专利名称：一种智能旗帜升降系统及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种旗帜升降装置及其控制方法，特别是一种能自动卷绕或伸展旗帜 的升降系统，适合升降国旗、会旗等场合使用。
背景技术：
目前已有的国旗升降装置主要实现升降功能和音乐播放的同步，但是在使用中发 现，旗帜经常会缠绕在绳上或者没有完全展开，影响了庄严性。发明内容
本发明的目的是针对上述不足之处提供一种智能旗帜升降系统及其控制方法，在 实现旗帜自动升降的基础上，同时采用旗帜自动收卷和展开装置，当旗帜下降到达旗杆底 部后，本发明可以实现旗帜的自动收卷，不会出现缠绕现象；当旗帜自动到达旗杆顶部后， 又可实现旗帜的自动展开，实现真正意义上的智能旗帜自动控制系统。
一种智能旗帜升降系统是采取以下技术方案实现的智能旗帜升降系统包括旗 杆、旗杆筒、底座和控制/执行单元，旗杆安装在底座中部，旗杆筒套装在旗杆上，两端套有 绳索。
控制/执行单元包括可编程控制器、第一驱动器、第二驱动器、第一步进电机、第 二步进电机和鼓风机，可编程控制器、第一驱动器、第二驱动器和第一步进电机安装在底座 内，可编程控制器的输出端与第一、第二驱动器的输入端相连，第一驱动器的输出端与第一 步进电机的输入端相连；第二驱动器和鼓风机安装在旗杆筒内，第二驱动器的输出端与第 二步进电机的输入端相连，鼓风机的输入端与可编程控制器的输出端相连。第一步进电机 控制升降旗帜运动，第二步进电机用以控制卷绕/伸展旗帜运动，鼓风机和第二步进电机 同时启动用来防止旗帜在卷绕/伸展过程中发生缠绕。
在旗杆筒的顶端装有上限位开关，在旗杆筒的下部装有下限位开关，在旗杆的顶 端装有上限位，在旗杆底部装有下限位，以共同限制旗杆筒上、下移动的位置。
在底座上设有控制板，控制板上设有若干按钮。
所述按钮包括上升按钮和下降按钮，上升按钮和下降按钮用以启动旗帜的升、降 状态。
所述可编程控制器采用FX1S-10MT型可编程控制器作为的检测和控制核心。
所述的第一、第二步进电机采用A45HT型步进电机，为了降低CPU的负载，避免让 CPU产生步进电机的驱动脉冲节拍以及驱动步进电机的功率驱动电路。
所述的第一、第二驱动器采用与第一、第二步进电机配套的电机驱动器，所述电机 驱动器采用HM_2H2A8型驱动器。
一种智能旗帜升降系统具备可编程控制器控制和按钮控制两种控制方式，这两种 控制方式能够同时进行或者单独进行。按钮控制即采用按钮作为控制开关，给步进电机正 转、反转的信号，用步进电机脉冲控制速度，脉冲个数控制时间，从而实现了保护的作用。
工作原理本发明系统使用时，将旗帜卷绕在旗杆筒内，采用可编程控制器PLC来控制第一步进电机带动旗帜升降，实现对旗帜升降的自动控制。在旗杆的顶端和底部都装有限位开关，当红旗杆触碰到旗杆上下两端的限位开关时，自动启动装设在旗帜旗杆筒中装设的鼓风机和第二步进电机，第二步进电机正/反转的同时鼓风机启动吹风，保证了旗帜在从旗杆筒里收起/展开的同时不会发生缠绕。从而实现升旗时旗帜到达旗杆顶部旗帜自动展开，降旗时旗巾只到达旗杆底部自动卷起的功能。
一种智能旗帜升降系统的控制方法，包括按钮控制和可编程控制器控制两种方式。
所述的按钮控制包括如下步骤O需要升旗时，按下升旗按钮，第一步进电机正转，旗帜开始上升至旗杆顶部；2)当旗杆筒的上限位开关触碰到上限位时，第二步进电机开始正转，同时鼓风机工作， 旗帜自动伸展出旗杆筒；3)需要降旗时，按下降旗按钮，第一步进电机反转，旗帜迅速下降到底；4)当旗杆筒的下限位开关触碰到下限位时，第一步进电机启动反转，同时鼓风机工作， 旗帜卷绕回旗杆筒。
所述的可编程控制器控制主要通过内部的编写程序来对步进电机的行程、速度、方向进行控制，具体包括如下步骤I)行程控制根据旗杆长度或者旗帜的长度来决定在PLC编程时程序输出的脉冲个数，从而达到对步进电机的行程控制。第一步进电机的行程控制所需PLC输出的脉冲数由旗杆长度来决定；第二步进电机的行程控制所需PLC输出的脉冲数由旗帜的长度来决定。
由于旗杆长度或旗帜长度正比·于第一、第二步进电机的总转角，因此只要控制第一、第二步进电机的总转角即可。第一、第二步进电机的总转角正比于所输入的控制脉冲个数，根据伺服机构的位移量来确定PLC输出的脉冲个数，所述脉冲个数的计算公式为 n=DL/d ；式中DL表示伺服机构的位移量，单位是mm，d表示伺服机构的脉冲当量，单位是mm/ 脉冲。
在本发明中旗杆以IOm为例，第一步进电机的位移量是IOOOOmm ;旗帜以旗帜 960mmX640mm为例，第二步进电机的位移量是960mm。
2)进给速度控制根据用户设定的速度值决定PLC编程时程序输出的脉冲频率，实现速度控制。
伺服机构的进给速度取决于步进电机的转速，而步进电机的转速取决于输入脉冲频率，因此可以根据该旗帜上升/下降，旗帜收卷/展开的速度，确定其PLC输出的脉冲频率，所述脉冲频率的计算公式为f=Vf/60d，单位为Hz ；式中Vf表示旗帜上升/下降或旗帜收卷/展开的速度，单位为mm/min。
3)进给方向控制进给方向控制，即步进电机的转向控制，步进电机的转向可以通过改变步进电机各绕组的通电顺序来改变其转向。例如三相步进电机通电顺序为A-AB-B-BC-C-CA-A…时步进电机正转，当绕组按A-AC-C-CB-B-BA-A…顺序通电时步进电机反转。
通过PLC输出的方向控制信号改变各绕组的通电顺序；本发明系统旗帜上升时， 第一步进电机Ml正转，旗帜下降时，第一步进电机Ml反转；旗帜展开第二步进电机M2正 转，旗帜收卷第二步进电机M2反转。
本发明优点智能升降旗系统的结构简单，科学合理，可以根据不同需要制成不同 构造形式、不同规格的系列产品，满足社会不同部门单位的使用需求。功耗小，控制方式简 单，国旗实现自动卷绕和展开，解决了在升、降旗过程中遇到刮风旗帜就会缠绕在绳索或旗 杆上之不足，保证了升国旗的严肃性，操作方便，制作工艺简单。控制精度达毫米级以上，功 能先进，设计创新，技术领先具有较好的市场推广价值。
下面将结合附图对本发明作进一步说明图1是本发明的智能旗帜升降系统的结构示意图；图2是本发明的智能旗帜升降系统的工作原理框图。
图中1、旗杆，2、旗杆筒，3、底座，Ml、第一步进电机，M2、第二步进电机，M3、鼓风 机，4、上限位开关，5、下限位开关，6、上限位，7、下限位，8、按钮，9、旗帜。
具体实施方式
参照附图f 2，本发明一种智能旗帜升降系统包括旗杆1、旗杆筒2、底座3和控制 /执行单元，旗杆I安装在底座3中部，旗杆筒2套装在旗杆I上，两端套有绳索。
控制/执行单元包括可编程控制器、第一驱动器、第二驱动器、第一步进电机Ml、 第二步进电机M2和鼓风机M3，可编程控制器、第一驱动器、第二驱动器和第一步进电机Ml 安装在底座3内，可编程控制器的输出端与第一、第二驱动器的输入端相连，第一驱动器的 输出端与第一步进电机Ml的输入端相连；第二驱动器和鼓风机M3安装在旗杆筒内，第二驱 动器的输出端与第二步进电机M2的输入端相连,鼓风机M3的输入端与可编程控制器的输 出端相连。第一步进电机Ml控制升降旗帜运动，第二步进电机M2用以控制卷绕/伸展旗 帜运动，鼓风机M3和第二步进电机M2同时启动用来防止旗帜9在卷绕/伸展过程中发生 缠绕。
在旗杆筒2的顶端装有上限位开关4，在旗杆筒2的下部装有下限位开关5，在旗 杆I的顶端装有上限位6，在旗杆I底部装有下限位7，以共同限制旗杆筒2上、下移动的位置。
在底座3上设有控制板，控制板上设有若干按钮8。
所述按钮8包括上升按钮和下降按钮，上升按钮和下降按钮用以启动旗帜的升、 降状态。
可编程控制器(Programmable Logic Controller,通常称PLC)是一种工业控制 计算机，具有模块化结构、配置灵活、高速的处理速度、精确的数据处理能力、多种控制功 能、网络技术和优越的性价比等性能，能充分适应工业环境，简单易懂，操作方便，可靠性 高，是目前广泛应用的控制装置之一。可编程控制器对步进电机也具有良好的控制能力， 利用其高速脉冲输出功能或运动控制功能，即可实现对步进电机的控制。利用可编程控制 器控制步进电机，其脉冲分配可以由软件实现，也可由硬件组成。
步进电机是一种将电脉冲信号转换成直线位移或角位移的执行元件。步进电机的 输出位移量与输入脉冲个数成正比，其转速与单位时间内输入的脉冲数(即脉冲频率)成 正比，其转向与脉冲分配到步进电机的各相绕组的相序有关。步进电机不需要使用传感器 就能精确定位，而且通过给定的脉冲周期，能够以任意速度转动，定距运动较精确。虽然步 进电机不能高速转动，但根据设计要求的时间和移动距离，步进电机完全能够符合要求，而 且步进电机是纯粹的数字控制电动机，它将电脉冲信号转变为角位移，即给一个脉冲，步进 电机就转一个角度，因此非常合适可编程控制器控制，在轻载的情况下，电机的转速、停止 的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲个数，累积误差小，控制精度高。
利用可编程控制器可方便地实现对步进电机的速度和位置进行控制，可靠地实 现各种步进电机的操作，完成各种复杂的工作。可编程控制器的控制方法改变控制参数相 当方便，只需改变可编程控制器程序中相应部分即可，对任何相数的步进电机都可以使 用，在设计方法上简单易行，提高了控制系统的柔性和可靠性。通过与可编程控制器的通 信，实现操作监控功能；可编程控制器发出脉冲、方向信号，通过驱动器控制步进电机的运 行状态。
所述可编程控制器采用FX1S-10MT型可编程控制器作为的检测和控制核心。
所述的第一、第二步进电机采用A45HT型步进电机，为了降低CPU的负载，避免让 CPU产生步进电机的驱动脉冲节拍以及驱动步进电机的功率驱动电路。
所述的第一、第二驱动器采用与第一、第二步进电机配套的电机驱动器，所述电机 驱动器采用HM_2H2A8型驱动器。
—种智能旗帜升降系统具备可编程控制器控制和按钮控制两种控制方式，这两种 控制方式能够同时进行或者单独进行。按钮控制即采用按钮作为控制开关，给步进电机正 转、反转的信号，用步进电机脉冲控制速度，脉冲个数控制时间，从而实现了保护的作用。
工作原理本发明系统使用时，将旗帜卷绕在旗杆筒内，采用可编程控制器PLC来 控制第一步进电机带动旗帜升降，实现对旗帜升降的自动控制。在旗杆的顶端和底部都装 有限位开关，当红旗杆触碰到旗杆上下两端的限位开关时，自动启动装设在旗帜旗杆筒中 装设的鼓风机和第二步进电机，第二步进电机正/反转的同时鼓风机启动吹风，保证了旗 帜在从旗杆筒里收起/展开的同时不会发生缠绕。从而实现升旗时旗帜到达旗杆顶部旗帜 自动展开，降旗时旗巾只到达旗杆底部自动卷起的功能。
一种智能旗帜升降系统的控制方法，包括按钮控制和可编程控制器控制两种方 式。
所述的按钮控制包括如下步骤O需要升旗时，按下升旗按钮，第一步进电机Ml正转，旗帜9开始上升至旗杆I顶部；2)当旗杆筒2的上限位开关4触碰到上限位6时，第二步进电机M2开始正转，同时鼓 风机M3工作，旗帜9自动伸展出旗杆筒2;3)需要降旗时，按下降旗按钮，第一步进电机Ml反转，旗帜9迅速下降到底；4)当旗杆筒2的下限位开关5触碰到下限位7时，第一步进电机Ml启动反转，同时鼓 风机M3工作，旗帜9卷绕回旗杆筒2。
所述的可编程控制器控制主要通过内部的编写程序来对步进电机的行程、速 度、方向进行控制，具体包括如下步骤I)行程控制根据旗杆I长度或者旗帜9的长度来决定在PLC编程时程序输出的脉冲个数，从而达到对步进电机的行程控制。第一步进电机Ml的行程控制所需PLC输出的脉冲数由旗杆I 长度来决定；第二步进电机M2的行程控制所需PLC输出的脉冲数由旗帜9的长度来决定。
由于旗杆I长度或旗帜9长度正比于第一、第二步进电机的总转角，因此只要控制第一、第二步进电机的总转角即可。第一、第二步进电机的总转角正比于所输入的控制脉冲个数，根据伺服机构的位移量来确定PLC输出的脉冲个数，所述脉冲个数的计算公式为 n=DL/d ；式中DL表示伺服机构的位移量，单位是mm，d表示伺服机构的脉冲当量，单位是mm/ 脉冲。
在本发明中旗杆以IOm为例，第一步进电机Ml的位移量是IOOOOmm ;旗帜以旗帜 960mmX 640mm为例，第二步进电机M2的位移量是960mm。
2)进给速度控制根据用户设定的速度值决定PLC编程时程序输出的脉冲频率，实现速度控制。
伺服机构的进给速度取决于步进电机的转速，而步进电机的转速取决于输入脉冲频率，因此可以根据该旗帜上升/下降，旗帜收卷/展开的速度，确定其PLC输出的脉冲频率，所述脉冲频率的计算公式为f=Vf/60d，单位为Hz ；式中Vf表示旗帜上升/下降或旗帜收卷/展开的速度，单位为mm/min。
3)进给方向控制进给方向控制，即步进电机的转向控制，步进电机的转向可以通过改变步进电机各绕组的通电顺序来改变其转向。例如三相步进电机通电顺序为A-AB-B-BC-C-CA-A…时步进电机正转，当绕组按A-AC-C-CB-B-BA-A…顺序通电时步进电机反转。
通过PLC输出的方向控制信号改变各绕组的通电顺序；本发明系统旗帜上升时， 第一步进电机Ml正转，旗帜下降时，第一步进电机Ml反 转；旗帜展开第二步进电机M2正转，旗帜收卷第二步进电机M2反转。
权利要求
1.一种智能旗帜升降系统，其特征在于包括旗杆、旗杆筒、底座和控制/执行单元，旗杆安装在底座中部，旗杆筒套装在旗杆上，两端套有绳索；控制/执行单元包括可编程控制器、第一驱动器、第二驱动器、第一步进电机、第二步进电机和鼓风机，可编程控制器、第一驱动器、第二驱动器和第一步进电机安装在底座内， 可编程控制器的输出端与第一、第二驱动器的输入端相连，第一驱动器的输出端与第一步进电机的输入端相连；第二驱动器和鼓风机安装在旗杆筒内，第二驱动器的输出端与第二步进电机的输入端相连，鼓风机的输入端与可编程控制器的输出端相连；第一步进电机控制升降旗帜运动，第二步进电机用以控制卷绕/伸展旗帜运动，鼓风机和第二步进电机同时启动用来防止旗帜在卷绕/伸展过程中发生缠绕。
2.根据权利要求1所述的一种智能旗帜升降系统，其特征在于在所述旗杆筒的顶端装有上限位开关，在旗杆筒的下部装有下限位开关，在旗杆的顶端装有上限位，在旗杆底部装有下限位，以共同限制旗杆筒上、下移动的位置。
3.根据权利要求1所述的一种智能旗帜升降系统，其特征在于在所述底座上设有控制板，控制板上设有若干按钮。
4.根据权利要求4所述的一种智能旗帜升降系统，其特征在于所述按钮包括上升按钮和下降按钮，上升按钮和下降按钮用以启动旗帜的升、降状态。
5.根据权利要求1所述的一种智能旗帜升降系统，其特征在于所述可编程控制器采用FX1S-10MT型可编程控制器。
6.根据权利要求1所述的一种智能旗帜升降系统，其特征在于所述的第一、第二步进电机采用A45HT型步进电机。
7.根据权利要求1所述的一种智能旗帜升降系统，其特征在于所述的第一、第二驱动器采用与第一、第二步进电机配套的电机驱动器，所述电机驱动器采用HM_2H2A8型驱动器。
8.权利要求1所述的一种智能旗帜升降系统的控制方法，其特征在于，包括按钮控制和可编程控制器控制两种方式，这两种控制方式能够同时进行或者单独进行。
9.根据权利要求8所述的一种智能旗帜升降系统的控制方法，其特征在于，所述的按钮控制包括如下步骤O需要升旗时，按下升旗按钮，第一步进电机正转，旗帜开始上升至旗杆顶部；2)当旗杆筒的上限位开关触碰到上限位时，第二步进电机开始正转，同时鼓风机工作， 旗帜自动伸展出旗杆筒；3)需要降旗时，按下降旗按钮，第一步进电机反转，旗帜迅速下降到底；4)当旗杆筒的下限位开关触碰到下限位时，第一步进电机启动反转，同时鼓风机工作， 旗帜卷绕回旗杆筒。
10.根据权利要求8所述的一种智能旗帜升降系统的控制方法，其特征在于，所述的可编程控制器控制通过内部的编写程序来对步进电机的行程、速度、方向进行控制，具体包括如下步骤I)行程控制根据旗杆长度或者旗帜的长度来决定在PLC编程时程序输出的脉冲个数，从而达到对步进电机的行程控制；第一步进电机的行程控制所需PLC输出的脉冲数由旗杆长度来决定；第二步进电机的行程控制所需PLC输出的脉冲数由旗帜的长度来决定；所述脉冲个数的计算公式为n=DL/d ；式中DL表示伺服机构的位移量，单位是mm，d表示伺服机构的脉冲当量，单位是mm/ 脉冲；2)进给速度控制根据用户设定的速度值决定PLC编程时程序输出的脉冲频率，实现速度控制；伺服机构的进给速度取决于步进电机的转速，而步进电机的转速取决于输入脉冲频率，根据该旗帜上升/下降，旗帜收卷/展开的速度，确定其PLC输出的脉冲频率，所述脉冲频率的计算公式为f=Vf/60d，单位为Hz ；式中Vf表示旗帜上升/下降或旗帜收卷/展开的速度，单位为mm/min ；3)进给方向控制进给方向·控制，即步进电机的转向控制，步进电机的转向通过改变步进电机各绕组的通电顺序来改变其转向；通过PLC输出的方向控制信号改变各绕组的通电顺序；旗帜上升时，第一步进电机正转，旗帜下降时，第一步进电机反转；旗帜展开第二步进电机正转，旗帜收卷第二步进电机反转。
全文摘要
本发明涉及一种旗帜升降装置及其控制方法，特别是一种能自动卷绕或伸展旗帜的升降系统，适合升降国旗、会旗等场合使用。包括旗杆、旗杆筒、底座和控制/执行单元，旗杆安装在底座中部，旗杆筒套装在旗杆上，两端套有绳索；控制/执行单元包括可编程控制器、第一驱动器、第二驱动器、第一步进电机、第二步进电机和鼓风机；一种智能旗帜升降系统的控制方法，其特征在于，包括按钮控制和可编程控制器控制两种方式，这两种控制方式能够同时进行或者单独进行。智能升降旗系统的结构简单，科学合理，可以根据不同需要制成不同构造形式、不同规格的系列产品，满足社会不同部门单位的使用需求。
文档编号E04H12/32GK103061569SQ20121058739
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月31日 优先权日2012年12月31日
发明者杨小平, 华旭奋 申请人:无锡职业技术学院