一种工器具集装箱门禁系统的设计与研究.pdf

6doi:10.3969/j.issn.1009-3230.2023.12.002应用能源技术2023年第1 2 期（总第3 1 2 期）一种工器具集装箱门禁系统的设计与研究李双（张家口发电分公司，河北张家口0 7 50 0 0）摘要：为了便于工器具集装箱的管理，结合现有门禁的机械结构及其传动控制种类，设计一种针对工器具集装箱专用的门禁系统装置，通过该装置提高了工器具集装箱管理的便利性。首先基于三维环境对门禁的机械结构进行设计，并对其进行可行性分析；然后设计了门禁的传动以及控制系统,搭配人脸识别模块提高进出便利性，配置电眼防夹传感器提高进出安全性；最后加工制作了该门禁系统，对门禁系统开关速度以及延时关闭时长等参数进行调整，进行防夹、断电等实验，调试完毕投入工程检修中应用,期间展现了较好的稳定性和安全性,且整体占据空间小，实现了工器具集装箱的便利化管理。关键词：门禁系统；集装箱；控制系统；人脸识别中图分类号：TM621.9Design and Research of a Tool Container Access Control System(Zhangjiakou Power Generation Branch,Zhangjiakou 075000,China)Abstract:In order to facilitate the management of tool containers,combined with the existingmechanical structure of access control and its transmission control types,a special access controlsystem device for tool containers is designed.This device improves the convenience of tool containermanagement.Firstly,the mechanical structure of the access control is designed based on the three-dimensional environment,and its feasibility is analyzed;then,the transmission and control system ofthe access control is designed,and the face recognition module is used to improve the convenience ofentry and exit,and the electric eye anti-pinch sensor is configured to improve the safety of entry andexit;finally,the access control system is processed and manufactured,and the parameters such asthe opening and closing speed of the access control system and the delay closing time are adjusted.Anti-pinch and power failure experiments are carried out,and after debugging,it is put intoengineering overhaul and application.During this period,it has shown good stability and safety,andthe overall space occupied is small,which realizes the convenient management of tool containers.Key words:access control system;container;control system;face recognition0引言工器具集装箱作为火力发电厂A级检修不可或缺的一部分，内部包含着检修过程中所需的各种检修工器具，检修工器具数量和种类的繁杂极大的增加了工器具集装箱的管理难度,经常出收稿日期：2 0 2 3-1 0-0 9 修订日期：2 0 2 3-1 1-1 0作者简介：李双（1 9 9 4），男，研究生，研究方向为汽轮机本体及其附属设备，机器人方向等。文献标志码：ALI Shuang现外部人员的进人工器具集装箱内拿取工具后，发生工器具乱摆乱放以及不予归还的行为,致使工器具摆放杂乱,甚至出现工器具丢失现象,从而造成检修效率低下以及财产流失的后果。若配上普通锁,频繁的开、关锁也会大大降低检修效率，因此需要设计一种高效门禁系统，简化工器具集装箱的管理。文章编号：1 0 0 9-3 2 3 0(2 0 2 3)1 2-0 0 0 6-0 62023年第1 2 期（总第3 1 2 期）王效英设计了一种盒式的门禁装置 ，此形式下难以用于集装箱环境；黄涛等人设计一种采用读卡形式的门禁系统 2】，对于手拿工具的员工进入增加了其困难性。常用的门禁闸机占据空间较大,不能高效利用集装箱空间,因此也难以与集装箱配合使用。本文针对集装箱门禁系统，设计制作了一种迎合工器具集装箱的专用门禁系统，分别对门禁系统的机械结构部分、传动部分的以及控制部分进行设计，配置了人脸识别模块以及电眼防夹模块，进行相关参数调试以及实验后应用于火力发电厂A级检修过程中，期间展现了较好的稳定性和安全性，为工器具集装箱的管理提供了便利。1?工器具集装箱门禁三维模型设计由于集装箱本身属于有限的空间,里面紧凑存放着各种检修所需工器具,所以门禁的设计需要在满足智能化程度高的前提下，尽可能占用较小的空间。工器具集装箱内置常用工器具尺寸一般较小，因此在正常检修期间仅开启单侧门,其状态如图1 所示。后续称左侧门体状态为常闭侧，右侧门体状态为常开侧，目标在常开侧额外增加一个单独的门禁系统。应用能源技术移动副门禁的机械结构部分由框架、门体以及两组移动副组成，门体通过与移动副连接,实现在框架里的往复运动,从而实现门的开、关。其长度以工器具集装箱门体宽度为根据，宽度以保证稳定性的前提下越小越好为根据,高度以人体不轻易跨过为根据。整体类似一块具有厚度的薄板,将整体布置于常闭门的后方，占据空间小，能实现门禁效果的同时,还具有一定的美观性。2工器具集装箱门禁传动控制系统设计驱动部分主要采用电机驱动，因此传动部分的设计，需要将电机的旋转运动转化成直线运动，常见的机构有曲柄滑块机构、蜗杆、齿轮齿条等。曲柄滑块机构占据空间较大、蜗杆传动适用于大扭矩，且造价相对昂贵，综合考虑，采用齿轮齿条形式的结构设计能够更好的迎合门禁的机械结构，驱动部分具体结构如图3 所示。从动轮基板7门体框架图2 门禁机械部分结构主动轮齿带驱动块图1 工器具集装箱检修状态常见的门禁多以转动副为基础运动副，通过驱动转动副带动门的往复转动，实现门的开、关。但由于门体本身具有一定尺寸，以该尺寸为回转半径进行旋转运动，则需较大空间才能满足其运动需求，因此舍去采取以转动副作为基础运动副。根据集装箱以单开门为常用状态，设计以移动副为主要运动的机械结构，其具体形状如图2 所示。图3 门禁传动部分结构传动部分包括基板、主动轮、从动轮、齿带以及驱动块。主动轮与从动轮固定于基板上，通过齿带连接，在齿带上安装驱动块，通过电机带动主8动轮转动，利用齿带带动从动轮转动，驱动块布置在齿带上，齿带带动驱动块可以做来回的直线运动，至此完成将电机的转动运动转化为驱动块的直线运动。将门禁传动部分整体布置与门禁机械部分结构之上，通过驱动块与机械部分的移动副连接即可带动门体运动。因为门禁运行时需要来来往往的过人，因此在控制方面需具备足够的安全性和稳定性。电机选用西门子7 5W的直流无刷静音电机，该电机内部采用全密封结构并且具有线路保护装置。控制驱动器选用西门子专用控制器，该控制器专用于门禁的电机控制,具有高效的回路,并且具有超载的保护,对于安全性具有较好的控制效果，内置算法可以平稳控制电机启动和停止，避免了冲击式运动。该控制器接口丰富，可以配合电眼防夹传感器和人脸识别模块，使门禁的功能更为全面。防夹部分采用对射电眼人体红外感应传感器，该传感器采用两个电眼对照，在门体正要闭合时若有人穿越或被物体遮挡时，红外感应传感器将信号传送至主机盒，主机盒将信号传递给控制器，让电机反转使门体再次打开。人脸识别模块选用安成泰动态人脸识别机，该人脸识别系统支持电脑后台管理，可以获取进入人员的相关信息，从而有助于工器具集装箱的管理。具体的控制部分连接如图4 所示。机械结构DOOREXIT内部开关人脸识别图4 门禁控制部分连接应用能源技术员工在集装箱外通过人脸识别模块识别，使得门体打开,期间若电眼之间的光线被遮挡，会使得打开或即将关闭的门体继续保持打开状态，从而形成防夹功能，在集装箱内部，可以通过内部开关使得门体打开，控制器可以控制门体处于常闭状态,其功能可以控制开、关门的速度,开门的时长，电机具有过载停止功能，因此仅需设计简单的机械限位即可，同样当人对其施加一定的力，也可以使其停止，对过往员工也具有一定的保护功能，同时在系统断电后，同样可以施加外力让门体打开，避免出现了人员被困在集装箱内的现象。整个控制系统体现了安全性、便利性和可操作性。3工器具集装箱门禁系统加工制作在三维环境下对工器具集装箱门禁系统进行设计,整体结构示意如图5所示,其中蓝色透明部分为集装箱体；黄色部分为传动控制部分；粉色部分为机械结构部分，整体布置于常闭门的后侧可以较好的迎合工器具集装箱。传动控制部分机械机构部分传动部分图5工器具集装箱整体结构其门禁部分的具体结构如图6 所示。电机基板，三SIEMENS从动轮控制器人脸识别传感器电眼门电眼电眼2023年第1 2 期（总第3 1 2 期）工器具集装箱体控制器电机齿形带驱动块内部开关移动副框架门体支撑梁图6 门禁结构根据门禁结构三维图对门禁系统进行设计加2023年第1 2 期（总第3 1 2 期）工。因为门禁用于工程检修环境,难免与工器具出现磕碰现象，因此需要足够结实可靠，门体采用不锈钢板材为基础材料，框架采用3 0 型号的角铁焊接而成，移动副采用直线圆柱光轴导轨滑块模组,将移动副的支架、光轴分别焊接与框架打上部和下部，因门体行程需要满足要求，所以需要采用端侧驱动，这样门体会形成悬臂梁结构，导致移动副在运动过程中会出现卡涩现象，因此在另一端应用能源技术设计V型轮与轨道形成移动副作为门体另一端的支撑。门禁系统的传动和控制系统位于机械结构上方，同样采用3 0 型号角铁作为框架，与机械机构部分焊接，整个结构多为金属打造，避免了与硬质物品磕碰后产生损坏现象。加工制作后门禁整体的结构实物如图7 所示,其视角方向是工器具集装箱由内向外。常开门9常闭门传动控制人脸识别一内部开关机械结构电眼图7 门禁结构实物工器具集装箱内部宽度为2 50 0 mm，集装箱的两个门体一闭一开,因此设计门禁机械机构部分其框架长1 3 0 0 mm、宽1 50 mm、高1 2 0 0 mm，将整体布置于常闭门后侧，传动及控制部分长1300mm、宽1 50 mm、高2 0 mm,从结构实物图中可以看出门禁结构可以与集装箱常闭侧门完美贴合，工作结束也可以将工器具集装箱常开侧门体关闭,整体结构较为紧凑，不影响工器具集装箱的移动起吊等工作。其内、外部视角开、关门状态如图8 所示。汽机车闸本体班工器具集装箱管理规定(a)外、开(b)外、关(c)内、开(d)内、关图8 门禁状态图104门禁系统运行调试及实验对人脸识别模块调试，登录注册管理员，录人员工脸部信息，识别人脸后可以执行门体开启动作,证明人脸识别模块与控制器连接成功，录入相关人员脸部信息，避免了外部人员的进入。进人集装箱门体关闭后，通过内部开关可以使门体打开，至此内部开关成功接通，具体如图9 所示。对门禁的参数进行测量及调试,其结果见表1。门体的开度由集装箱的尺寸和门禁的设计尺寸而定，门体的开门与关门时长通过控制门的开关速度而定，为了取得较好的效果,设计开门时间表1项目门体开度开门时长关门时长关门延续时长对传感器进行实验，门体处于常闭状态，遮挡电眼，门体没有任何动作；当门体通过人脸识别或者内部开关打开后,遮挡电眼，门体始终处于常开状态,取掉遮挡物后，门体延时6 秒关闭；当门体应用能源技术短一些,关门时间长一些，让控制器接受到人脸识别信号后在2.4 秒执行完开门动作，然后停顿6秒后，经过8.4 秒后完成门体关闭动作，给通过员工留下更多的反应时间。(a)人脸识别图9 人脸识别模块控制器相关参数调整测量结果0 1 100 mm7.3 2.4 s8.4 2.4 s08s2023年第1 2 期（总第3 1 2 期）(b)内部开关调试结果0 1 100 mm2.4s8.4.s6s处于关闭过程中,遮挡电眼，电机反转，门体执行开启动作,取掉遮挡物后，门体延时6 秒关闭，证明传感器部分成功连接，可以有效的防止出现夹人夹物现象，具体如图1 0 所示。(a)防夹功能对门禁进行断电及过载实验，在通电状态下，在门体运动过程中，采用单人施力阻止门体运动，发现门体可以在任意位置停止运动且阻止力度并不大，因此避免出现了夹伤现象；关闭掉电源，使(b)常闭侧电眼图1 0 电眼防夹传感器得门禁处于断电状态，采用单人用力推开门体,结果单人在施加一定力情况下，可以将关闭状态的门体推动至开启状态，可以有效的防止失电后人员被困于工器具集装箱内的现象。(c)常开侧电眼2023年第1 2 期（总第3 1 2 期）将门禁系统调试完毕后投运到检修现场，该门禁系统历经55天的检修试运,每天开、关门百余次,期间人脸识别较为精确且灵敏，电眼防夹传感器反应较为迅速，门体开、关都比较温和，运动速度及加速度比较平稳，未出现过人脸识别不成功、门体不能打开，对人身安全造成威胁等异常现象，整体展现了较好的稳定性。5结束语本文针对工器具集装箱设计了一种门禁系统，首先根据应用环境，以小体积,集成性强为主要目标,对该门禁系统进行了机械结构设计，由机械结构的运动方式确定了该系统的传动方式为齿带传动,并对控制系统进行了设计,该系统搭配了人脸识别模块和电眼防夹传感器。根据集装箱尺寸对整个系统进行三维建模，并进行加工制作，对该系统进行运行调试，并投人到检修现场试运，取应用能源技术得较好的效果。该门禁系统针对集装箱门体单侧开启单侧关闭的应用环境,设计其外观类似一块有厚度的薄板，与工器具集装箱常闭侧门体贴合，占用空间小,且被常闭门遮挡后具有一定的美观性；整套系统配置有人脸识别模块以及电眼防夹传感器，让门禁系统更为安全、便利；工程检修试运期间,整体故障率低；整套门禁系统的建立，有效的防止外部人员的进入，减少了检修工器具乱摆乱放以及丢失的现象，让工器具集装箱的管理更为简便高效。参考文献1 王效英.集装箱门禁装置 P.广东省：CN102184585B，2013 01-23.2黄涛,彭亮,辛宇杰.一种集装箱门禁装置 P.江苏:CN202167070U,2012-03-14.11