基于无线通信技术的摆闸通道工作稳定性提升方法探究

胡鹏路

(南京熊猫机电仪技术有限公司，江苏 南京 210000)

0 引言

普通的摆闸通道主要由箱体、驱动电机、传动机构、门体、光电传感器、控制板、身份识别等部件组成，两台设备并排放置，可组成一个完整的通行通道，供人员或非机动车辆自助通行。在实际使用过程中，用户的使用习惯和行为存在很大差别，有时还会出现异常和违规操作，使得摆闸通道的闸机设备容易出现各类故障，因此，本文将针对如何提升摆闸通道工作的稳定性进行探究。

1 摆闸通道的基本原理

普通摆闸由驱动电机带动传动机构工作，传动机构中设置3个非接触式限位开关，电机和限位开关的电路与主控板连接。在控制电机运动时，主控板不断读取限位开关的感应信号，当发生变化时，控制电机停止，从而实现对摆门门体正向开门、反向开门和关门3个角度的控制。光电传感器由一个发射端和一个接收端成对组成使用，用于检测人员在通道内的位置和行为，主控板通过简单的传感器算法判断开门后人员是否进入或离开通道[1]。

2 影响摆闸通道工作稳定性的因素

对于摆闸通道而言，影响通道工作稳定性的因素是多个方面的，以下分别从电机控制、传感器和通行算法3个方面来进行分析。

2.1 电机控制对摆闸工作稳定性的影响

普通摆闸的通道内部设有成对的两个门体，同步开合工作。在实际使用时，会出现通行人员与门体撞击的情况，因电机启停是由3个限位开关感应信号判定，当门体运动过程中无法监测其具体位置而被撞击时，两个门的运动位置将不再同步，多次撞击后，门体与电机轴之间易发生机械偏移，对电机轴和传动机构造成损坏，导致驱动电机、传动机构的故障率提升。

2.2 传感器对摆闸工作稳定性的影响

摆闸通道的传感器多采用光电对射式传感器，成对安装于机箱内侧。当人员经过通道时，会遮挡光电传感器的光束，并使传感器的输出信号发生变化，控制板通过传感器信号变化，判断人员是否进入或离开通道。在实际使用中，传感器光束有时会被异物遮挡，或当设备老旧后发生倾斜，影响光束对正，在普通摆闸产品中，只要其中一个传感器发生异常或故障，整个设备都将无法正常工作。

2.3 通行控制算法对摆闸工作稳定性的影响

通行算法是摆闸通道的灵魂，用于实现各类通道的功能。一般来说，通行算法具备防夹、防尾随、防闯入等功能，在防夹算法上，很多摆闸防夹区设置较为简单，无论是正向、反向的开门或关门，均采用同一防夹区，且在防尾随、防闯入的设计上，仅通过端部的一个传感器判断，缺乏对甩臂、细物的识别，使得设备工作不够智能，容易出现误动作，影响产品的稳定性[2]。

2.4 设备缺乏全生命周期管理和持续优化

在实际布放应用时，摆闸设备的网络通常被要求接入专网，专网服务器上的后台管理软件仅对摆闸设备的业务数据进行管理，对于设备本身的运行状态及各个部件的异常情况缺乏相关的信息管理。设备厂家在完成现场安装调试后，没有足够渠道获取设备全生命周期的运行状态信息，缺乏对产品进行持续优化的支撑数据，因而无法不断对产品稳定性进行提升。

3 提高摆闸通道工作稳定性的方法

3.1 采用伺服及电磁离合技术

针对电机控制对设备工作稳定性的影响，可以采用伺服技术，结合电磁离合技术，对门体进行运动控制。采用增量式伺服编码器，对门体停止及运动时的位置进行实时且精确的监控。两个门体控制器之间通过数据线连接，并对其运动位置进行实时同步控制，避免出现两门运动不同步的故障。门体的正向开门、反向开门和关门角度也通过编码器对位置进行精确控制，防止出现位置偏移。门体运动时，伺服电机采用加减速曲线控制，延长电机驱动部件的使用寿命。应用电磁离合技术，电机驱动通过电磁离合抱闸器与门体传动轴连接，当门体处于阻拦状态时，电磁离合器锁闸，避免外部强行推力作用在伺服电机轴上；当门体在运动过程中需要急停时，也先由电磁离合器进行锁闸，有效提升了电机驱动部件寿命，降低设备故障率。

3.2 优化传感器系统

传感器系统由设置于通道内部的多组光电传感器及内置了传感器识别算法的传感器逻辑控制器共同组成。光电传感器的光束发散角度在5°～8°为宜，如发散角度过小，当机箱振动或传感器位置偏移，容易出现光束对正失败；如发散角度过大，光束可能会覆盖相邻的接收传感器，从而产生误信号。传感器逻辑控制器能够对所有光电传感器的正常或异常状态进行检测，通过切断光电传感器发射端的电源，熄灭发射光束，并在接收端检测对应信号变化，来判断传感器是否处于正常状态。当控制器检测到有传感器出现异常时，重新生成降级机制的通道控制逻辑程序，并保证设备正常运行，避免因个别传感器出现异常而影响整个设备的工作。

3.3 优化通行控制算法

采用基于ARM处理器的通行控制器，对通行控制算法进行优化。将防夹区细分为开门A方向、开门B方向、关门A方向和关门B方向4个不同的防夹识别区(见图1)，降低门体运动时的夹撞事件，提升设备工作稳定性。

在防尾随、防闯入的设计上，采用多组传感器结合判断的方式，增加对甩臂、细物等误触发识别的能力，从而对设备进行更加智能、准确地控制，提升设备的工作稳定性。当检测到异常闯入事件时，及时通过声光报警对闯入人员进行提示，增量式编码器实时监测门体角度，如出现异常的角度偏移，则判定为强行推闸事件，此时，控制器立即控制电磁离合器锁闸，从而避免对电机驱动部件造成进一步损伤。

图1 4个不同的防夹识别区

3.4 采用无线通信技术实现全生命周期管理

在闸机设备内部，安装基于NB-IoT窄带物联网技术的具备边缘计算能力的无线通信模块，并与闸机控制器连接，从而对传感器、伺服电机等各个部件的运行状态数据进行读取；利用NB-IoT通信技术，将设备运行状态数据发送到云端的运维管理平台，对设备各个模块长期的运行状态数据进行收集和处理，实现对设备的全生命周期管理。通过智能分析，对设备提出改进意见，持续对设备进行完善。

4 结语

通过上述对摆闸通道工作稳定性问题的分析和研究可以看出，摆闸设备是一个集机械、电气、软件知识于一身的综合性技术产品，需要在方案设计阶段就从整体上进行综合分析和考虑，对于各部件的细节也需要不断优化，根据不同用户的使用习惯，通过多重手段对设备工作过程中可能出现的异常进行有效应对，并利用无线通信技术对设备进行全生命周期管理。只有根据长期积累的运行数据进行持续优化，才能使设备具有较好的工作稳定性。