軌道車輛電動自動門控制系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種軌道車輛電動自動門控制系統，其主要技術特征在于：包括外部控制信號裝置、數字信號控制器、電機組件、脈沖調制波、報警裝置、自動門防夾擠壓電路、轉速和位置檢測電路及自動門；所述外部控制信號裝置包括微波感應器和煙霧傳感器，所述外部控制信號裝置連接數字信號控制器，所述數字信號控制器通過脈沖調制波連接電機組件，所述電機組件連接轉速和位置檢測電路，所述轉速和位置檢測電路連接數字信號控制器，所述報警裝置連接數字信號控制器，所述自動門防夾擠壓電路連接數字信號控制器，所述電機組件連接自動門。本發明設計合理，不但具有防夾擠壓和煙霧報警功能，且成本低、安全性高、反應速度快。
【專利說明】軌道車輛電動自動門控制系統
【技術領域】
[0001]本發明屬于電動自動門【技術領域】，特別是一種軌道車輛電動自動門控制系統。
【背景技術】
[0002]自動門系統是軌道交通車輛的一個重要部分，直接關系著乘客的安全。目前國內的動車組多數采用單翼塞拉門，地鐵采用雙翼對開門。從驅動方式來分，自動門可分為氣動門(風動門)和電動門，從門的運動方式來分，自動門主要有單翼塞拉門、雙翼內藏式對開門和雙翼外滑式對開門等。國內常用的自動門主要是氣動門，如單翼氣動塞拉門、雙翼氣動內藏式對開門，但是電動門作為一種新型的自動門系統，也逐漸被推廣應用。目前國內高速軌道客車主要采用氣動自動門，主要應用于160km/h及以下速度級的軌道客車，200km/h及以上速度級軌道客車用的是電動門完全依靠進口，國內尚無成熟可靠的產品。國外高速軌道客車電動自動門技術比較成熟，其產品通常是用可編程控制器和單片機作為系統的處理器。
[0003]對于自動門控制系統，就是感應器在接收到外界有人存在時，進行開門動作，之后再關門，控制器不但要單獨控制車門，而且還要進行整車通信及其他聯系，因此能否有效開門及及時關門，保持車內有效環境都取決于控制器的設計。紅外熱釋電感應器是以檢測人體所發出的8?13μπι的紅外線來控制的，由微波器件發出，經人體反射，再由器件檢出并放大，之后控制后續電路，他的特點是不管人員是否移動，只要處于感應器的掃描范圍內，他都會反應，無法進行關門，這對保證車箱內環境較小變化不利，因此不適合軌道車輛聯接的內端門。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種采用微波傳感器和數字信號控制器dsPIC30F5015的軌道車輛電動自動門控制系統，不但具有防夾擠壓和煙霧報警功能，且成本低、安全性高、反應速度快。
[0005]本發明解決其技術問題是采取以下技術方案實現的:
一種軌道車輛電動自動門控制系統，其主要技術特征在于:包括外部控制信號裝置、數字信號控制器、電機組件、脈沖調制波、報警裝置、自動門防夾擠壓電路、轉速和位置檢測電路及自動門；所述外部控制信號裝置包括微波感應器和煙霧傳感器，所述外部控制信號裝置連接數字信號控制器，所述數字信號控制器通過脈沖調制波連接電機組件，所述電機組件連接轉速和位置檢測電路，所述轉速和位置檢測電路連接數字信號控制器，所述報警裝置連接數字信號控制器，所述自動門防夾擠壓電路連接數字信號控制器，所述電機組件連接自動門。
[0006]而且，所述的數字信號控制器采用的是型號dsPIC30F5015的數字信號控制器。
[0007]而且，所述的數字信號控制器包括電源轉換模塊。
[0008]而且，所述的轉速和位置檢測電路采用增量式光電編碼器。[0009]而且，所述的電機組件包括電機驅動電路和直流電機。
[0010]而且，所述的直流電機采用的是ALC-TEL的BG65PI電機。
[0011]本發明的優點和積極效果是:
1、本發明采用的數字信號控制器dsPIC30F5015是Microchip公司推出的將數字信號處理技術和微控制器相結合的數字信號控制器，是專為電機數字化控制設計的一種16位微處理器，具有24位寬的指令和16位寬的數據地址，加強了對DSP功能的支持，其性能優于32位單片機，而且降低了成本。
[0012]2、本發明中的直流電機采用的是ALC-TEL的BG65PI電機，具有高效率、省電、低噪音、高轉速、高扭力、連續使用不發熱等特性，使門體自低速至高速的運行均具有超越的寧靜性，達到了超靜運行。測控系統設計為智能化控制，可隨意設定門扇的運行速度，并可設定任意開度狀態；可自矯正使門扇保持平穩動作；能夠自動檢測門的寬度以保持最佳運行狀態；具有防夾功能，即當碰到障礙物或人體等異常狀況時，門扇自動反轉退出，運行過程中，由高速至低速平滑過度。
[0013]3、本發明設計合理，系統通過監測采樣電機的電驅電流的方法實現防夾擠壓功能，采用煙霧傳感器實現車輛的自動開門和報警功能，保證軌道車輛內的安全，且本系統成本低、安全性高、反應速度快。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1是本發明實施例的原理結構框圖。
【具體實施方式】
[0015]以下結合附圖對本發明實施例做進一步詳述:
一種軌道車輛電動自動門控制系統，包括外部控制信號裝置、數字信號控制器、電機組件、脈沖調制波、報警裝置、自動門防夾擠壓電路、轉速和位置檢測電路及自動門；所述外部控制信號裝置包括微波感應器和煙霧傳感器，所述外部控制信號裝置連接數字信號控制器，所述數字信號控制器通過脈沖調制波連接電機組件，所述電機組件連接轉速和位置檢測電路，所述轉速和位置檢測電路連接數字信號控制器，所述報警裝置連接數字信號控制器，所述自動門防夾擠壓電路連接數字信號控制器，所述電機組件連接自動門。所述的數字信號控制器采用的是型號dsPIC30F5015的數字信號控制器；所述的數字信號控制器包括電源轉換模塊；所述的轉速和位置檢測電路采用增量式光電編碼器；所述的電機組件包括電機驅動電路和直流電機；所述的直流電機采用的是ALC-TEL的BG65PI電機。
[0016]結合圖1，闡述本發明的工作原理:
自動門的工作原理為門板由支架支撐在導軌上，導軌連接到驅動裝置，驅動裝置通過導軌帶動門板滑動。每個門都有鎖閉機構，在門關閉到位時，鎖閉機構實現機械鎖閉。自動門具有零速保護和安全連鎖電路，開關門有報警裝置。自動門的驅動裝置是一組電機組件，每節車有一個數字信號控制器來控制本節車的車門。數字信號控制器是自動門的指揮中心，通過內部指令程序，發出相應指令，指揮直流電機或電鎖類系統工作；同時人們也可通過數字信號控制器調節自動門開啟速度、開啟幅度等參數。外部信號由微波感應器完成，當有移動的物體進入他的工作范圍時，他就給數字信號控制器一個脈沖信號；直流電機提供開門與關門的主動力，控制自動門門扇加速與減速運行。自動門門扇完成一次開門與關門，其工作流程如下:微波感應器將探測信號傳至數字信號控制器，數字信號控制器判斷后控制直流電機運行，同時監控直流電機轉數及電流，以便控制直流電機在一定時候加力和進入慢行運行及反轉。直流電機得到一定運行電流后做正向運行，將動力經傳動機構使自動門扇開啟；自動門扇開啟后由數字信號控制器作出判斷，控制馬達作反向運動，關閉自動門扇。
[0017]高速軌道車輛電動自動門的運行是通過直流電機的驅動來完成的，因此對自動門的運行方式的控制實質是對直流電機的控制。系統采用數字信號控制器作為控制核心，利用脈寬調制技術對直流電機的轉速進行控制，控制所需的脈寬調制波由數字信號控制器直接產生，經電機驅動電路進行功率變換后驅動直流電機。自動門運行過程中，以增量式光電編碼器為核心的轉速和位置檢測電路將車門運行的速度信號和位置信號反饋到數字信號控制器，系統通過PID算法的調節，使自動門穩定運行。當自動門在關門過程中遇到障礙物時，數字信號控制器通過監測直流電機的電驅電流實現自動門的防夾擠壓功能。軌道車輛電動自動門控制系統由外部控制信號裝置、數字信號控制器、電機組件、驅動裝置、脈沖調制波、報警裝置、自動門防夾擠壓電路、轉速和位置檢測電路及自動門構成。外部控制信號裝置選用微波感應器，又稱微波雷達，他對物體的移動進行反應，他的反應速度比紅外感應器快，很適合于在軌道車輛車門使用，他的特點是一旦在門附近的人員不想出門而靜止不動，雷達便不再反應，自動門就會關閉，由于本設計系統有防夾功能，可以解決有可能出現的夾人現象。本系統中的煙霧傳感器可以實時檢測車內的煙霧濃度，當達到設定的報警值，就會聯動數字信號控制器驅動直流電機開啟自動門，同時由報警裝置進行報警。
[0018]數字信號控制器dsPIC30F5015是Microchip公司推出的將數字信號處理技術和微控制器相結合的數字信號控制器，是專為電機數字化控制設計的一種16位微處理器，具有24位寬的指令和16位寬的數據地址，加強了對DSP功能的支持，其性能優于32位單片機，而且降低了成本。
[0019]在軌道車輛電動自動門控制系統中為了實現自動門運行速度和位置的檢測，采用了以增量式光電編碼器RE20-2-100S為核心的轉速和位置檢測電路。該光電編碼器供電電壓為5V,有兩路正交方波輸出。光電編碼器的輸出信號送給數字信號控制器的正交編碼器接口模塊的兩個輸出端QEA和QEB，并通過該模塊內可編程數字噪聲濾波器對這兩路信號進行濾波，然后通過正交解碼器對兩個信號進行解碼，解碼后產生的時鐘信號和計數方向信號用于累積計數值的16位向上、向下計數器，通過對脈沖個數的計算，就可以得到電機的轉角位移，由此確定門運行的位置。通過對脈沖頻率的計算可以得出電機的速度，由此進行轉速反饋控制。
[0020]軌道車輛電動門的防夾功能直接關系乘客的安全。系統通過監測采樣電機的電驅電流的方法實現防夾擠壓功能。在對直流電機轉速閉環控制的條件下，在關門過程中遇到障礙時，直流電機的電驅電流將變大，采樣電阻Rl將直流電機采樣電流轉變為電壓后，通過光耦HCPL-7840進行隔離，然后通過TLV2371差分放大后，輸入到數字信號控制器芯片內部的A/D轉換模塊轉換成數字信號，這樣數字信號控制器就可以實時監測直流電機電驅電流。一旦超過控制系統所設定的防擠壓電流閥值時，系統執行防擠壓程序，直流電機由正轉變為反轉，自動門于是由關門動作轉換為開門，實現防擠壓功能。[0021]在電動自動門控制系統中，設計了門寬參數自學習的功能。門寬參數自學習的工作狀態為:在自動門控制系統進行初始化時，自動門將慢速打開一次，這個過程中，數字信號控制器dsPIC30F5015將記錄門在打開過程中的各點的位置，隔一段時間門將慢速關閉，數字信號控制器dsPIC30F5015將記錄門在關閉過程中各點的位置。這一速度是控制系統內部設定的，門在開關過程中，增量式編碼器產生脈沖，一個脈沖對應一個固定的長度；當開關門到最大位置時，門停止移動，此時沒有新脈沖輸出到數字信號控制器dsPIC30F5015，則脈沖計數器就記錄了門寬參數。這一門寬參數自動識別的過程稱為門寬參數自學習功倉泛。
[0022]自學習過程中，定義了5個工作狀態:慢速開門狀態、門已開好狀態、等待、慢速關門狀態和門已關好狀態。在順序執行完成5個過程后。系統就將門的參數存放到數字信號控制器dsPIC30F5015的存儲器中，每次初始化時該參數都需要重置。正常運行就按照這一門寬參數來運行。此部分的工作主要通過數字信號控制器dsPIC30F5015的正交編碼器接口模塊QEI完成的，內部16位向上、向下計數器對正交解碼器邏輯產生的每個計數脈沖進行向上或向下計數。此時計數器充當積分器，其計數值與位置成比例。計數的方向由正交解碼器決定。
[0023]直流電機采用的是ALC-TEL的BG65PI電機，他具有高效率、省電、低噪音、高轉速、高扭力、連續使用不發熱等特性，大大超越傳統AC伺服馬達，配合T型齒條同步帶，使門體自低速至高速的運行均具有超越的寧靜性，達到了超靜運行。測控系統設計為智能化控制，可隨意設定門扇的運行速度，并可設定任意開度狀態；可自矯正使門扇保持平穩動作；能夠自動檢測門的寬度以保持最佳運行狀態；具有防夾功能，即當碰到障礙物或人體等異常狀況時，門扇自動反轉退出，運行過程中，由高速至低速平滑過度。
[0024]需要強調的是，本發明所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此本發明并不限于【具體實施方式】中所述的實施例，凡是由本領域技術人員根據本發明的技術方案得出的其他實施方式，同樣屬于本發明保護的范圍。
【權利要求】
1.一種軌道車輛電動自動門控制系統，其主要技術特征在于:包括外部控制信號裝置、數字信號控制器、電機組件、脈沖調制波、報警裝置、自動門防夾擠壓電路、轉速和位置檢測電路及自動門；所述外部控制信號裝置包括微波感應器和煙霧傳感器，所述外部控制信號裝置連接數字信號控制器，所述數字信號控制器通過脈沖調制波連接電機組件，所述電機組件連接轉速和位置檢測電路，所述轉速和位置檢測電路連接數字信號控制器，所述報警裝置連接數字信號控制器，所述自動門防夾擠壓電路連接數字信號控制器，所述電機組件連接自動門。
2.根據權利要求1所述的軌道車輛電動自動門控制系統，其特征在于:所述的數字信號控制器采用的是型號dsPIC30F5015的數字信號控制器。
3.根據權利要求1或2所述的軌道車輛電動自動門控制系統，其特征在于:所述的數字信號控制器包括電源轉換模塊。
4.根據權利要求1所述的軌道車輛電動自動門控制系統，其特征在于:所述的轉速和位置檢測電路采用增量式光電編碼器。
5.根據權利要求1所述的軌道車輛電動自動門控制系統，其特征在于:所述的電機組件包括電機驅動電路和直流電機。
6.根據權利要求1或5所述的軌道車輛電動自動門控制系統，其特征在于:所述的直流電機采用的是ALC-TEL的BG65PI電機。
【文檔編號】E05F15/20GK103437631SQ201310338745
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月6日 優先權日:2013年8月6日
【發明者】毛振剛, 毛芳芳, 毛佳瑋 申請人:毛振剛