自动卷帘门控制装置及方法
【专利摘要】本发明公开一种自动卷帘门控制装置及其控制方法。本发明属于自动门控制技术领域。所述装置包括电源模块、保护模块、整流模块、线电流模块、滤波模块、线电压模块、电桥模块、控制单元、三相异步电机、制动电路模块、卷轴，电源输出端子。所述方法包括设置控制装置的参数，卷帘门上升时控制单元通过电桥模块控制三项异步电动机带动卷帘门实现匀加速——匀速——匀减速的运动过程，卷帘门下降时控制单元通过电桥模块控制三项异步电动机带动卷帘门实现匀加速——匀速——匀减速的运动过程；发生过载、短路、断路或缺相等情况时，控制单元显示警报，控制装置停止工作。本发明所述的装置与方法具有结构简单、工作效率高、体较小、成本造价低等特性，更好地满足自动卷帘门控制系统的需要。
【专利说明】
自动卷帘门控制装置及方法
技术领域
[0001]本发明属于自动门控制技术领域，具体涉及一种具有自动调速功能的卷帘门控制系统。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的不断发展，自动化水平日益增长，自动卷帘门也开始广泛应用于各种场合。自动卷帘门系统应用于工厂、自动化生产车间时，提高工厂的生产效率，方便工厂实现人员管理。同时私人住宅、小区车库等区域也安装了自动卷帘门控制系统以达到便利。自动卷帘门在通电后可以实现无人管理，当需要打开卷帘门时，只需按下开关使门缓缓上升即可。不仅给我们带来了便利，而且减少了人力的投入。
[0003]对现有技术的文献检索发现，中国发明专利“基于PLC的自动门的控制系统”(申请号201310155527.7)，公开了基于PLC的自动卷帘门控制系统，PLC的控制系统可靠性高、抗干扰能力强，功能完善适用性强，维护方便。中国发明专利“一种车库自动门管理系统”(申请号201510150782.1)，揭示了一种车库自动门管理系统，可通过红外线感应识别装置自行设置对车辆进行识别停放，无需人工操作，使用方便。中国实用新型专利“电子自动门控制装置”(申请号201320761750.1)，提供了一种电子自动卷帘门控制装置，可以根据不同的情况调节自动门开启的幅度以及开启的时间长度，是一种可兼具节能减碳及在短时间内缓解进出人潮双重功效的电子自动门控制装置。中国发明专利“自动门智能控制系统”(申请号201210201157.1)，公共了一种自动门智能控制系统，将触摸屏技术和外部传感技术应用到电动门控制上，PLC通过变频器连接电机，使用者通过信号单元采集的信息进行手动设置，以达到智能运行的人性化效果。中国实用新型专利“自动门无线门禁”(申请号201320581885.X)，涉及一种自动门无线门禁，提供了一种能远距离方便的控制自动门开关及参数修改的自动门无线门禁。
[0004]以上所述的自动卷帘门控制系统都是采用PLC、变频器加上电机的结构，配置好PLC的参数，然后PLC控制变频器，由变频器调节电机的速度。由于PLC和变频器本身的功能强大，用于自动卷帘门控制系统中的控制功能只是其中的一部分，而大部分的通用功能并没有充分利用起来，造成了资源浪费;PLC和变频器的体积交大，使得卷帘门的控制箱体积较大;而且PLC和变频器的单价较贵，增加了自动卷帘门控制系统的成本。
[0005]综上所述，设计一个控制器作为自动卷帘门的核心控制装置，该控制装置具有PLC和变频器针对自动卷帘门的控制功能。当把PLC和变频器整合成一个控制器带动电机运转时，运行效率会明显提高，成本造价明显降低，体积显著降低。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于针对目前自动卷帘门控制系统存在的上述问题，提供一种针对自动卷帘门的自动调速控制器，具有成本低，效率高，体积小等特点，并解决上述【背景技术】中的不足，以满足自动卷帘门快速有效的需求。
[0007]本发明是通过以下技术方案实现:
一个自动卷帘门控制器装置系统，包括电源模块、保护模块、整流模块、线电流模块、滤波模块、线电压模块、电桥模块、控制单元、三相异步电机、制动电路模块、卷轴，电源输出端子。
[0008]所述电源模块连接保护模块和控制单元，给整个系统供电；
所述保护模块连接整流模块、电源模块和电源输出端子。保护模块防止浪涌电压涌入对整流模块和电源模块造成破坏，以及当系统电路发生故障突然短路时，自动断开；
所述整流模块连接滤波模块、保护模块、制动电路模块和电桥模块。整流模块将工业交流电流转化为脉动的直流信号；
所述线电流模块连接控制单元和电桥模块。线电流模块测量电桥模块上的三相异步电机绕组的线电流大小，并传输给控制单元；
所述滤波模块在整流模块之后，连接制动电路模块和电桥模块。滤波模块平滑母线上的脉动直流信号；
所述线电压模块连接控制单元和电桥模块。线电压模块将滤波之后的电压大小转变为模拟信号传给控制单元，检测三相异步的线电压并传输给控制单元；
所述电桥模块连接整流模块、制动电路模块、线电压模块、线电流模块、三相异步电机。控制单元控制电桥将滤波之后的直流信号逆变成频率可变的控制信号，该方波信号供给给三相异步电机，带动卷轴转动，直流信号经地线形成回路。
[0009 ]所述控制单元连接电源模块、线电流模块、线电压模块、三相异步电机和制动电路模块。所述的控制单元包括:微处理器、模拟信号预处理模块、按键模块、数码管模块。其中:所述的模拟信号预处理模块，连接线电压模块、线电流模块和微处理器。对采样来的模拟信号进行调理，并传给微处理器。
[0010]所述的按键模块连接微处理器。通过按键装置设定的上升高度限定值，下降高度限定值，上升速度，下降速度等参数值，并传给微处理器。
[0011]所述的数码管模块连接微处理器。微处理器控制数码显示电压值、电流值。当前速度等参数。
[0012]所述的微处理器连接模拟信号预处理模块、按键模块、电源模块、电桥模块、数码管模块。微处理器将采集来的速度、高度等参数显示在数码管上。
[0013]所述制动电路模块连接电桥模块、整流模块。当电机制动后，为了防止电机发生反转，产生反向电动势，需要制动电路模块工作，使电机迅速停机。
[0014]本发明涉及的自动卷帘门控制方法，包括如下步骤:
第一步，将卷轴安装在结构已固定的卷帘门上门框处，连接三相异步电机与卷轴； 第二步，三相异步电机连接现场工业电源输出端子，接通电源；
第三步，根据现场实际需求，手动设定自动卷帘门的上升高度，升降过程中的速度、升降过程的加速度等参数，以及母线电压、母线电流、三相异步电机线电压、三相异步电机线电流等阈值参数；
第四步，整流模块输出对应的脉动直流信号，滤波模块对母线上的脉动直流信号进行平滑；
第五步，微处理器根据配置参数，向电桥桥模块输出控制信号；电桥模块将平滑之后的直流信号逆变成频率变化的控制信号，该控制信号传输给三相异步电机，电机产开始转动；第六步，线电压模块检测到滤波之后的母线电压以及三相异步电机绕组的线电压，将电压信号转换为模拟信号传给控制单元;线电流模块检测到母线上的电流以及三相异步电机绕组的线电流，将电流信号转换为模拟信号传给控制单元;控制单元将接收到的电压和电流信号在数码管模块上显示出来；
第七步，三相异步电机带动连接着的卷轴开始运转，根据设定的速度模式，自动卷帘门开始上升，自动卷帘门在上升过程中经历的是一种匀加速--匀速--匀减速的运动过程，最终停止在设定高度处；
第八步，当使用者使用完毕后，自动卷帘门根据之前设定好的下降的速度模式，同样经历匀加速——匀速——匀减速的过程，最终停下；
由于某种原因，导致三相异步电机发生缺相、过压故障时，控制单元会检测到母线电压和三相异步电机绕组的线电压超过对应的阈值，关闭电桥模块并在数码管模块上提示故障，起到保护电机的作用；
由于某种原因，导致三相异步电机发生过载、过流故障时，控制单元会检测到母线电流和三相异步电机绕组的线电流超过对应的阈值，关闭电桥模块并在数码管模块上提示故障，起到保护电机的作用；
在卷帘门突然停止或者上行结束、下行结束时，三相异步电机的绕组会产生反向电动势，控制单元打开制动电路模块，释放掉反向电动势，保护电桥模块。
【附图说明】
[0015]图1是本发明的系统结构原理示意图。
[0016]图2是本发明的控制单元结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明:本实施例在以本技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0018]实施例一:
参看图1，本结合PLC变频器的装置系统，包括电源模块8、保护模块2、整流模块3、线电流模块6、滤波模块4、线电压模块5、电桥模块7、控制单元9、三相异步电机1、制动电路模块
11、卷轴12、现场工业电源输出端子I。
[0019]所述电源模块8连接保护模块2和控制单元9，所述保护模块2还连接整流模块3、电源模块8和电源输出端子I;
所述整流模块3连接滤波模块4、保护模块2、制动电路模块11和电桥模块7。所述线电流模块6还连接电桥模块7和控制单元9 ；
所述滤波模块还连接整流模块3、制动电路模块11和电桥模块7;
所述线电压模块5还连接电桥模块7和控制单元9;
所述电桥模块7还连接整流模块3、制动电路模块11、线电压模块5、线电流模块6、三相异步电机10; 所述控制单元9还连接电源模块8、线电流模块6、线电压模块5、三相异步电机10和制动电路模块11;所述制动电路11模块连接电桥模块7和控制单元9。
[0020]实施例二:
如图1所示，本实施例所述的PLC变频器装置，包括:现场工业电源输出端子1、保护模块
2、整流模块3、滤波模块4、线电压模块5、线电流模块6、电桥模块7、电源模块8、控制单元9、三相异步电机10、制动电路模块11、卷轴12、母线13、地线14;
所述保护模块2连接整流模块3、电源模块8和现场工业电源输出端子I。保护模块2防止浪涌电压涌入对整流模块3和电源模块8造成破坏，以及当系统电路发生故障突然短路时，自动断开。
[0021]所述整流模块3连接滤波模块4、保护模块2、制动电路模块11和电桥模块7。整流模块3将工业交流电流转化为脉动的直流信号;在本实施例中，整流模块为山东淄博万联大电子科技有限公司的WMY-DZ-WY-50。
[0022]所述滤波模块5在整流模块3之后，连接制动电路模块11和电桥模块7。滤波模块5平滑母线13上的脉动直流信号；
所述线电压模块5连接电桥模块7和控制单元9。线电压模块5将滤波之后的电压大小转变为模拟信号传给控制单元9，检测电桥模块7上的三相异步电机10的线电压并传输给控制单元9;
所述电桥模块7连接整流模块3、制动电路模块11、线电压模块5、线电流模块6、三相异步电机10。控制单元9控制电桥7将滤波之后的直流信号逆变成频率可变的控制信号，该方波信号供给给三相异步电机10，带动卷轴12转动，直流信号经地线14形成回路。
[0023]所述线电流模块6连接电桥模块7和控制单元9。线电流模块6测量电桥模块7上的三相异步电机绕组1的线电流大小，并传输给控制单元9 ；
所述电源模块8连接保护模块2和控制单元9，给整个系统供电；
所述制动电路模块连接电桥模块7和整流模块3 ο当电机制动后，为了防止电机发生反转，产生反向电动势，需要制动电路模块7工作，使电机迅速停机。
[0024]所述控制单元9还连接电源模块8、线电流模块6、线电压模块5、三相异步电机10和制动电路模块11。所述的控制单元包括:微处理器15、模拟信号预处理模块16、按键模块17、数码管模块18，电桥驱动模块20。其中:
所述的模拟信号预处理模块16，连接线电压模块5、线电流模块6和微处理器15。对采样来的模拟信号进行调理，并传给微处理器15。
[0025]所述的按键模块17连接微处理器15。通过按键装置设定的上升高度限定值，下降高度限定值，上升速度，下降速度等参数值，并传给微处理器15。
[0026]所述的数码管模块18连接微处理器15。微处理器控制数码显示电压值、电流值。当前速度等参数。本实施例中，数码管选用的是八段数码管SM120561。
[0027]所述的微处理器15连接模拟信号预处理模块16、按键模块17、电源模块8、电桥模块7、数码管模块18。微处理器15将采集来的速度、高度等参数显示在数码管18上。本实施例中，微处理器15是STMicrolectronics公司的微处理器STM32F103RBT6。
[0028]本发明涉及的自动卷帘门开启关闭方法，包括如下步骤:
第一步，将卷轴12安装在结构已固定的卷帘门上门框处，连接三相异步电机10与卷轴 12；
第二步，三相异步电机10连接现场工业电源输出端子1，接通电源；
第三步，根据现场实际需求，手动设定自动卷帘门的上升高度，升降过程中的速度、升降过程的加速度等参数，以及母线电压、母线电流、三相异步电机线电压、三相异步电机线电流等阈值参数；
第四步，整流模块3输出对应的脉动直流信号，滤波模块4对母线13上的脉动直流信号进行平滑，直流信号经地线14形成回路；
第五步，微处理器15根据配置参数，向电桥模块7输出控制信号；电桥模块7将平滑之后的直流信号逆变成频率变化的方波信号，该方波信号传输给三相异步电机10，电机产生旋转磁场，开始运转；
第六步，线电压模块5检测到滤波之后的母线电压以及三相异步电机绕组的线电压，将电压信号转换为模拟信号传给控制单元9;线电流模块6检测到母线上的电流以及三相异步电机绕组的线电流，将电流信号转换为模拟信号传给控制单元9;控制单元9将接收到的电压和电流信号在数码管模块8上显示出来；
第七步，电机10带动连接着的卷轴12开始运转，根据设定的速度模式，自动卷帘门开始上升，自动卷帘门在上升过程中经历的是一种匀加速一一匀速一一匀减速的运动过程，最终停止在设定高度处；
第八步，当使用者使用完毕后，自动卷帘门根据之前设定好的下降的速度模式，同样经历匀加速——匀速——匀减速的过程，最终停下；
由于某种原因，导致三相异步电机10发生缺相、过压故障时，控制单元9会检测到母线电压和三相异步电机绕组的线电压超过对应的阈值，关闭电桥模块7并在数码管模块8上提示故障，起到保护电机的作用；
由于某种原因，导致三相异步电机10发生过载、过流故障时，控制单元9会检测到母线电流和三相异步电机绕组的线电流超过对应的阈值，关闭电桥模块7并在数码管模块9上提示故障，起到保护电机的作用；
在卷帘门突然停止或者上行结束、下行结束时，三相异步电机10的绕组会产生反向电动势，控制单元9打开制动电路模块11，释放掉反向电动势，保护电桥模块7。
【主权项】
1.一个自动卷帘门控制器装置系统，包括电源模块(8)、保护模块(2)、整流模块(3)、线电流模块(6)、滤波模块(4)、线电压模块(5)、电桥模块(7)、控制单元(9)、三相异步电机(10)、制动电路模块(11)、卷轴(12)、现场工业电源输出端子(I)，其特征在于: 所述电源模块(8)连接保护模块(2)和控制单元(9)，所述保护模块(2)连接整流模块(3)、电源模块(8)和电源输出端子(I); 所述整流模块(3 )连接滤波模块(4 )、保护模块(2 )、制动电路模块(11)和电桥模块(7 ); 所述线电流模块(6 )还连接电桥模块(7 )和控制单元(9 ); 所述滤波模块还连接制动电路模块(11)和整流模块(3); 所述线电压模块(5 )还连接电桥模块(7 )和控制单元(9 ); 所述电桥模块(7 )还连接整流模块(3 )、制动电路模块(11)、线电压模块(5 )、线电流模块(6)、和三相异步电机(10); 所述控制单元(9 )还连接电源模块(8 )、线电流模块(6 )、线电压模块(5 )、三相异步电机(10)和制动电路模块(11); 所述制动电路(11)模块连接电桥模块(7 )和整流模块(3 )。2.如权利要求1所述的自动卷帘门控制器装置系统，其特征在于:所述的控制单元包括:微处理器(15)、模拟信号预处理模块(16)、按键模块(17)、数码管模块(18)，电桥驱动模块(20)； 所述的模拟信号预处理模块(16)，连接线电压模块(5)、线电流模块(6)和微处理器(15);所述的按键模块(17)连接微处理器(15);所述的数码管模块(18)连接微处理器(15);所述的微处理器(15)连接模拟信号预处理模块(16)、按键模块(17)、电源模块(8)、电桥模块(7)、数码管模块(18)。3.如权利要求2所述的自动卷帘门控制器装置系统，其特征在于:微处理器(15)将采集来的速度、高度等参数显示在数码管(18)上。4.一种自动卷帘门控制器装置系统的控制方法，采用根据权利要求1所述的自动卷帘门控制器装置进行操作，其特征在于:包括如下操作步骤: 第一步，将卷轴(12)安装在结构已固定的卷帘门上门框处，连接三相异步电机10与卷轴(12); 第二步，三相异步电机(10)连接现场工业电源输出端子(1)，接通电源； 第三步，根据现场实际需求，手动设定自动卷帘门的上升高度，升降过程中的速度、升降过程的加速度等参数，以及母线电压、母线电流、三相异步电机线电压、三相异步电机线电流等阈值参数； 第四步，整流模块(3)输出对应的脉动直流信号，滤波模块(4)对母线(13)上的脉动直流信号进行平滑，直流信号经地线(14)形成回路； 第五步，微处理器(15)根据配置参数，向电桥模块(7)输出控制信号；电桥模块(7)将平滑之后的直流信号逆变成频率变化的方波信号，该方波信号传输给三相异步电机(10)，电机产生旋转磁场，开始运转； 第六步，线电压模块5检测到滤波之后的母线电压以及三相异步电机绕组的线电压，将电压信号转换为模拟信号传给控制单元9;线电流模块6检测到母线上的电流以及三相异步电机绕组的线电流，将电流信号转换为模拟信号传给控制单元9;控制单元9将接收到的电压和电流信号在数码管模块8上显示出来； 第七步，电机(10)带动连接着的卷轴(12)开始运转，根据设定的速度模式，自动卷帘门开始上升，自动卷帘门在上升过程中经历的是一种匀加速--匀速--匀减速的运动过程，最终停止在设定高度处； 第八步，当使用者使用完毕后，自动卷帘门根据之前设定好的下降的速度模式，同样经历匀加速——匀速——匀减速的过程，最终停下； 由于某种原因，导致三相异步电机10发生缺相、过压故障时，控制单元9会检测到母线电压和三相异步电机绕组的线电压超过对应的阈值，关闭电桥模块7并在数码管模块8上提示故障，起到保护电机的作用； 由于某种原因，导致三相异步电机10发生过载、过流故障时，控制单元9会检测到母线电流和三相异步电机绕组的线电流超过对应的阈值，关闭电桥模块7并在数码管模块9上提示故障，起到保护电机的作用； 在卷帘门突然停止或者上行结束、下行结束时，三相异步电机10的绕组会产生反向电动势，控制单元9打开制动电路模块11，释放掉反向电动势，保护电桥模块7。
【文档编号】E06B9/68GK105840086SQ201610230581
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月14日
【发明人】孙伟, 魏子昂, 张菲琴, 李貌民
【申请人】上海大学