点击数：34562018-01-02 16:47:22 来源: 深圳市中钒科技有限公司
伺服道闸的创新与应用
--原创作者：深圳市中钒科技有限公司
在进入汽车元的时代，国外家庭早已经普及车辆，甚至每个家庭拥有好几辆车。近年来国内汽车制造业高速发展，人们生活水平比以前显著提高，汽车进入千家万户。每逢节假日，高速公路，景点都车满为患，塞车是必然现象，发达城市上下班高峰期塞车那是家常便饭了。交通拥堵，停产难，汽车尾气污染成了大城市的痛。汽车通过收费公路闸口和停车场出入口时，慢速道闸已经不能满足人们对通行效率的需求了，特别是配合ETC或车牌识别，驾驶员需要踩刹车停下等闸杆起后再起步通过，容易造成撞杆，追尾和尾气污染，慢速道闸给后车跟车逃费提供了条件。具体体现在如下几个方面：
1、 传统道闸或变频道闸速度慢，远距离读卡，车牌识别，ETC等先进收费系统的高效性能无法有效发挥，更容易造成了撞杆等安全问题。变频道闸在闸杆起、落两端的减速时间长，总通行时间受到了限制。
2、 传统道闸或变频道闸强行提高速度后，由于大部分采用蜗轮蜗杆机械结构，传动效率低，磨损大，电机发热严重，寿命短，可靠性低，浪费电能。
3、 传统道闸或变频道闸售后维护较差，无法实现远程维护，人工成本高。
4、 传统道闸或变频道闸受电源输入电压的波动影响较大，电压高时，惯性更大，运动部件容易冲过设定位置造成撞击事件，甚至出现蜗轮蜗杆卡死现象，导致瘫痪，需要人工处理。电压低时可能会出现运行不到位的情况发生。
5、 传统道闸或变频道闸在机械、电子控制设计上决定了它的可靠性，存在如下几个问题：
A、 设置了机械限位开关，光电限位开关，金属接近开关，霍尔开关中的一种，只要是开关就存在风险，开关本身的可靠性，环境气候，灰尘等等这些对开关的选择提出了更高的要求。
B、 由于是蜗轮蜗杆结构存在自锁的功能，断电后无法自动起杆，造成交通拥堵，存在消防安全隐患。需要打开机箱人工摇电机手轮摇起闸杆，或者是设置了离合装置，人工打开离合抬起闸杆，费时费力，效率低。
C、 若是设置了离合装置，一般是采用键连接和分离，对于高速的运动部件，此设计对机械加工精度，硬度处理都提出了非常高的要求，否则是没有可靠性可言，快速道閘機械磨損大，机械结构越复杂，整机可靠性越差，寿命短。
D、 传统道闸或变频道闸为了减小闸杆运行中的抖动，一般在限位位置设置了减震胶块，在户外的环境中胶块容易老化，维护不及时会出现冲过限位，电机转动带来的惯性大，造成撞击，严重的会断蜗轮轴或机械限位棒。
E、 变频道闸虽然使用了变频技术，开闸过程中前45度的运动时间是可以比传统道闸提高一些，但是后45度的减速时间远远要多于加速的时间，所以完成一个起、落的周期时间还是比较长的，对于要求汽车通流量大的城市闸口还是不够理想。
6、 力矩道闸电机跟传动的道闸的鼠笼式电机类似，需要启动电容和运转电容，运行发热严重。电容容量容易干枯，需要定期维护更换。
7、 慢速道闸容易造成跟车，逃费情况时有发生。
一、 高速伺服道闸的发展
早期伺服电机技术，伺服控制技术掌握在少数的国外企业手中，用于军工及工业自动化的设备，机器人中。同时伺服技术需要使用的器件价格奇高，电机制造成本高，用于自动化加工行业的设备中如CNC,数控机床，机械臂等，精准运动，才能对加工工件精准加工。随着工业4.0的革命，近几年伺服技术的高速发展，深圳市中钒科技掌握了伺服核心技术。
二、 当前国内道闸的主要技术对比
表1当前国内道闸市场的主要技术对比
备注：市场上所看到的号称是力矩电机直接出轴驱动的都是假的，假在电机直接输出轴驱动，认真观察电机出轴是否是偏心的？带减速齿轮输出导致出轴偏离转子圆心，而不是电机圆心中心出轴的真正的力矩电机。如上表格中的图片所示。
三、 高速伺服道闸特点：
伺服道闸的出现正是为了解决车辆通行慢的问题而设计的，深圳市中钒科技有限公司经过多年的研发技术积累，根据国内外市场的实际需求，研发了高速伺服道闸（又名：伺服栏杆机）。采用伺服运动控制，精准控制伺服电机，采用高精度行星减速机驱动栏杆，实现了运行速度与加速度的PID闭环控制，达到了快速，点到点平稳。具体表现为以下几点：
A、 采用伺服电机，效率高，节能环保。
B、 采用高效率高精度的行星减速机传动，摩擦阻力小，内耗小，寿命长。
C、 伺服技术自动适应负载变化。
D、 智能自检，可将道闸运行情况，告警信息，道闸本身是否OK等信息上传给上位机系统。
图1、图2所示为中钒科技伺服道闸，主要具有以下功能特点：
1、 先进的伺服控制系统，高速精准，毫厘不失。
2、 低功耗伺服电机，真正实现免维护高耐用，绿色节能环保。
3、 零速度（0rpm）恒定力矩输出，不用担心外力抬杆。
4、 无位置传感器，每次停止精度一致，两台对开完全一致。
5、 无减震胶块，真正做到无冲击，无弹跳，免调整。
6、 无离合装置，停电自动起杆，或者设置为停电解锁（可用手轻轻抬起闸杆）。
7、 无键槽设计，再也不用担心键槽与键之间的缝隙带来的隐患。
8、 无刹车设计，再也不用担心刹车片的磨损带来的烦恼和一系列的可靠性的问题。
9、 高可靠工业级运动部件，彻底超越行业品质。
10、 出色的防水、防尘性能，整机防水标准IP65。
11、 出色的耐候性指标，-40℃~80℃可靠工作，军工品质。
12、 可接DC24V蓄电池供电工作，可结合太阳能，风能发电，适合交流电欠缺
的地方，不方便拉接交流电的地方应用。
13、 起、落速度快，整体提升车辆通过速度，最大程度缩短车辆通行间隔。
14、 停电自动起杆，符合消防安全要求。
15、 防撞脱杆功能。
16、 遇阻返回或遇阻停止功能。
17、 长时间的免维护，大大降低维护成本。
18、 最高安全级别，彻底杜绝砸车，砸人事件的发生。
19、 运动过程中无任何机械撞击或是减震撞击，最大程度地降低磨损，可靠性最高，寿命最长。
20、 起杆到位角度可调60°，70°，80°，90°
21、 左装、右装方向互换简单，在使用现场都可完成左右互换。
22、 生产、安装施工过程中免调试，大大降低维护人工成本。
23、 再也不用担心跟车逃费的情况发生。
24、 車隊模式，抬桿記憶，通過相應的車數量才自動落桿。
图1，铝箱0.6/0.9秒高速伺服道闸 图2，无级调速伺服道闸机芯
表2伺服道闸规格参数
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闸杆类型 |
直杆，圆杆直径75mm，最长度3.5米 |
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起、落时间 |
起杆0.6/0.9秒，落杆（0.9s、1.3s）可选 |
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电机类型 |
伺服电机 |
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运行寿命 |
>1000万次 |
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电源电压/频率 |
AC100~264V/47~63Hz |
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电源额定功率 |
（Max）100W(0.9秒)，150W（0.6秒） |
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待机功率 |
<8W |
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工作温度 |
-40℃~+75℃ |
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MTTR |
<0.5小时 |
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MTBF |
>500万次 |
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外型尺寸 |
铝箱：300*350*1010，铁箱：320*320*1000 |
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其他功能 |
内置嵌入式车辆检测器，DC24V蓄电池供电接口 |
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四、 高速伺服道闸的创新与应用
深圳市中钒科技有限公司使用永磁稀土伺服电机驱动高精度行星减速机，做到最优组合，高效简洁的机械传动结构应用于道闸实属创新，高速伺服道闸效率高，速度快，运行平稳。特别是高速道闸，冲击的能量随着速度的提高呈几何指数增加，运动控制很难做好，伺服技术最大的特点就是0rpm速度时可以保持恒定力矩输出，运行过程闭环可控，点到点运行平稳。速度，时间，加速度可调。简洁可靠的机械结构为高速伺服道闸的机械可靠性，长寿命提供了有力的保障，所以伺服道闸是高速公路，繁华商业中心，小区，港口的首选产品。
道闸的寿命问题是停车场运营商头疼的问题，中钒科技伺服道闸大量简化了机械传动结构，平均无故障达到500万次，寿命是传统道闸的10倍以上，很大程度上解决了停车场运营商一两年就要更换道闸的尴尬局面。其中还需定期对传统道闸进行维护维修保养，维护成本高，导致使用率大大降低，最终的实际付出成本更高，花费更大，劳心伤神。
随着社会进步，人们工资水平的提高，用工成本越来越高，特别是技术工人，传统道闸一直依靠技术人员到现场进行维护，传统道闸要到用时才知道坏了，此时已经造成车进不了场或是出不去，交通拥堵就出现了，既困扰驾驶员，又困扰用户，同时也困扰着厂家。中钒科技伺服道闸具有故障自检，故障预警功能，提前告知用户道闸状态是否OK，如果道闸有故障，是存在何种故障，自动上报故障信息，提前预警，维修人员可迅速排除故障，最大程度降低影响（用户使用）。
随着全球气候的变化，有些地区冬季气温达到-43℃，普通道闸根本就无法运行。夏季高温天气，有些地方气温高到40℃，地表温度达55~60℃，高溫下大部分的传统道闸油脂都成液态，传统道闸一年四季长时间使用发热已经使得减速箱油封或是O型圈加速老化，造成夏季时传统道闸容易漏油事件时有发生，使得传统道闸寿命进一步缩短，一般没有设计加油口，漏完后就只能干磨损。伺服电机连续运行的温度只比环境温度高一点（10℃以内）。传统道闸如果没有降温系统，在常温25℃下连续运行45分钟，电机内部温度将达到125℃，电机会热保护，最終导致无法正常使用，甚至烧毁电机线圈。而伺服道闸运行几乎不发热，所以不存在过热这种情况，中钒科技伺服道闸在夏季不会出现这种情况。在南方我们常常看到一些小区门口的道闸长年不关闭箱盖或者打开门在使用，正是由于频繁运行容易发热，大部份传统道闸采用的电机功率虽然标识50W，或者是80W，但用功率计实测用电是达到了200W以上，电机线圈发热用去了过半的功率。传统道闸一般会打开门进行散热，有些甚至需要加风扇散热。中钒科技伺服道闸在低温-40℃高温80℃实测正常运行。
五、结语
随着科技的发展，社会的进步，进入到了物联网，汽车元高速发展的时代，远距离读卡，高速车牌识别遍地开花，配合高速伺服道闸，可以将通行速度提高几倍，通行效率提高几倍，杜绝跟车逃费事件的发生，可立即拦住后面车辆缴费后通过。物业小区关心的电费如下：
以每天连续工作8小时计算，（度=千瓦时）
传统道闸200W工作8小时耗电1.6度/天
中钒科技伺服道闸0.9秒不间断运行8小时耗电0.33度/天
一台道闸每天节省1.6-0.33=1.27度/天，
一台道闸一年可节省1.27*365=463.55度
一般一个小区最少有2个出入口，2台道闸一年共节省463.55*2=927.1度
这是很可观的能源节省收入，如果大家都用伺服道闸，那么将为国家每年节省多少煤炭资源，这将是非常惊人的数字，小编无法统计。以上数据真实可靠，通过外挂电能表实际测得。
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