一種智能旗幟升降系統及其控制方法
2023-07-23 19:41:16 1
專利名稱：一種智能旗幟升降系統及其控制方法
技術領域：
本發明涉及一種旗幟升降裝置及其控制方法，特別是一種能自動卷繞或伸展旗幟 的升降系統，適合升降國旗、會旗等場合使用。
背景技術：
目前已有的國旗升降裝置主要實現升降功能和音樂播放的同步，但是在使用中發 現，旗幟經常會纏繞在繩上或者沒有完全展開，影響了莊嚴性。發明內容
本發明的目的是針對上述不足之處提供一種智能旗幟升降系統及其控制方法，在 實現旗幟自動升降的基礎上，同時採用旗幟自動收卷和展開裝置，當旗幟下降到達旗杆底 部後，本發明可以實現旗幟的自動收卷，不會出現纏繞現象；當旗幟自動到達旗杆頂部後， 又可實現旗幟的自動展開，實現真正意義上的智能旗幟自動控制系統。
一種智能旗幟升降系統是採取以下技術方案實現的智能旗幟升降系統包括旗 杆、旗杆筒、底座和控制/執行單元，旗杆安裝在底座中部，旗杆筒套裝在旗杆上，兩端套有 繩索。
控制/執行單元包括可編程控制器、第一驅動器、第二驅動器、第一步進電機、第 二步進電機和鼓風機，可編程控制器、第一驅動器、第二驅動器和第一步進電機安裝在底座 內，可編程控制器的輸出端與第一、第二驅動器的輸入端相連，第一驅動器的輸出端與第一 步進電機的輸入端相連；第二驅動器和鼓風機安裝在旗杆筒內，第二驅動器的輸出端與第 二步進電機的輸入端相連，鼓風機的輸入端與可編程控制器的輸出端相連。第一步進電機 控制升降旗幟運動，第二步進電機用以控制卷繞/伸展旗幟運動，鼓風機和第二步進電機 同時啟動用來防止旗幟在卷繞/伸展過程中發生纏繞。
在旗杆筒的頂端裝有上限位開關，在旗杆筒的下部裝有下限位開關，在旗杆的頂 端裝有上限位，在旗杆底部裝有下限位，以共同限制旗杆筒上、下移動的位置。
在底座上設有控制板，控制板上設有若干按鈕。
所述按鈕包括上升按鈕和下降按鈕，上升按鈕和下降按鈕用以啟動旗幟的升、降 狀態。
所述可編程控制器採用FX1S-10MT型可編程控制器作為的檢測和控制核心。
所述的第一、第二步進電機採用A45HT型步進電機，為了降低CPU的負載，避免讓 CPU產生步進電機的驅動脈衝節拍以及驅動步進電機的功率驅動電路。
所述的第一、第二驅動器採用與第一、第二步進電機配套的電機驅動器，所述電機 驅動器採用HM_2H2A8型驅動器。
一種智能旗幟升降系統具備可編程控制器控制和按鈕控制兩種控制方式，這兩種 控制方式能夠同時進行或者單獨進行。按鈕控制即採用按鈕作為控制開關，給步進電機正 轉、反轉的信號，用步進電機脈衝控制速度，脈衝個數控制時間，從而實現了保護的作用。
工作原理本發明系統使用時，將旗幟卷繞在旗杆筒內，採用可編程控制器PLC來控制第一步進電機帶動旗幟升降，實現對旗幟升降的自動控制。在旗杆的頂端和底部都裝有限位開關，當紅旗杆觸碰到旗杆上下兩端的限位開關時，自動啟動裝設在旗幟旗杆筒中裝設的鼓風機和第二步進電機，第二步進電機正/反轉的同時鼓風機啟動吹風，保證了旗幟在從旗杆筒裡收起/展開的同時不會發生纏繞。從而實現升旗時旗幟到達旗杆頂部旗幟自動展開，降旗時旗巾只到達旗杆底部自動捲起的功能。
一種智能旗幟升降系統的控制方法，包括按鈕控制和可編程控制器控制兩種方式。
所述的按鈕控制包括如下步驟O需要升旗時，按下升旗按鈕，第一步進電機正轉，旗幟開始上升至旗杆頂部；2)當旗杆筒的上限位開關觸碰到上限位時，第二步進電機開始正轉，同時鼓風機工作， 旗幟自動伸展出旗杆筒；3)需要降旗時，按下降旗按鈕，第一步進電機反轉，旗幟迅速下降到底；4)當旗杆筒的下限位開關觸碰到下限位時，第一步進電機啟動反轉，同時鼓風機工作， 旗幟卷繞回旗杆筒。
所述的可編程控制器控制主要通過內部的編寫程序來對步進電機的行程、速度、方向進行控制，具體包括如下步驟I)行程控制根據旗杆長度或者旗幟的長度來決定在PLC編程時程序輸出的脈衝個數，從而達到對步進電機的行程控制。第一步進電機的行程控制所需PLC輸出的脈衝數由旗杆長度來決定；第二步進電機的行程控制所需PLC輸出的脈衝數由旗幟的長度來決定。
由於旗杆長度或旗幟長度正比·於第一、第二步進電機的總轉角，因此只要控制第一、第二步進電機的總轉角即可。第一、第二步進電機的總轉角正比於所輸入的控制脈衝個數，根據伺服機構的位移量來確定PLC輸出的脈衝個數，所述脈衝個數的計算公式為 n=DL/d ；式中DL表示伺服機構的位移量，單位是mm，d表示伺服機構的脈衝當量，單位是mm/ 脈衝。
在本發明中旗杆以IOm為例，第一步進電機的位移量是IOOOOmm ;旗幟以旗幟 960mmX640mm為例，第二步進電機的位移量是960mm。
2)進給速度控制根據用戶設定的速度值決定PLC編程時程序輸出的脈衝頻率，實現速度控制。
伺服機構的進給速度取決於步進電機的轉速，而步進電機的轉速取決於輸入脈衝頻率，因此可以根據該旗幟上升/下降，旗幟收卷/展開的速度，確定其PLC輸出的脈衝頻率，所述脈衝頻率的計算公式為f=Vf/60d，單位為Hz ；式中Vf表示旗幟上升/下降或旗幟收卷/展開的速度，單位為mm/min。
3)進給方向控制進給方向控制，即步進電機的轉向控制，步進電機的轉向可以通過改變步進電機各繞組的通電順序來改變其轉向。例如三相步進電機通電順序為A-AB-B-BC-C-CA-A…時步進電機正轉，當繞組按A-AC-C-CB-B-BA-A…順序通電時步進電機反轉。
通過PLC輸出的方向控制信號改變各繞組的通電順序；本發明系統旗幟上升時， 第一步進電機Ml正轉，旗幟下降時，第一步進電機Ml反轉；旗幟展開第二步進電機M2正 轉，旗幟收卷第二步進電機M2反轉。
本發明優點智能升降旗系統的結構簡單，科學合理，可以根據不同需要製成不同 構造形式、不同規格的系列產品，滿足社會不同部門單位的使用需求。功耗小，控制方式簡 單，國旗實現自動卷繞和展開，解決了在升、降旗過程中遇到颳風旗幟就會纏繞在繩索或旗 杆上之不足，保證了升國旗的嚴肅性，操作方便，製作工藝簡單。控制精度達毫米級以上，功 能先進，設計創新，技術領先具有較好的市場推廣價值。
下面將結合附圖對本發明作進一步說明圖1是本發明的智能旗幟升降系統的結構示意圖；圖2是本發明的智能旗幟升降系統的工作原理框圖。
圖中1、旗杆，2、旗杆筒，3、底座，Ml、第一步進電機，M2、第二步進電機，M3、鼓風 機，4、上限位開關，5、下限位開關，6、上限位，7、下限位，8、按鈕，9、旗幟。
具體實施方式
參照附圖f 2，本發明一種智能旗幟升降系統包括旗杆1、旗杆筒2、底座3和控制 /執行單元，旗杆I安裝在底座3中部，旗杆筒2套裝在旗杆I上，兩端套有繩索。
控制/執行單元包括可編程控制器、第一驅動器、第二驅動器、第一步進電機Ml、 第二步進電機M2和鼓風機M3，可編程控制器、第一驅動器、第二驅動器和第一步進電機Ml 安裝在底座3內，可編程控制器的輸出端與第一、第二驅動器的輸入端相連，第一驅動器的 輸出端與第一步進電機Ml的輸入端相連；第二驅動器和鼓風機M3安裝在旗杆筒內，第二驅 動器的輸出端與第二步進電機M2的輸入端相連,鼓風機M3的輸入端與可編程控制器的輸 出端相連。第一步進電機Ml控制升降旗幟運動，第二步進電機M2用以控制卷繞/伸展旗 幟運動，鼓風機M3和第二步進電機M2同時啟動用來防止旗幟9在卷繞/伸展過程中發生 纏繞。
在旗杆筒2的頂端裝有上限位開關4，在旗杆筒2的下部裝有下限位開關5，在旗 杆I的頂端裝有上限位6，在旗杆I底部裝有下限位7，以共同限制旗杆筒2上、下移動的位置。
在底座3上設有控制板，控制板上設有若干按鈕8。
所述按鈕8包括上升按鈕和下降按鈕，上升按鈕和下降按鈕用以啟動旗幟的升、 降狀態。
可編程控制器(Programmable Logic Controller,通常稱PLC)是一種工業控制 計算機，具有模塊化結構、配置靈活、高速的處理速度、精確的數據處理能力、多種控制功 能、網絡技術和優越的性價比等性能，能充分適應工業環境，簡單易懂，操作方便，可靠性 高，是目前廣泛應用的控制裝置之一。可編程控制器對步進電機也具有良好的控制能力， 利用其高速脈衝輸出功能或運動控制功能，即可實現對步進電機的控制。利用可編程控制 器控制步進電機，其脈衝分配可以由軟體實現，也可由硬體組成。
步進電機是一種將電脈衝信號轉換成直線位移或角位移的執行元件。步進電機的 輸出位移量與輸入脈衝個數成正比，其轉速與單位時間內輸入的脈衝數(即脈衝頻率)成 正比，其轉向與脈衝分配到步進電機的各相繞組的相序有關。步進電機不需要使用傳感器 就能精確定位，而且通過給定的脈衝周期，能夠以任意速度轉動，定距運動較精確。雖然步 進電機不能高速轉動，但根據設計要求的時間和移動距離，步進電機完全能夠符合要求，而 且步進電機是純粹的數字控制電動機，它將電脈衝信號轉變為角位移，即給一個脈衝，步進 電機就轉一個角度，因此非常合適可編程控制器控制，在輕載的情況下，電機的轉速、停止 的位置只取決於脈衝信號的頻率和脈衝個數，累積誤差小，控制精度高。
利用可編程控制器可方便地實現對步進電機的速度和位置進行控制，可靠地實 現各種步進電機的操作，完成各種複雜的工作。可編程控制器的控制方法改變控制參數相 當方便，只需改變可編程控制器程序中相應部分即可，對任何相數的步進電機都可以使 用，在設計方法上簡單易行，提高了控制系統的柔性和可靠性。通過與可編程控制器的通 信，實現操作監控功能；可編程控制器發出脈衝、方向信號，通過驅動器控制步進電機的運 行狀態。
所述可編程控制器採用FX1S-10MT型可編程控制器作為的檢測和控制核心。
所述的第一、第二步進電機採用A45HT型步進電機，為了降低CPU的負載，避免讓 CPU產生步進電機的驅動脈衝節拍以及驅動步進電機的功率驅動電路。
所述的第一、第二驅動器採用與第一、第二步進電機配套的電機驅動器，所述電機 驅動器採用HM_2H2A8型驅動器。
—種智能旗幟升降系統具備可編程控制器控制和按鈕控制兩種控制方式，這兩種 控制方式能夠同時進行或者單獨進行。按鈕控制即採用按鈕作為控制開關，給步進電機正 轉、反轉的信號，用步進電機脈衝控制速度，脈衝個數控制時間，從而實現了保護的作用。
工作原理本發明系統使用時，將旗幟卷繞在旗杆筒內，採用可編程控制器PLC來 控制第一步進電機帶動旗幟升降，實現對旗幟升降的自動控制。在旗杆的頂端和底部都裝 有限位開關，當紅旗杆觸碰到旗杆上下兩端的限位開關時，自動啟動裝設在旗幟旗杆筒中 裝設的鼓風機和第二步進電機，第二步進電機正/反轉的同時鼓風機啟動吹風，保證了旗 幟在從旗杆筒裡收起/展開的同時不會發生纏繞。從而實現升旗時旗幟到達旗杆頂部旗幟 自動展開，降旗時旗巾只到達旗杆底部自動捲起的功能。
一種智能旗幟升降系統的控制方法，包括按鈕控制和可編程控制器控制兩種方 式。
所述的按鈕控制包括如下步驟O需要升旗時，按下升旗按鈕，第一步進電機Ml正轉，旗幟9開始上升至旗杆I頂部；2)當旗杆筒2的上限位開關4觸碰到上限位6時，第二步進電機M2開始正轉，同時鼓 風機M3工作，旗幟9自動伸展出旗杆筒2;3)需要降旗時，按下降旗按鈕，第一步進電機Ml反轉，旗幟9迅速下降到底；4)當旗杆筒2的下限位開關5觸碰到下限位7時，第一步進電機Ml啟動反轉，同時鼓 風機M3工作，旗幟9卷繞回旗杆筒2。
所述的可編程控制器控制主要通過內部的編寫程序來對步進電機的行程、速 度、方向進行控制，具體包括如下步驟I)行程控制根據旗杆I長度或者旗幟9的長度來決定在PLC編程時程序輸出的脈衝個數，從而達到對步進電機的行程控制。第一步進電機Ml的行程控制所需PLC輸出的脈衝數由旗杆I 長度來決定；第二步進電機M2的行程控制所需PLC輸出的脈衝數由旗幟9的長度來決定。
由於旗杆I長度或旗幟9長度正比於第一、第二步進電機的總轉角，因此只要控制第一、第二步進電機的總轉角即可。第一、第二步進電機的總轉角正比於所輸入的控制脈衝個數，根據伺服機構的位移量來確定PLC輸出的脈衝個數，所述脈衝個數的計算公式為 n=DL/d ；式中DL表示伺服機構的位移量，單位是mm，d表示伺服機構的脈衝當量，單位是mm/ 脈衝。
在本發明中旗杆以IOm為例，第一步進電機Ml的位移量是IOOOOmm ;旗幟以旗幟 960mmX 640mm為例，第二步進電機M2的位移量是960mm。
2)進給速度控制根據用戶設定的速度值決定PLC編程時程序輸出的脈衝頻率，實現速度控制。
伺服機構的進給速度取決於步進電機的轉速，而步進電機的轉速取決於輸入脈衝頻率，因此可以根據該旗幟上升/下降，旗幟收卷/展開的速度，確定其PLC輸出的脈衝頻率，所述脈衝頻率的計算公式為f=Vf/60d，單位為Hz ；式中Vf表示旗幟上升/下降或旗幟收卷/展開的速度，單位為mm/min。
3)進給方向控制進給方向控制，即步進電機的轉向控制，步進電機的轉向可以通過改變步進電機各繞組的通電順序來改變其轉向。例如三相步進電機通電順序為A-AB-B-BC-C-CA-A…時步進電機正轉，當繞組按A-AC-C-CB-B-BA-A…順序通電時步進電機反轉。
通過PLC輸出的方向控制信號改變各繞組的通電順序；本發明系統旗幟上升時， 第一步進電機Ml正轉，旗幟下降時，第一步進電機Ml反 轉；旗幟展開第二步進電機M2正轉，旗幟收卷第二步進電機M2反轉。
權利要求
1.一種智能旗幟升降系統，其特徵在於包括旗杆、旗杆筒、底座和控制/執行單元，旗杆安裝在底座中部，旗杆筒套裝在旗杆上，兩端套有繩索；控制/執行單元包括可編程控制器、第一驅動器、第二驅動器、第一步進電機、第二步進電機和鼓風機，可編程控制器、第一驅動器、第二驅動器和第一步進電機安裝在底座內， 可編程控制器的輸出端與第一、第二驅動器的輸入端相連，第一驅動器的輸出端與第一步進電機的輸入端相連；第二驅動器和鼓風機安裝在旗杆筒內，第二驅動器的輸出端與第二步進電機的輸入端相連，鼓風機的輸入端與可編程控制器的輸出端相連；第一步進電機控制升降旗幟運動，第二步進電機用以控制卷繞/伸展旗幟運動，鼓風機和第二步進電機同時啟動用來防止旗幟在卷繞/伸展過程中發生纏繞。
2.根據權利要求1所述的一種智能旗幟升降系統，其特徵在於在所述旗杆筒的頂端裝有上限位開關，在旗杆筒的下部裝有下限位開關，在旗杆的頂端裝有上限位，在旗杆底部裝有下限位，以共同限制旗杆筒上、下移動的位置。
3.根據權利要求1所述的一種智能旗幟升降系統，其特徵在於在所述底座上設有控制板，控制板上設有若干按鈕。
4.根據權利要求4所述的一種智能旗幟升降系統，其特徵在於所述按鈕包括上升按鈕和下降按鈕，上升按鈕和下降按鈕用以啟動旗幟的升、降狀態。
5.根據權利要求1所述的一種智能旗幟升降系統，其特徵在於所述可編程控制器採用FX1S-10MT型可編程控制器。
6.根據權利要求1所述的一種智能旗幟升降系統，其特徵在於所述的第一、第二步進電機採用A45HT型步進電機。
7.根據權利要求1所述的一種智能旗幟升降系統，其特徵在於所述的第一、第二驅動器採用與第一、第二步進電機配套的電機驅動器，所述電機驅動器採用HM_2H2A8型驅動器。
8.權利要求1所述的一種智能旗幟升降系統的控制方法，其特徵在於，包括按鈕控制和可編程控制器控制兩種方式，這兩種控制方式能夠同時進行或者單獨進行。
9.根據權利要求8所述的一種智能旗幟升降系統的控制方法，其特徵在於，所述的按鈕控制包括如下步驟O需要升旗時，按下升旗按鈕，第一步進電機正轉，旗幟開始上升至旗杆頂部；2)當旗杆筒的上限位開關觸碰到上限位時，第二步進電機開始正轉，同時鼓風機工作， 旗幟自動伸展出旗杆筒；3)需要降旗時，按下降旗按鈕，第一步進電機反轉，旗幟迅速下降到底；4)當旗杆筒的下限位開關觸碰到下限位時，第一步進電機啟動反轉，同時鼓風機工作， 旗幟卷繞回旗杆筒。
10.根據權利要求8所述的一種智能旗幟升降系統的控制方法，其特徵在於，所述的可編程控制器控制通過內部的編寫程序來對步進電機的行程、速度、方向進行控制，具體包括如下步驟I)行程控制根據旗杆長度或者旗幟的長度來決定在PLC編程時程序輸出的脈衝個數，從而達到對步進電機的行程控制；第一步進電機的行程控制所需PLC輸出的脈衝數由旗杆長度來決定；第二步進電機的行程控制所需PLC輸出的脈衝數由旗幟的長度來決定；所述脈衝個數的計算公式為n=DL/d ；式中DL表示伺服機構的位移量，單位是mm，d表示伺服機構的脈衝當量，單位是mm/ 脈衝；2)進給速度控制根據用戶設定的速度值決定PLC編程時程序輸出的脈衝頻率，實現速度控制；伺服機構的進給速度取決於步進電機的轉速，而步進電機的轉速取決於輸入脈衝頻率，根據該旗幟上升/下降，旗幟收卷/展開的速度，確定其PLC輸出的脈衝頻率，所述脈衝頻率的計算公式為f=Vf/60d，單位為Hz ；式中Vf表示旗幟上升/下降或旗幟收卷/展開的速度，單位為mm/min ；3)進給方向控制進給方向·控制，即步進電機的轉向控制，步進電機的轉向通過改變步進電機各繞組的通電順序來改變其轉向；通過PLC輸出的方向控制信號改變各繞組的通電順序；旗幟上升時，第一步進電機正轉，旗幟下降時，第一步進電機反轉；旗幟展開第二步進電機正轉，旗幟收卷第二步進電機反轉。
全文摘要
本發明涉及一種旗幟升降裝置及其控制方法，特別是一種能自動卷繞或伸展旗幟的升降系統，適合升降國旗、會旗等場合使用。包括旗杆、旗杆筒、底座和控制/執行單元，旗杆安裝在底座中部，旗杆筒套裝在旗杆上，兩端套有繩索；控制/執行單元包括可編程控制器、第一驅動器、第二驅動器、第一步進電機、第二步進電機和鼓風機；一種智能旗幟升降系統的控制方法，其特徵在於，包括按鈕控制和可編程控制器控制兩種方式，這兩種控制方式能夠同時進行或者單獨進行。智能升降旗系統的結構簡單，科學合理，可以根據不同需要製成不同構造形式、不同規格的系列產品，滿足社會不同部門單位的使用需求。
文檔編號E04H12/32GK103061569SQ20121058739
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月31日 優先權日2012年12月31日
發明者楊小平, 華旭奮 申請人:無錫職業技術學院