CN204557168U - 闸门启闭机控制*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种闸门启闭机控制***，包括信号采集单元、控制运算单元、执行单元和反馈单元；所述信号采集单元包括闸门开度传感器和荷重传感器；所述控制运算单元的输入端连接信号采集单元的输出端，控制单元的输出端连接执行单元的输入端，所述控制运算单元采用pid控制可编程模块；执行单元的输出端连接反馈单元的输入端，执行单元包括变频调速***和通过变频调速***控制运转的电机；反馈单元的输入端连接变频调速***的输出端，反馈单元的输出端连接控制运算单元的输入端。本实用新型以变频器和MD381PC为控制核心的启闭机控制装置，可以实时控制，还具有启闭力矩大，节能效果显著，机械冲击小，运行安全可靠，操作简单等优点，可满足不同工况的应用场合；实现了低成本、功能一体化，技术先进，具有较高的推广价值，达到了预期目标。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种闸门启闭机控制***。
背景技术
变频器作为一种高效的电动机电源驱动设备，由于控制性能、速度控制范围、效率及维修性能方面的优越性，以及节能、效率高、保护功能等优点，现已广泛在工业生产中并将陆续应用在闸门自动化控制***中。
目前国内闸门自动化控制***的实现方式主要有以下几种类型：
1)采用数字式电动机保护测控装置实现(典型产品:国电南京自动化股份有限公司的PSM400数字式电动机保护测控装置)；
2)采用开度荷重仪、电量智能仪表实现；
3)基于PLC控制器实现。带以太网接口的PLC，综合显示控制屏(触摸屏)，电气主回路、控制回路设备，自动化元器件等构成。
根据以上组成发现，开度荷重仪只能对闸门***进行测控，而缺少对主电机的保护；变频器设备却和以上设备功能相反。基于PLC构建的自动化***存在成本较高、***复杂、二次开发工作量大等缺点。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是现有的基于PLC构建的闸门自动化控制***成本高、***复杂、二次开发工作量大、闸门启闭机运行速度不可调。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：闸门启闭机控制***，包括信号采集单元、控制运算单元、执行单元和反馈单元；所述信号采集单元包括闸门开度传感器和荷重传感器；所述控制运算单元的输入端连接信号采集单元的输出端，控制单元的输出端连接执行单元的输入端，所述控制运算单元采用pid控制可编程模块；执行单元的输出端连接反馈单元的输入端，执行单元包括变频调速***和通过变频调速***控制运转的电机；反馈单元的输入端连接变频调速***的输出端，反馈单元的输出端连接控制运算单元的输入端。
该启闭机控制装置，解决现有装置、尤其是数字式电动机保护装置不具备闸 门开度监测、荷重监测保护及闸门运行调速等功能的不足，通过本装置可实现具备闸门开度与荷重实时监控、启闭电机监控保护、调速等一体化功能。不同于传统的基于PLC构建的自动化***结构，该装置通过变频器控制闸门启闭机启动，电机电压采用数字自动斜坡补偿技术，电机缓步升速时***机械冲击小，能显著延长控制元件及电机机械的寿命，并以标准的MODBUS通讯协议与触摸屏和上位机通讯同时能够有效降低成本、提高效率。
进一步，所述控制运算单元采用可编程多功能扩展卡，包括模拟量输入/输出端子、RS485、PID控制器；开度传感器和荷重传感器的信号通过模拟量输入/输出端子输入RS485和PID控制器；RS-485通讯接口和外设的触摸屏依次交互连接，外设的触摸屏通过RS-485通讯接口电连接PID控制器；PID控制器的输出端与执行单元的输入端连接；闸门开度传感器与荷重传感器的输出的模拟量信号连接至可编程多功能扩展卡模拟量输入端子，并通过RS-485通讯接口上传至触摸屏，供可编程多功能扩展卡在程序执行时做信号判断以发出相应的控制命令，触摸屏给出启动及正反转信号到可编程多功能扩展卡，可编程多功能扩展卡接到命令后控制执行单元的变频调速***。可编程多功能扩展卡是一种集成了可编程控制器PLC功能的扩展卡(也称用户可编程扩展卡)。用户可安装该扩展卡到变频器上，进行自由编程，以实现所需的控制与驱动特性。该卡与变频器在逻辑设计上无缝连接，可使得PLC编程对变频器的控制更简单更快捷，相比独立的PLC+变频器的组合更有性能优势，本PLC卡支持高达8K的用户程序空间，极大地满足了用户的工艺需求。
进一步，所述反馈单元包括电机速度传感器、闸门开度传感器和电机温度传感器，前述传感器的输出信号均通过模拟量输入/输出端子输入控制运算单元内。反馈单元将检测的信号传递给控制运算单元，pid控制器根据该信息对电机转速和变频器的工作状态进行实时的调控，达到精确的控制效果，此外，电机温度过高存在安全隐患，设置温度传感器可以克服这种危险，在温度过高时直接停止电机的工作。
本实用新型的优点是：以变频器和可编程多功能扩展卡为控制核心的启闭机控制装置，可以实时控制，还具有启闭力矩大，节能效果显著，机械冲击小，运行安全可靠，操作简单等优点，可满足不同工况的应用场合；实现了低成本、功 能一体化，技术先进，具有较高的推广价值，达到了预期目标。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是本实用新型闸门控制的流程图(上升)。
图3是本实用新型闸门控制的流程图(下降)。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
如图1-3所示，本实用新型包括信号采集单元、控制运算单元、执行单元和反馈单元；所述信号采集单元包括闸门开度传感器和荷重传感器；所述控制运算单元的输入端连接信号采集单元的输出端，控制单元的输出端连接执行单元的输入端，所述控制运算单元采用pid控制可编程模块；执行单元的输出端连接反馈单元的输入端，执行单元包括变频调速***和通过变频调速***控制运转的电机；反馈单元的输入端连接变频调速***的输出端，反馈单元的输出端连接控制运算单元的输入端。所述控制运算单元采用可编程多功能扩展卡，包括模拟量输入/输出端子、RS485、PID控制器；开度传感器和荷重传感器的信号通过模拟量输入/输出端子输入RS485和PID控制器；RS-485通讯接口和外设的触摸屏依次交互连接，外设的触摸屏通过RS-485通讯接口电连接PID控制器；PID控制器的输出端与执行单元的输入端连接；闸门开度传感器与荷重传感器的输出的模拟量信号连接至可编程多功能扩展卡模拟量输入端子，并通过RS-485通讯接口上传至触摸屏，供可编程多功能扩展卡在程序执行时做信号判断以发出相应的控制命令，触摸屏给出启动及正反转信号到可编程多功能扩展卡，可编程多功能扩展卡接到命令后控制执行单元的变频调速***。所述反馈单元包括电机速度传感器、闸门开度传感器和电机温度传感器，前述传感器的输出信号均通过模拟量输入/输出端子输入控制运算单元内。
以启闭机由两组卷筒组成为例进行分析，为了维持闸门水平的上升或下降，防止闸门倾斜，在提升装置装有高度测量装置和压力传感器用于检测闸门的高度和荷重，当两吊点高度差大于5mm或者荷重差大于50吨时，控制***将报警，停止变频器和电机。除此之外，变频器还提供了PT100电机温度报警等。可编程多功能扩展卡可编程卡是一款集成PLC功能的扩展卡，通过该卡与变频 器的无缝连接，除了可以访问变频器的功能码，进行变频器运行状态的监视，并在该装置中集成的触摸屏进行实时监视，还可以访问一些变频器内部的特殊变量，使其比传统的PLC加变频器的组合更具优势。
闸门控制采用常规控制方式---本地操作。在柜门上装有主令控制按钮用于设备的起停操作，触摸屏上有闸门开度显示、荷重显示、状态信号指示、电压表、电流表、频率速度表和转矩显示，闸门上升、下降、停止等命令，同时可以设置相应的目标开度控制闸门到达指定的位置。闸门运动方式可分为点动和联动，点动用于高度微调和修正，联动则用于正常工作。
闸门上升或下降时，由触摸屏给出启动及正反转信号到可编程多功能扩展卡，其接到命令后通过通讯模块把控制字送给变频器，变频器配合电机参数识别，动态补偿负载波动，及时地快速响应和控制，具有很高的过载能力、稳态精度和快速动态响应能力，可满足要求很高的应用场合。可以控制闸门启闭机运行的速度，将电机运行速度分为3档，即低速、中速、高速；低速用于调试或点动微调，中速为正常运行速度，高速则用于无负载快速检修。
变频器频率指标包括频率范围、频率精度和频率分辨率。
频率范围以变频器输出的最高频率fmax和最低频率fmin标示，各种变频器的频率范围不尽相同。通常，最低工作频率约为0.1～1HZ，最高工作频率约为200～500HZ。
频率稳定精度也称频率精度，是指在频率给定值不变的情况下，当温度、负载变化，电压波动或长时间工作后，变频器的实际输出频率与给定之间的最大误差与最高工作频率之比。
对于数字设定式的变频器，频率分辨率决定于微机***的性能，在整个调频范围(如0.5～400HZ)内是一个常数(例如±0.01HZ)。对于模拟设定式，频率的分辨率还与频率给定电位器的分辨率有关，一般可以达到最高输出频率的±0.05％。
速度调节范围控制精度和转矩控制精度。变频器速度控制精度能达到±0.005％，转矩控制精度能达±3％。
可编程多功能扩展卡采用Modbus协议进行通信，该协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络(例如以太网)和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。Modbus协议建立了主设备查询的格式：设备(或广播)地址、功能代码、所有要发送的数据、一错误检测域。从设备回应消息也由Modbus协议构成，包括确认要行动的域、任何要返回的数据、和一错误检测域。如果在消息接收过程中发生一错误，或从设备不能执行其命令，从设备将建立一错误消息并把它作为回应发送出去；RS-485通讯接口为控制器相互之间通过Modbus协议和其他分散式I/O之间的通讯，闸门开度传感器与荷重传感器转换成4-20ma模拟量信号后连接至可编程多功能扩展卡模拟量输入接口，并通过RS-485通讯接口上传至触摸屏，供可编程多功能扩展卡在程序执行时做信号判断以发出相应的控制命令，可满***流调速***快速响应的时间要求。Modbus通讯协议已经成为一通用工业网络应用层的标准，可以与触摸屏和上位机进行通讯，顺应现场总线发展趋势。
其工作过程如下：
上升遥控逻辑开始，控制运算单元检测是否收到外设的触摸屏的上升遥控指令，如果没收到指令，则闸门保持不动；如果收到指令，通过检测单元的闸门开度传感器检测当前闸门的开度位置是否低于PID内设定的位置，如果低于设定值，则保持升节点动作，直至到设定位置，闸门停止节点动作，电机工作结束；如果没到位置，则同时检查上升时间是否超时，如果闸门在设定的时间内没有到达设定的高度，闸门升停节点动作，电机也停止工作。
下降遥控逻辑开始，控制运算单元检测是否收到外设的触摸屏的下降遥控指令，如果没收到指令，则闸门保持不动；如果收到指令，通过检测单元的闸门开度传感器检测当前闸门的开度位置是否高于PID内设定的位置，如果高于设定值，则保持降节点动作，直至到设定位置，闸门停止节点动作，电机工作结束；如果没到位置，则同时检查下降时间是否超时，如果闸门在设定的时间内没有到达设定的高度，闸门降停节点动作，电机也停止工作。
综上所述，以变频器和可编程多功能扩展卡为控制核心的启闭机控制装置， 可以实时控制，还具有启闭力矩大，节能效果显著，机械冲击小，运行安全可靠，操作简单等优点，可满足不同工况的应用场合。
Claims (3)
1.闸门启闭机控制***，其特征在于：包括信号采集单元、控制运算单元、执行单元和反馈单元；
所述信号采集单元包括闸门开度传感器和荷重传感器；
所述控制运算单元的输入端连接信号采集单元的输出端，控制单元的输出端连接执行单元的输入端，所述控制运算单元采用pid控制可编程模块；
执行单元的输出端连接反馈单元的输入端，执行单元包括变频调速***和通过变频调速***控制运转的电机；
反馈单元的输入端连接变频调速***的输出端，反馈单元的输出端连接控制运算单元的输入端。
2.根据权利要求1所述的闸门启闭机控制***，其特征在于：所述控制运算单元采用可编程多功能扩展卡，包括模拟量输入/输出端子、RS485、PID控制器；
开度传感器和荷重传感器的信号通过模拟量输入/输出端子输入RS485和PID控制器；
RS-485通讯接口和外设的触摸屏依次交互连接，外设的触摸屏通过RS-485通讯接口电连接PID控制器；
PID控制器的输出端与执行单元的输入端连接；
闸门开度传感器与荷重传感器的输出的模拟量信号连接至可编程多功能扩展卡模拟量输入端子，并通过RS-485通讯接口上传至触摸屏，供可编程多功能扩展卡在程序执行时做信号判断以发出相应的控制命令，触摸屏给出启动及正反转信号到可编程多功能扩展卡，可编程多功能扩展卡接到命令后控制执行单元的变频调速***。
3.根据权利要求2所述的闸门启闭机控制***，其特征在于：所述反馈单元包括电机速度传感器、闸门开度传感器和电机温度传感器，前述传感器的输出信号均通过模拟量输入/输出端子输入控制运算单元内。
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| CN106354165A (zh) * | 2016-10-27 | 2017-01-25 | 唐山现代工控技术有限公司 | 一种电动闸门流量自动调节的方法及装置 |
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| CN112907796A (zh) * | 2019-12-03 | 2021-06-04 | 浙江宇视科技有限公司 | 闸机通道***、过人行为检测方法和装置、存储介质 |
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- 2015-02-03 CN CN201520077132.4U patent/CN204557168U/zh active Active
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