Hoe meerdere tourniquetkanalen centraal aansturen?

1. Systeemarchitectuur: Een gelaagd, gedistribueerd ontwerp zorgt ervoor dat het systeem betrouwbaar is.
Het gecentraliseerde besturingssysteem voor tourniquets met meerdere- kanalen is gebaseerd op een 'gecentraliseerd beheer, gedecentraliseerde controle'-ontwerp. Het bestaat uit drie lagen: de lokale besturingslaag, de netwerkcommunicatielaag en de centrale beheerlaag. Elke laag werkt op zichzelf en is redundant met de andere lagen, zodat het systeem kan blijven werken, zelfs als één onderdeel uitvalt.
Laag van lokale controle
Binnen elk draaipoortkanaal is een onafhankelijke lokale besturingseenheid (LCU) ingebouwd. Deze eenheid omvat een PLC-controller, aandrijfmotor, encoder, sensorgroep (infraroodstraling, inductie van het menselijk lichaam, anti-knelsensor) en een elektromagnetisch vergrendelingsmechanisme. In een gevangenisomgeving moet het draaihek van 90-graden op volledige-hoogte bijvoorbeeld de hoek zeer nauwkeurig kunnen regelen met behulp van een anti-omkeermechanisme van 15-graden en een ratelstructuur. Met behulp van het Modbus TCP-protocol verzendt de lokale PLC realtime informatie over de positie van het tourniquet, de doorgangsstatus en de motorstroom naar de centrale beheerlaag.
Laag voor netwerkcommunicatie
Om een ​​redundant ringnetwerk op te bouwen, is elke lokale besturingseenheid via dubbele netwerkkaarten verbonden met twee afzonderlijke glasvezelverbindingen. Dit zorgt ervoor dat gegevens in realtime kunnen worden verzonden en dat interferentie wordt vermeden. Edge computing-gateways kunnen worden gebruikt om gegevens voor te verwerken en protocollen lokaal om te zetten in een gedistribueerd poortcluster (zoals wanneer de poorten zich in verschillende gebouwen bevinden) om de druk op de centrale server te verlichten. Het gecentraliseerde controlesysteem van Gezhouba Ship Lock maakt bijvoorbeeld gebruik van een drie-laagse netwerkarchitectuur (lokale laag, subcontrolelaag en centrale laag) om drie scheepssluizen tegelijkertijd te verwerken, met een communicatievertraging van minder dan 50 ms.
Beheer vanuit het centrum
Het centrale beheerplatform draait op servers of in de cloud en verbindt HMI-aanraakschermen, databaseservers en alarmbeheermodules. Met behulp van het OPC UA-protocol en de lokale PLC-verbinding kunt u de status van de poort zien, rechten in batches uitdelen, verkeerslogboeken opslaan en waarschuwingen krijgen als er iets misgaat. Op een treinstation met een draaihek met één-kanaal op volledige- hoogte kan het centrale perron bijvoorbeeld in realtime de positie van de poort van elk kanaal, het aantal mensen dat er doorheen loopt en de temperatuur van de apparatuur weergeven. Het kan ook een alarm laten klinken en het tourniquet vergrendelen wanneer sleepgedrag wordt gedetecteerd.
2. Hoofdfunctie: Van één bediening naar slim samenwerken
Een gecentraliseerd besturingssysteem met meerdere- kanalen is nuttig omdat het de problemen overstijgt die gepaard gaan met het beheer van één enkel apparaat. Het stelt poortgroepen in staat samen te werken en slimme beslissingen te nemen. De belangrijkste functies zijn:

Machtigingen in batches beheren
Ondersteun het batchgewijs verlenen van toegangsrechten per rol, tijdsperiode en kanaalgroep om te voorkomen dat elk apparaat afzonderlijk moet worden ingesteld, wat tijdverspilling is. In een chemische fabriek kan het systeem bijvoorbeeld werknemers in verschillende ploegen automatisch de juiste toegangsrechten voor het kanaal geven en hen een sms-herinnering sturen om hun vergunningen te verlengen voordat ze verlopen. AES-256-codering wordt gebruikt om te voorkomen dat de toestemmingsgegevens zonder toestemming worden gewijzigd.
Verkeer dynamisch plannen
Met behulp van infraroodsensoren en sensoren op het menselijk lichaam houdt het systeem de druk realtime bij. Het centrale platform gebruikt vervolgens algoritmen om de status van het openen en sluiten van de poort te wijzigen. Tijdens de ochtendspits kan het systeem bijvoorbeeld automatisch meer kanalen openen en de tijd die nodig is om de poort te resetten versnellen (van 3 seconden naar 1 seconde), waardoor de verkeersstroom toeneemt van 30 personen per minuut naar 50 personen per minuut.
Een systeem van alarmen op meerdere niveaus
Het systeem beschikt over een ingebouwde-zelfcontrole-functie die meer dan twintig soorten problemen kan opsporen, waaronder motoroverbelasting, encoderafwijkingen en communicatiestoringen. Het kan ook waarschuwingsinformatie verstrekken via WeChat, e-mail en sms. Als bijvoorbeeld de gevangenispoort met geweld wordt opengebroken, geeft het systeem niet alleen geluids- en lichtalarmen in de omgeving, maar vergrendelt het ook nabijgelegen kanalen en stuurt videobeelden naar de beveiligingsterminal.
Optimalisatie op basis van data
Het centrale platform houdt de verkeerslogboeken van elke poort bij (inclusief tijd, richting en type toestemming) en gebruikt big data-analyse om verkeershittekaarten en gezondheidsrapporten van apparatuur te maken. Een militair beheersgebied bekeek bijvoorbeeld drie maanden lang de verkeersstatistieken en merkte dat het verkeersvolume van Channel 2 tijdens de lunchpauze flink toenam. Daarom werd de resettijd van de kanaalpoort gewijzigd om het verkeer met 40% te verminderen.
3. Hoe je het in de praktijk brengt: Samen met software en hardware een intelligente omgeving bouwen
Een gecentraliseerd besturingssysteem met meerdere- kanalen heeft veel samenwerking nodig tussen de keuze van hardware, software-algoritmen en communicatieprotocollen om te kunnen werken. Dit zijn de belangrijkste technische punten:

Hardware kiezen: Zowel een hoge betrouwbaarheid als compatibiliteit zijn van cruciaal belang.
PLC-controller: Om ervoor te zorgen dat lokale sensoren en aandrijfmotoren probleemloos samenwerken, kiest u modellen die industriële protocollen als PROFINET en EtherCAT ondersteunen. De PLC uit de Siemens S7-1200-serie kan bijvoorbeeld vier roterende tourniquets tegelijkertijd verwerken. Het heeft ook een ingebouwde PID-aanpassingsfunctie waarmee de motor soepeler kan starten en stoppen.
Motor voor aandrijving: Om de poortpositie in een gesloten lus te regelen, wordt een servomotor met encoder gebruikt. De motor in het stille tourniquet op volledige- hoogte moet bijvoorbeeld bij 100% belasting kunnen starten en een positieprecisie van 0,1 graad hebben om ervoor te zorgen dat hij goed werkt bij temperaturen tussen -20 graden en 60 graden.
Groep sensoren: Infraroodstralingssensoren moeten bestand zijn tegen interferentie van zonlicht (bijvoorbeeld met een golflengte van 940 nm), sensoren voor het menselijk lichaam moeten menselijke bewegingen detecteren binnen een bereik van 5- meter, en anti-pinch-sensoren moeten een responstijd hebben van minder dan 50 milliseconden.
Algoritme voor software: van regels tot gegevens
Controle van verkeerslogica: gebruik de Finite State Machine (FSM)-techniek om poortstatusovergangsregels op te stellen, en leg de vijf vereisten uit voor de statusovergang "stand-by autorisatie pass reset uitzondering". Als het systeem bijvoorbeeld achterblijvend gedrag waarneemt, dwingt het de poort om van de 'pass'-status naar de 'abnormale' status te springen en wordt deze vergrendeld.
Model voor het voorspellen van verkeer: We gebruiken een LSTM neuraal netwerk om naar verkeersgegevens uit het verleden te kijken, te raden hoe druk elk kanaal de komende 15 minuten zal zijn, en dynamische planning mogelijk te maken. Uit de praktijkmeting van een chemische fabriek blijkt dat het model met een nauwkeurigheid van 92% kan anticiperen en de strategie voor het openen en sluiten van de poort tien minuten van tevoren kan wijzigen.
De gezondheid van uw apparatuur beheren: Maak een Equipment Health Index (EHI) met behulp van zaken als motorstroom en trillingsfrequentie. Wanneer de EHI onder een bepaald niveau zakt, start dan met preventief onderhoud. Deze functie heeft er bijvoorbeeld voor gezorgd dat een bepaalde tourniquetvloot van gevangenissen het aantal keren dat hun apparatuur kapot ging, kon terugbrengen van drie keer per maand naar een halve keer.
Protocol voor communicatie: het vinden van de juiste balans tussen lage latentie en hoge bandbreedte
Communicatie in de omgeving: Het Modbus TCP-protocol wordt gebruikt voor het verzenden en ontvangen van gegevens tussen PLC's, sensoren en aandrijfmotoren. De bandbreedte van 100 Mbps is snel genoeg voor realtime gegevensoverdracht van veel sensoren.
De communicatie tussen het centrale platform en de lokale PLC verloopt via het OPC UA-protocol, dat op meerdere platforms werkt. De beveiligde transmissiemethode kan voorkomen dat gegevens lekken. Als u veel gatewayclusters heeft (meer dan 100 eenheden), kunt u het MQTT-protocol gebruiken om een ​​lichtgewicht communicatiesysteem te maken dat het netwerk niet te zwaar belast.
4. Toepassingscasus: testen van theorie naar praktijk
Een grote chemische fabriek had bijvoorbeeld acht in- en uitgangen, elk met een eigen tourniquet. Dit veroorzaakte problemen, waaronder een verspreid vergunningbeheer en een lage verkeersefficiëntie. Met behulp van een meer-kanaals gecentraliseerd besturingssysteem kunnen de volgende verbeteringen worden aangebracht:

Betere efficiëntie: De verkeerssnelheid is gestegen van 25 personen per minuut naar 45 personen per minuut en de wachttijd in de rij tijdens de ochtendspits is met 60% gedaald.
Besparing op beheerskosten: Het aantal beveiligers is gedaald van 12 naar 4 en de frequentie van het onderhoud van de apparatuur is met 50% gedaald.
Verbeterde beveiliging: De nauwkeurigheid van bumperklevendetectie is nu 99,8% en er zijn geen onwettige inbraken meer.