一体化自动门控制装置及具有其的监控平台

技术领域

本发明涉及自动门控制领域，特别涉及一种一体化自动门控制装置及具有其的监控平台。

背景技术

随着科学技术的进步及生活水平的日益提高，自动门控制的应用需求正飞速增长。自动门控制应用成为超市、酒店、银行、楼宇住宅等建筑的必备需求。

目前，市场上绝大部分的门控制采用交流异步电机、位置(速度)传感器、驱动器分开独立安装、调试的方案，各个部件需要外部接线进行连接，这既增加了制造成本，也降低了系统的稳定可靠性，同时还需要单独维护保养，并且，交流异步电机低速驱动时效率较低，需要减速齿轮降速匹配门开关的运行速度，另外，在相同功率及驱动力矩下，异步电机的体积也大，这给安装空间调试增加了难度。

因此，现在需要一种能够解决上述问题的一体化自动门控制装置及具有其的监控平台。

发明内容

本发明的目的是提供一种及时处理电源断开等异常情况以防止自动门失控的一体化自动门控制装置及具有其的监控平台。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种一体化自动门控制装置，所述控制装置包括：

电机，其被配置为驱动自动门的运行；

电源管理单元，其被配置为给所述控制装置提供电能；

功率驱动单元，其与所述电源管理单元电连接，所述功率驱动单元包括三相电路，所述三相电路与所述电机的三相分别电连接，所述功率驱动单元被配置为通过所述三相电路驱动所述电机工作；

封星继电器，其被连接于所述功率驱动单元与所述电机的三相电路中；

控制单元，其与所述电源管理单元、所述功率驱动单元、所述封星继电器分别电连接，所述控制单元被配置为通过所述功率驱动单元驱动所述电机工作，从而控制所述自动门运行；所述控制单元还被配置为响应所述电源管理单元断开供电和/或所述控制装置内的异常信息而控制所述封星继电器的常开触点闭合，使得在所述电机内部产生制动电磁力，从而控制所述自动门减速。

进一步地，所述功率驱动单元的三相电路包括：

电容，其两端分别接至母线电压的两端；

三组功率管，其接入所述母线电压的两端，所述三组功率管一一对应连接于所述电机的三相，且所述封星继电器的常开触点连接至所述三组功率管与所述电机的每组支路中，从而当所述封星继电器的常开触点闭合时，所述电机内部产生制动电磁力；所述功率管的驱动信号被配置为由SVPWM供给；

采样电阻，其一端与所述功率管的输出端电连接，其另一端与所述母线电压的负端电连接，所述采样电阻被配置为提供所述SVPWM所需的实时电流值。

优选地，所述功率管为IGBT或NMOS或集成功率模块；或者，所述电机为永磁同步电机。

进一步地，所述控制装置还包括被配置为实时检测所述控制装置的运行数据的监测单元，所述运行数据包括电机的相关数据、电源管理单元的电压、所述功率驱动单元的温度中的一种或多种，所述电机的相关数据包括电机的磁极位置、速度、温度、所处的环境温度、运行电压、运行电流中的一种或多种；

所述控制单元还被配置为判断所述运行数据是否满足预设范围，若不满足，则判定所述控制装置内存在异常信息，从而控制所述封星继电器的常开触点闭合。

进一步地，所述电源管理单元包括：

整流电路及功率因数修正电路，所述整流电路被配置为将单相交流电转换成单相直流电，所述功率因数修正电路为主动式升压电路，所述功率因数修正电路被配置为对输入电流波形进行控制以使电压和电流同相；

缓冲电路，其包括缓冲电阻，所述缓冲电路被配置为对充电电流和放电电流起缓冲作用，当充电电压高于预设的电压阈值时，所述控制单元控制所述缓冲电阻所在回路断开；

保护电路，其被配置为对母线电容起保护作用，当母线电容的输入电压高于预设的电压阈值时，所述控制单元控制所述电源管理单元断开供电。

进一步地，所述电源管理单元还包括滤波电路；或者，

所述单相交流电的范围为AC60至AC270V。

进一步地，所述控制装置还包括蓝牙模块，所述蓝牙模块被配置为接收远程指令，所述蓝牙模块与所述控制单元电连接，所述控制单元还被配置为根据所述蓝牙模块的远程指令进行控制。

进一步地，所述控制装置还包括通讯电路，所述通讯电路与所述控制单元电连接，所述控制单元还被配置为通过所述通讯电路与外部进行通讯。

进一步地，所述控制装置还包括多个I/O接口，所述控制装置通过所述I/O接口接收外部指令和/或发送指令至外部。

一种用于一体化自动门的监控平台，所述监控平台包括多个上文所述的一体化自动门控制装置以及监控单元，所述一体化自动门控制装置与所述监控单元电连接，所述监控单元被配置为监控每个一体化自动门控制装置的工作情况。

本发明具有的优点：当外部电源断开或某个环节出现异常情况而使自动门失去驱动制动力时，通过封星继电器以在电机内部产生制动电磁力，从而减缓自动门的运动速度，避免出现碰撞。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的一个示例性实施例提供的一体化自动门控制装置的示意框图；

图2是本发明实施例的一个示例性实施例提供的电源管理单元的示意框图；

图3是本发明实施例的一个示例性实施例提供的整流电路及功率因数修正电路的示意图；

图4是本发明实施例的一个示例性实施例提供的功率驱动单元的示意图；

图5是本发明实施例的一个示例性实施例提供的一体化自动门控制装置的系统框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，更清楚地了解本发明的目的、技术方案及其优点，以下结合具体实施例并参照附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。除此，本发明的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本发明的一个实施例中，提供了一种一体化自动门控制装置，如图1所示，本控制装置包括电机、电源管理单元、功率驱动单元、封星继电器、MCU/DSP控制单元(简称控制单元)。

电机被配置为驱动自动门的运行。在本实施例中，电机采用永磁同步电机，永磁同步电机及其控制系统具有低转速、大转矩、高效率、控制精度高、噪音低、振动小、能耗低等优势。

电源管理单元被配置为给控制装置提供电能。在本实施例中，如图2所示，电源管理单元包括整流电路及功率因数修正电路(PFC)、充放电电流缓冲控制电路(简称缓冲电路)、过压过流保护电路(简称保护电路)及滤波电路。整流电路被配置为将单相交流电(本实施例的单相交流电的范围为AC60至AC270V)转换成单相直流电，功率因数修正电路为主动式升压电路，功率因数修正电路被配置为对输入电流波形进行控制以使电压和电流同相。缓冲电路包括缓冲电阻，缓冲电路被配置为对充电电流和放电电流起缓冲作用，当充电电压高于预设的电压阈值时，控制单元控制缓冲电阻所在回路断开。保护电路被配置为对母线电容起保护作用，当母线电容的输入电压高于预设的电压阈值时，控制单元控制电源管理单元断开供电。

在本发明的一个实施例中，整流电路的作用是将单相交流电压转换成单向脉动的直流电。整流电路主要由整流二极管组成。本实施例中的整流二极管平均整流电流为10A，最高反向工作电压VR为800V。功率因数修正电路(PFC)的主要作用是使电压与电流的相位相同，让负载近似于电阻性，减小电网的负担，让用户消耗的无功功率减少。PFC的实现方式分为被动式和主动式两种。本实施例采用主动式升压式电路结构，如图3所示，实现方式增加了电感L1、二极管D1、驱动管Q1。原理为：当Q1导通时，电感上的电压和电容C1的电压相同，此时C1、L1、Q1形成回路，C1对电感充电，电流持续上升。在PFC控制芯片使Q1关断时，充电结束。在Q1关断时，电感电压反相且加上C1的电压，经过二极管D1对输出端开始放电，此时给电容C2充电。Q1的控制信号需采样回路电压电流进行反馈控制，控制Q1的导通与截止，达到电流波形整形的目的。

在本发明的一个实施例中，缓冲电路的作用为在开机上电前期，串接一个限流功率电阻，防止充电电流过大损坏蓄能滤波电容。当充电电压提高到安全电压值即驱动控制驱动电机时，切断限流功率电阻回路，直接给电容充放电。

在本发明的一个实施例中，对于过压过流保护电路，当监测到滤波母线电容的输入电压高于预设值时，就切断输入电源的供给，保护母线电容不过压损坏。当监测到功率回路的电流大于预设值时，同样切断输入电源的供给。

功率驱动单元与电源管理单元电连接，如图4所示，功率驱动单元包括三相电路，封星继电器被连接于功率驱动单元与电机的三相电路中。功率驱动单元的三相电路包括电容(图4中的C2)、三组功率管(图4中的T1至T6)及采样电阻(图4中的R1)，其中，电容两端分别接至母线电压的两端；三组功率管接入母线电压的两端，三组功率管一一对应连接于电机的三相，且封星继电器的常开触点连接至三组功率管与电机的每组支路中，从而当封星继电器的常开触点闭合时，电机内部产生制动电磁力；功率管的驱动信号被配置为由SVPWM供给；采样电阻一端与功率管的输出端电连接，采样电阻另一端与母线电压的负端电连接，采样电阻被配置为提供SVPWM所需的实时电流值。三相电路与电机的三相分别电连接，功率驱动单元被配置为通过三相电路驱动电机工作。需要说明的是，功率管为IGBT或NMOS或集成功率模块，根据实际需求确定具体型号，不以此限定本发明的保护范围。

在本发明的一个实施例中，功率驱动单元含六个IGBT或者NMOS管T1-T6，或者采用集成的功率模块，也可以采用多个分离的器件，不以此限定本发明的保护范围。如图4所示，电容C2的两端为母线电压，正端为P，负端为N。三相逆变的上桥驱动功率管为T1、T2、T3，下桥驱动功率管为T2、T4、T6。T1和T2组成一对，T3和T4组成一对，T5和T6组成一对，这三对分别驱动电机的U、V、W相。T1-T6管以PWM波形进行驱动。

本实施例使用SVPWM矢量算法，对电机的力矩电流和磁通电量进行独立控制。SVPWM控制需要采样电机的实时电流值，最直接的方法是采样电机U、V、W三相电流的任何两相，因为星型连接方式，三相电流矢量和为0，只要知道其中两相电流值，第三相电流值就可以知道，或者，也可以在三相低端功率管的输出端接三个采样电阻(或者电流传感器)检测电流，采样电阻的选取要考虑电阻的稳定性能，需具有低温漂系数，在长时间工作时，不能影响阻值变化。采样电阻的阻值要足够小，保证电阻上产生的功耗达到可忽略的程序。在PWM下溢中断中实时比较三个比较器的值，受采样开关、A/D采样窗口以及下桥臂高电平保持时间等因素的影响，故电流采样之后舍弃比较器较小一路的采样值，根据三相之和为0，这一路由另二相合成，合成的电流更符合逆变模块的输出电流，反映出负载的真实电流值。为了降低电路设计的成本，本实施例把三个采样电阻合并为一个采样电阻R1，如图4所示，此种一个电阻的电流采样方式很适合小功率的电机驱动控制方式。因为只有一个采样电阻，需要使用一种单电阻电流重构技术计算出三相电流，基本原理是在SVPWM控制中，当使用非0的基本矢量时，根据逆变桥开关状态可以通过测量母线的瞬时电流来重构电机的相电流。一般集成的功率模块都集成了PWM驱动保护电路和模块温度测量电路。

对于封星继电器，当控制装置的输入电压断开，自动门失去驱动制动力时处于自由状态，如果此时自动门处于高速运动状态，就会产生剧烈机械碰撞发生损坏。为了减缓门的运动速度，本实施例将把电机的三相线连接成一点，以增加额外的制动力，即在电机内部产生制动电磁力，达到减速减小相撞力的目的。

控制单元与电源管理单元、功率驱动单元、封星继电器分别电连接，控制单元被配置为通过功率驱动单元驱动电机工作，从而控制自动门运行；控制单元还被配置为响应电源管理单元断开供电和/或控制装置内的异常信息而控制封星继电器的常开触点闭合，使得在电机内部产生制动电磁力，从而控制自动门减速。

控制装置还包括被配置为实时检测控制装置的运行数据的监测单元，控制装置内的异常信息是通过监测单元获得传感信号并由控制单元判断传感信号是否为异常。控制装置的运行数据包括电机的相关数据、电源管理单元的电压、功率驱动单元的温度中的一种或多种，电机的相关数据包括电机的磁极位置、速度、温度、所处的环境温度、运行电压、运行电流中的一种或多种。具体地，控制单元还被配置为判断运行数据是否满足预设范围，若不满足，则判定控制装置内存在异常信息，从而控制封星继电器的常开触点闭合。

如图5所示，控制装置还包括蓝牙模块、通讯电路、多个I/O接口。蓝牙模块被配置为接收远程指令，蓝牙模块与控制单元电连接，控制单元还被配置为根据蓝牙模块的远程指令进行控制。通讯电路与控制单元电连接，控制单元还被配置为通过通讯电路与外部进行通讯。控制装置通过I/O接口接收外部指令和/或发送指令至外部。

本发明提供了一种一体化自动门控制装置，不仅能够优化结构设计，节省各部件的空间布局，还能够方便快捷地调试门开关运行的各项技术指标，达到用户满意的使用效果。具体地，与永磁同步电机连接的功率驱动单元接收控制单元的驱动指令，以控制永磁同步电机的转速、电流、转矩，从而驱动自动门的运行。控制单元是自动门控制装置的核心，控制单元用于接收外部各种指令并对指令进行逻辑判断，经过驱动算法的运算再输出驱动指令给功率驱动单元，控制单元负责实时监测控制装置的各项运行数据指标，当运行数据超出设定值时就进行保护，避免控制装置损坏。监测单元即传感单元用于感知控制装置的各项运行数据，比如通过磁编码器组件来感测电机位置速度、功率驱动单元的温度、永磁同步电机的温度和环境温度、电机运行电流、电压以及监测电源管理单元的电压，把这些数据传送给控制单元进行算法分析、逻辑判断。永磁同步电机与功率驱动单元相连，以作为驱动门开关运行的执行机构。电源管理单元为整个控制装置提供功率驱动动力，也为控制单元提供电能，并有过压过流保护功能。

需要说明的是，控制单元是一体化自动门控制器的核心，负责电机驱动的SVPWM算法及驱动控制、检测系统的各种状态(比如对电机过流保护、模块温度和电机温度保护、电机磁极位置及速度信号检测、电机的电流电压等)、对系统各单元进行控制(比如PFC控制算法、电源控制保护逻辑、自动门防撞封星控制逻辑等)、与外部接口进行信息交互(不仅有可以实现基本的门驱动指令及输出状态指示的IO口接口，还具备有符合行业标准的CAN、485接口，方便进行联网控制)。另外，为了方便用户操作，本控制装置还具备蓝牙通讯模块，可在智能设备如手机上进行控制、参数设置及远程调试，进一步可以实现多台自动门控制装置联网监控及控制，体现了设备的智能化水平。

相比那种把电机和驱动部分独立安装和调试的方式来说，本发明将永磁同步电机和功率驱动单元及相关的传感检测模块集成在一起，摒弃了电机和驱动控制部分的外部连线，采用一体化结构，节省了整体布局空间，也减少了故障率，使调试安装的效率也提高了。本发明兼容电网单相电压输入AC60～AC270V范围，适应国内外的电网标准，可以根据不同电网额定电压值的标准，自动设定判断电网的欠压保护和过压保护点，使应用更加智能化和人性化，预防不必要的故障干扰。同时，本发明无需或者很少使用控制装置上的操作按键和操作指示灯，必要时能够仅使用手机终端上的APP控制软件，通过控制装置内置的蓝牙模块进行通讯，传输发送接收控制信息和状态信息，实现驱动控制单元对电机的控制运行，使自动门的运行更快捷、更顺畅、更舒适、更智能化。这种控制通讯方式方便调试维修，无需在控制装置上手动操作，尤其对那种不方便把控制装置放置在操作人员的面前时，这种操作维护方式显得更重要，本发明的保护更加全面，不仅具备电机过热、过压、短路保护，还具备功率驱动单元过热保护及电源管理单元的过压、短路保护，同时还具有断电门防撞保护，可以实现自动调整优化开关门运行曲线，有防撞防夹人的功能，满足各特定应用场合的标准规范。

在本发明的一个实施例中，提供了一种用于一体化自动门的监控平台，监控平台包括多个上文所述的一体化自动门控制装置以及监控单元，一体化自动门控制装置与监控单元电连接，监控单元被配置为监控每个一体化自动门控制装置的工作情况。

本监控平台实施例的思想与上述实施例中一体化自动门控制装置的工作过程属于同一思想，通过全文引用的方式将上述一体化自动门控制装置实施例的全部内容并入本监控平台实施例，不再赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制其专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。