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(yùn)動(dòng)模式選擇輸入口：

（1）共兩個(gè)輸入口，用于選擇4個(gè)控制模式；

（2）INPUT1#、INPUT2#；

（3）4個(gè)控制模式分別是：

A.門機(jī)處于關(guān)閉狀態(tài)，此時(shí)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(shí)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(shí)門機(jī)可雙向通行；

D.可接收單向雷達(dá)輸入，此時(shí)門機(jī)只能單向通行(控制其通行方向可由其他方式實(shí)現(xiàn))；

紅外對(duì)射輸入口：

（1）共兩個(gè)輸入口，用于連接2個(gè)紅外對(duì)射傳感器的輸入；

（2）INPUT3#、INPUT4#；

（3）當(dāng)紅外對(duì)射輸入口有效時(shí)，立即停止關(guān)門動(dòng)作，并將門慢速打開；

雷達(dá)輸入口：

（1）共兩個(gè)輸入口，用于連接2個(gè)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(dòng)開門的信號(hào)；

（4）當(dāng)任意一個(gè)雷達(dá)信號(hào)有效時(shí)，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(dòng)作并處于自由狀態(tài)；

（2）INPUT7#；

（3）如果不接這個(gè)輸入，這門機(jī)沒有手動(dòng)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(dòng)器工作狀態(tài)，如正常、過載等；

（2）OUTPUT2#；

（3）如果不連接，驅(qū)動(dòng)器其他功能也可正常工作；

閘機(jī)的正常動(dòng)作流程包括：

（1）門機(jī)初始化過程

主要目的是檢測(cè)門機(jī)的兩個(gè)位置：開門位置、關(guān)門位置；

動(dòng)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(yùn)動(dòng)->運(yùn)動(dòng)到不能再往前運(yùn)動(dòng)為止->停止運(yùn)動(dòng)->記住當(dāng)前位置為關(guān)門位置 ->門機(jī)向相反 (開門) 方向運(yùn)動(dòng)->運(yùn)動(dòng)到不能運(yùn)動(dòng)為止->停止運(yùn)動(dòng)->記住當(dāng)前位置為開門位置 ->門機(jī)以正常關(guān)門速度運(yùn)動(dòng)到關(guān)門的位置->初始化過程完畢；

（2）門機(jī)開門動(dòng)作

正常流程：接收到雷達(dá)信號(hào)有效開門指令->判斷當(dāng)前狀態(tài)正常->開門->開門動(dòng)作執(zhí)行完畢；

異常流程：接收到雷達(dá)信號(hào)有效開門指令->判斷當(dāng)前狀態(tài)正常->開門->卡住(過載報(bào)警)->停留N秒->開門(慢速)->開門->開門動(dòng)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(bào)警)；

（3）門機(jī)關(guān)門動(dòng)作

正常流程：門機(jī)開門動(dòng)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(dòng)作執(zhí)行完畢；

異常流程：門機(jī)開門動(dòng)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(bào)警)->停留N秒->開門(慢速)->停留M秒->關(guān)門(慢速)->關(guān)門動(dòng)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(bào)警)；

（4）緊急停車有效

緊急停車輸入有效時(shí)，門機(jī)停止響應(yīng)所有控制信號(hào)，并釋放電機(jī)的使能，此時(shí)門機(jī)處于自由狀態(tài)。

下圖給出了整個(gè)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(dòng)器內(nèi)置PLC功能編程實(shí)現(xiàn)。由于不同的用戶對(duì)門機(jī)的功能和狀態(tài)切換會(huì)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。

MOTEC 智能伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)置S曲線和T曲線軌跡規(guī)劃功能。在自動(dòng)感應(yīng)門的應(yīng)用中，由于要在門機(jī)運(yùn)動(dòng)過程中修改最大運(yùn)動(dòng)速度，因此使用了T曲線軌跡規(guī)劃運(yùn)動(dòng)模式。如果用戶無需在運(yùn)動(dòng)過程中修改門機(jī)的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)模式下，驅(qū)動(dòng)器中的軌跡規(guī)劃控制器會(huì)根據(jù)當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)速度和尚未完成的運(yùn)動(dòng)距離對(duì)速度曲線做實(shí)時(shí)的規(guī)劃，做到速度沒有突變的連續(xù)運(yùn)動(dòng)，使得開關(guān)門的過程更加柔和，從而減小對(duì)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(yùn)動(dòng)方向正好相反時(shí)，電機(jī)會(huì)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(shí)，電機(jī)停轉(zhuǎn)并進(jìn)入反向運(yùn)動(dòng)。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(yùn)動(dòng)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(shí)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(shí)刻為設(shè)定位置P1；

T3-T4: 勻速階段，速度為V1（此時(shí)門機(jī)已經(jīng)快關(guān)到位，需要以較慢的速度運(yùn)動(dòng)至門機(jī)全關(guān)閉）；

T4-T5: 減速階段，加速度為A3，T5時(shí)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(gè)較快的速度V2運(yùn)動(dòng)到預(yù)先設(shè)置的位置P1，再以較慢的速度V1運(yùn)動(dòng)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(dú)立設(shè)置，從而使得開關(guān)門的過程更加柔和。

（1）限位保護(hù)

為了確保電機(jī)運(yùn)動(dòng)在安全的行程范圍之內(nèi)，MOTEC 伺服驅(qū)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)范圍。

（2）電流保護(hù)

MOTEC智能伺服驅(qū)動(dòng)器的電流保護(hù)模式采用I²t保護(hù)模式，在驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)行過程中，處理器會(huì)以1kHz為更新頻率，不斷更新和比較I²t設(shè)定值和I²t實(shí)際值。當(dāng)I²t實(shí)際值大于I²t設(shè)定值時(shí)，啟動(dòng)電流保護(hù)機(jī)制。根據(jù)設(shè)定的保護(hù)模式不同，會(huì)啟動(dòng)“釋放保護(hù)模式”或“限制保護(hù)模式”。在驅(qū)動(dòng)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(shí)際值占I²t設(shè)定值的百分比，當(dāng)達(dá)到100%時(shí)，啟動(dòng)I²t保護(hù)。

（3）溫度保護(hù)

MOTEC低壓智能伺服驅(qū)動(dòng)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(dòng)器中裝有溫度傳感器，實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)驅(qū)動(dòng)器中功率模塊的溫度，對(duì)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行溫度保護(hù)。在驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)行過程中，處理器會(huì)以1KHz為更新頻率，不斷更新和比較實(shí)際的溫度值和設(shè)定的溫度值。當(dāng)實(shí)際的溫度值達(dá)到設(shè)定的報(bào)警溫度值時(shí)，啟動(dòng)溫度保護(hù)機(jī)制，根據(jù)設(shè)定保護(hù)模式的不同，啟動(dòng)“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(huì)報(bào)警并釋放使能。

（5）急停保護(hù)

MOTEC智能伺服驅(qū)動(dòng)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(gè)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(yùn)動(dòng)時(shí)，MOTEC 智能伺服驅(qū)動(dòng)器提供兩種停止運(yùn)動(dòng)控制模式，即停止運(yùn)動(dòng)和急停。而急停又可以分為減速急停、緊急制動(dòng)以及急停電機(jī)釋放。

（1）立即停止

無論當(dāng)前電機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度是多少，驅(qū)動(dòng)器收到急停命令后電機(jī)立即停止運(yùn)動(dòng)。當(dāng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)速度較高時(shí)，請(qǐng)慎重使用這種方式。因?yàn)殡姍C(jī)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，讓電機(jī)立即停止，電機(jī)的動(dòng)能需要在極短的時(shí)間內(nèi)釋放，此時(shí)母線電壓會(huì)急劇升高。如果放電電阻功率不足以滿足短時(shí)放電的要求，將會(huì)造成驅(qū)動(dòng)器或電機(jī)的損壞。同時(shí)這種急停方式也會(huì)對(duì)機(jī)械系統(tǒng)造成巨大的沖擊，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定。

（2）減速停止

電機(jī)以設(shè)定的減速度減速運(yùn)動(dòng)，直到電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)。

（3）電機(jī)釋放

當(dāng)觸發(fā)急停命令時(shí)，電機(jī)釋放，系統(tǒng)按慣性運(yùn)動(dòng)至停止運(yùn)動(dòng)。

在進(jìn)行PLC編程時(shí)，客戶可以根據(jù)實(shí)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(chǎng)合的需求。