Як централізовано керувати кількома каналами турнікету?

1. Архітектура системи: багаторівневий розподілений дизайн забезпечує надійність системи.
Централізована система керування для багато-канальних турнікетів базується на конструкції «централізованого управління децентралізоване управління». Він має три рівні: рівень локального керування, рівень мережевої комунікації та рівень центрального керування. Кожен рівень працює сам по собі та є зайвим для інших, тому система може продовжувати працювати, навіть якщо одна частина виходить з ладу.
Рівень локального контролю
Незалежний локальний блок управління (LCU) вбудований всередину кожного поворотного каналу воріт. Цей блок включає контролер ПЛК, приводний двигун, кодер, групу датчиків (інфрачервоне випромінювання, індукція людського тіла, датчик проти -защемлення) та електромагнітний механізм блокування. Наприклад, у тюремному середовищі турнікет повної{6}}висоти 90-градусів повинен мати можливість дуже точно контролювати кут за допомогою механізму проти реверсу 15-градусів і храпової конструкції. Використовуючи протокол Modbus TCP, локальний ПЛК надсилає інформацію в режимі реального часу про положення турнікета, стан проходу та струм двигуна на рівень центрального керування.
Рівень для мережевого зв'язку
Щоб побудувати резервну кільцеву мережу, кожен локальний блок керування підключається до двох окремих оптоволоконних каналів за допомогою подвійних мережевих карт. Це забезпечує надсилання даних у режимі реального часу та уникнення перешкод. Шлюзи периферійних обчислень можна використовувати для попередньої обробки даних і локального перетворення протоколів у розподіленому кластері шлюзів (наприклад, коли шлюзи знаходяться в різних будівлях), щоб зменшити навантаження на центральний сервер. Наприклад, система централізованого керування Gezhouba Ship Lock використовує три{3}}рівневу мережеву архітектуру (локальний рівень, допоміжний рівень керування та центральний рівень) для одночасного керування трьома шлюзами кораблів із затримкою зв’язку менше 50 мс.
Управління з центру
Платформа центрального керування працює на серверах або в хмарі та з’єднує сенсорні екрани HMI, сервери баз даних і модулі керування сигналізацією. Використовуючи протокол OPC UA та локальне з’єднання PLC, ви можете бачити стан шлюзу, надавати права пакетами, зберігати журнали трафіку та отримувати сповіщення, коли щось йде не так. Наприклад, на залізничній станції з одноканальним-канальним поворотним-турнікетом на повну{3}}висоту центральна платформа може показувати положення воріт кожного каналу, кількість людей, які проходять, і температуру обладнання в реальному часі. Він також може подавати сигнали тривоги та блокувати турнікет у разі виявлення поведінки затягування.
2. Основна функція: від одного елемента керування до розумної співпраці
Багато-канальна централізована система керування корисна, оскільки вона виходить за рамки проблем, пов’язаних із керуванням одним пристроєм. Це дозволяє групам воріт працювати разом і приймати розумні рішення. Його основні функції:

Управління дозволами в пакетах
Підтримуйте пакетне надання прав доступу за роллю, періодом часу та групою каналів, щоб уникнути необхідності налаштування кожного пристрою окремо, що є марною тратою часу. Наприклад, на хімічній фабриці система може автоматично надавати працівникам, які працюють у різні зміни, дозволи на доступ до потрібного каналу та надсилати їм SMS-нагадування про необхідність продовжити свої дозволи, перш ніж вони закінчаться. Шифрування AES-256 використовується для захисту даних дозволу від зміни без дозволу.
Динамічне планування трафіку
За допомогою інфрачервоних датчиків і датчиків на тілі людини система відстежує тиск в реальному часі. Потім центральна платформа використовує алгоритми для зміни стану відкриття та закриття воріт. Наприклад, у ранкову годину пік система може автоматично відкривати більше каналів і пришвидшувати час, необхідний для скидання воріт (з 3 секунд до 1 секунди), що збільшує потік трафіку з 30 осіб на хвилину до 50 осіб на хвилину.
Багаторівнева система сигналізації
Система має вбудовану-функцію-самоперевірки, яка може виявити понад 20 видів проблем, у тому числі перевантаження двигуна, несправність кодера та порушення зв’язку. Він також може надавати інформацію про сповіщення через WeChat, електронну пошту та SMS. Наприклад, якщо ворота в'язниці зламано насильно, система не тільки вмикає звукову та світлову сигналізацію в зоні, але й блокує найближчі канали та надсилає відеознімки на охоронний термінал.
Оптимізація на основі даних
Центральна платформа відстежує журнали трафіку кожного шлюзу (включаючи час, напрямок і тип дозволу) і використовує аналіз великих даних для створення теплових карт трафіку та звітів про стан обладнання. Наприклад, відділ військового управління переглянув статистику трафіку за три місяці і помітив, що трафік 2-го каналу значно зріс під час обідньої перерви. Отже, час скидання шлюзу каналу було змінено, щоб скоротити трафік на 40%.
3. Як застосувати це на практиці: створення інтелектуального середовища разом із програмним і апаратним забезпеченням
Для роботи багатоканальної централізованої системи керування- потрібно багато співпраці між вибором апаратного забезпечення, програмних алгоритмів і протоколів зв’язку. Ось найважливіші технічні моменти:

Вибір апаратного забезпечення: як висока надійність, так і сумісність є надзвичайно важливими.
Контролер ПЛК: Щоб переконатися, що локальні датчики та приводні двигуни працюють разом без будь-яких проблем, вибирайте моделі, які підтримують промислові протоколи, такі як PROFINET і EtherCAT. Наприклад, ПЛК серії Siemens S7-1200 може працювати з чотирма обертовими турнікетами одночасно. Він також має вбудовану функцію регулювання PID, яка може зробити двигун більш плавним запуском і зупинкою.
Двигун для приводу: Для регулювання положення воріт у замкнутому контурі використовується серводвигун з енкодером. Наприклад, двигун у -безшумному турнікеті на всю висоту має запускатися зі 100% навантаженням і мати точність позиції 0,1 градуса, щоб він добре працював за температури від -20 до 60 градусів.
Група датчиків: датчики інфрачервоного випромінювання повинні витримувати перешкоди сонячного світла (наприклад, з довжиною хвилі 940 нм), датчики тіла людини повинні виявляти рух людини в межах 5-метрового діапазону, а датчики проти защемлення повинні мати час відгуку менше 50 мілісекунд.
Алгоритм програмного забезпечення: від правил до даних
Контроль логіки трафіку. Використовуйте техніку кінцевого автомата (FSM), щоб побудувати правила переходу між станами шлюзу та поясніть п’ять вимог до переходу стану «авторизація в режимі очікування, пропуск скидання, виключення». Наприклад, якщо система бачить затримку поведінки, вона змушує ворота перейти зі стану «пропуск» у «ненормальний» і блокує його.
Модель для прогнозування трафіку: ми використовуємо нейронну мережу LSTM, щоб переглядати минулі дані про трафік, припускати, наскільки завантаженим буде кожен канал у наступні 15 хвилин, і робити можливим динамічне планування. Реальні-вимірювання хімічного заводу показують, що модель може передбачати з точністю 92% і змінювати стратегію відкриття та закриття воріт на 10 хвилин раніше.
Управління працездатністю вашого обладнання: розрахуйте індекс справності обладнання (EHI), використовуючи такі показники, як струм двигуна та частота вібрації. Коли EHI падає нижче певного рівня, починайте профілактичне обслуговування. Наприклад, ця функція допомогла певному парку тюремних турнікетів скоротити кількість поломок свого обладнання з трьох разів на місяць до половини.
Протокол зв’язку: пошук правильного балансу між низькою затримкою та високою пропускною здатністю
Зв'язок у зоні: протокол Modbus TCP використовується для надсилання та отримання даних між ПЛК, датчиками та приводними двигунами. Його пропускної здатності 100 Мбіт/с достатньо для-передачі даних у реальному часі від багатьох датчиків.
Зв’язок між центральною платформою та локальним ПЛК здійснюється через протокол OPC UA, який працює на кількох платформах. Його захищений метод передачі може запобігти витоку даних. Якщо у вас є багато кластерів шлюзів (понад 100 одиниць), ви можете використовувати протокол MQTT, щоб створити легку систему зв’язку, яка не створює надто великого навантаження на мережу.
4. Випадок застосування: тестування від теорії до практики
Наприклад, великий хімічний завод мав вісім входів і виходів, кожен зі своїм турнікетом. Це спричинило проблеми, зокрема розпорошене адміністрування дозволів і низьку ефективність руху. Використовуючи багато-канальну централізовану систему керування, можна досягти таких покращень:

Краща ефективність: швидкість руху зросла з 25 до 45 осіб на хвилину, а час очікування в черзі в ранкову годину пік скоротився на 60%.
Економія витрат на управління: кількість охоронців зменшилася з 12 до 4, а частота обслуговування обладнання зменшилася на 50%.
Покращена безпека: точність виявлення вторгнення тепер становить 99,8%, і більше немає незаконних вторгнень.