Привод это та часть шлагбаума, которую заказчик согласовывает последней, а эксплуатирует дольше всего. От него зависят скорость открывания и закрывания, поведение стрелы в конце хода, усилие, которое шлагбаум передаёт при встрече с препятствием, потребление энергии в режиме ожидания и надёжность работы при низких температурах. SUNFRE выпускает шлагбаумы на трёх платформах привода, асинхронной AC, бесколлекторной BLDC и серво DC, и компания производит все три, поскольку ни одна из технологий не является правильной для любого объекта.
В этом руководстве три технологии сравниваются между собой, рассматривается место планетарного редуктора в общей картине и приводится техническая информация, которая имеет значение при проведении тендера.
Шлагбаум с асинхронным двигателем работает непосредственно от сети 110 или 220 В. Уравновешивающая пружина принимает на себя большую часть статического веса стрелы, поэтому двигателю остаётся компенсировать только разницу. Обратной связи по положению у такого двигателя нет. Он работает до момента, когда стрела доходит до механического концевого выключателя, и выключатель подаёт плате управления сигнал на остановку.
Конструкция отработана, недорога и механически прочна, поэтому в течение многих лет она оставалась отраслевым стандартом. По мере роста интенсивности движения становятся заметны три ограничения.
Теплу некуда отводиться. Асинхронные двигатели не располагают удобным тепловым трактом и не имеют запаса крутящего момента на низкой скорости, поэтому шлагбаум, выполняющий 800 циклов в сутки, часть дня проводит в тепловой защите, а перед ним в это время скапливается очередь.
Плавной остановки нет. Стрела разгоняется и затем ударяется в механический упор, а энергия этого удара поглощается редуктором, пружиной и корпусом. Усталость пружины относится к самым частым причинам отказов на шлагбаумах с асинхронным приводом, а обрыв пружины на шестиметровой стреле не является мелким происшествием.
Датчик положения это расходный элемент. Концевые выключатели представляют собой физические контакты, по которым наносятся тысячи ударов. Они сбиваются, изнашиваются, и каждая замена означает выезд сервисной службы.
Для небольшого въезда в жилом доме с интенсивностью от 50 до 100 циклов в сутки асинхронный привод остаётся разумным выбором. Выше этого значения низкая цена закупки перекрывается расходами на обслуживание и простоями.
В бесколлекторном двигателе постоянного тока угольные щётки и механический коллектор заменены электронным контроллером, который переключает поле статора в правильной последовательности в нужный момент. При отсутствии контакта щёток трение оказывается очень малым, а трение является главным источником и тепла, и износа в обычном двигателе.
Отсюда следуют три практических вывода.
Становится достижим продолжительный режим работы. Благодаря отсутствию трения щёток и более короткому тепловому тракту шлагбаум с приводом BLDC может работать в течение всего рабочего дня. Многие модели рассчитаны на рабочий цикл 100 процентов, что выводит их в другой класс по сравнению с асинхронным шлагбаумом, которому необходимо остывать между периодами активности.
Плавный пуск и плавная остановка присущи конструкции. Поскольку контроллер уже регулирует скорость электронно, управляемый разгон и замедление доступны без добавления преобразователя частоты. Стрела замедляется перед конечным положением, а не ударяется о него.
Реверс при препятствии не требует дополнительного датчика. Контроллер отслеживает потребляемый ток. Когда стрела встречает препятствие, ток возрастает, привод регистрирует изменение за миллисекунды и стрела возвращается назад.
BLDC является подходящим выбором для торговых центров, больниц, офисных парковок, промышленных территорий и большинства жилых комплексов. Сегодня это основное решение в коммерческих парковках, и для большинства проектов коммерческих оснований платить больше не существует. SUNFRE поставляет модели с приводом BLDC именно для таких объектов и рекомендует их вместо собственной серво линейки, когда количество циклов не оправдывает перехода на более дорогую платформу.
Распространённое заблуждение состоит в том, что серводвигатель представляет собой принципиально иную машину, нежели бесколлекторный двигатель. Это не так. Серводвигатель это бесколлекторный двигатель, оснащённый энкодером высокого разрешения на валу, а также приводом, способным использовать информацию, которую энкодер предоставляет.
Энкодер непрерывно сообщает положение ротора с точностью до доли градуса. Синхронные серводвигатели с постоянными магнитами обычно замыкают одновременно три контура регулирования: момента, углового положения и угловой скорости. Практические преимущества конкретны и измеримы.
Скорость. Высокоскоростные шлагбаумы SUNFRE с серводвигателем открываются и закрываются за 0,3 с, 0,6 с или 0,9 с, а скорость может регулироваться от этих значений вплоть до 6 с в зависимости от условий эксплуатации. Это имеет значение на пунктах взимания платы и в любом месте, где цикл длительностью менее секунды напрямую влияет на пропускную способность.
Замедление по заданному профилю. Шлагбаум с приводом BLDC смягчает остановку, тогда как шлагбаум с сервоприводом знает точное положение стрелы и потому может начать замедление именно в нужной точке, приходя в конечное положение практически без остаточного движения. На длинной стреле это разница между шлагбаумом, который сотрясает корпус при каждом цикле, и шлагбаумом, который этого не делает.
Программируемые ограничения крутящего момента. Поскольку крутящий момент является регулируемой величиной, усилие, которое шлагбауму разрешено развивать, становится настраиваемым параметром, а не фиксированным свойством редуктора.
Самовосстановление. Если ветер смещает стрелу из зафиксированного положения или стрелу отводят вручную, энкодер немедленно обнаруживает отклонение и привод возвращает её в правильное положение. Шлагбаум с концевыми выключателями не располагает средствами обнаружения того, что его сместили.
Механических упоров нет. Положение определяется по обратной связи, поэтому трущейся контактной точки не существует. То же самое относится к ситуации после перерыва в питании, поскольку шлагбаум на базе энкодера способен заново определить своё положение вместо поиска физического выключателя.
В большинстве тендерных документов внимание уделяется двигателю, однако именно редуктор определяет, как долго двигатель прослужит. На высокоскоростных шлагбаумах это тот узел, который отличает установку, работающую три года, от установки, работающей десять лет, поэтому все высокоскоростные шлагбаумы SUNFRE используют планетарный редуктор.
В этом сегменте рынка применяются две схемы редукторов. Планетарные редукторы распределяют нагрузку между несколькими сателлитами, вращающимися внутри эпицикла. Зубья перекатываются друг по другу, а не скользят, и качение является эффективным: одна планетарная ступень возвращает примерно от 97 до 98 процентов входной мощности, обеспечивая при этом малый люфт и высокую плотность крутящего момента в компактном соосном корпусе. Меньшие потери означают меньше тепла, а тепло является тем фактором, который ограничивает шлагбаум, выполняющий тысячи циклов в сутки. Следует отметить одну особенность, а именно то, что планетарная передача не обладает самоторможением, поэтому удерживающий момент должен обеспечиваться другими средствами.
Червячные редукторы передают усилие через скольжение, что изначально менее эффективно и составляет обычно от 60 до 90 процентов в зависимости от передаточного числа, а при высоких передаточных числах опускается ниже 60 процентов. Потеря эффективности проявляется в виде тепла, а бронзовое червячное колесо изнашивается в процессе эксплуатации. Компенсирующее преимущество при этом реально: при высоких передаточных числах червячная передача самотормозится, что позволяет удерживать тяжёлую стрелу в заданном положении без тормоза. Именно поэтому червячные модели по-прежнему встречаются на некоторых низкоскоростных приводах тяжёлого класса.
На высокоскоростном шлагбауме этот компромисс разрешается в одну сторону. Каждый потерянный процент эффективности возвращается в виде тепла внутри корпуса без вентиляции, а каждый цикл представляет собой ещё один проход по поверхности скользящего зуба. Планетарные редукторы SUNFRE обеспечивают более длительный срок службы, более быстрое срабатывание и более низкий уровень шума по сравнению с турбинными и обычными редукторами, и эта разница измерима в эксплуатации, а не просто указана в техническом описании.
Рабочий цикл это количество циклов в час и в сутки, которое шлагбаум должен выдерживать в самый напряжённый месяц года.
Парковка на 500 мест при приблизительно 1,2 въезда на место в сутки создаёт около 600 циклов, причём на пиковый час может приходиться от 150 до 200 из них. Именно пиковое окно, а не суточный итог, выводит из строя асинхронный двигатель. Тепло не успевает рассеиваться, когда циклы идут подряд, а тепловая защита превращается в очередь автомобилей на улице.
BLDC справляется с таким режимом без затруднений, поскольку источник тепла в значительной степени устранён. Серво справляется с ним, дополнительно обеспечивая управляемый момент и положение, при более высокой стоимости единицы оборудования.
Заказчики часто полагают, что выбор стоит между индукционной петлёй и двигателем, распознающим препятствие. На практике требуются оба средства, и выполняют они разные функции.
Внешние устройства, индукционные петли и инфракрасные фотоэлементы, не позволяют стреле начать опускание, когда в зоне движения находится автомобиль или человек. Это основной уровень защиты, и одновременно это внешние компоненты, которые могут сбиваться, оказываться заслонёнными или выходить из строя.
Контроль момента на стороне двигателя представляет собой второй уровень. Он срабатывает, когда объект уже находится в зоне движения и стрела уже движется. На шлагбауме с серво или BLDC привод регистрирует скачок тока и возвращает стрелу. На шлагбауме с сервоприводом порог срабатывания является программируемой величиной, поэтому усилие, которое шлагбауму разрешено развивать, становится выбранной характеристикой, а не тем значением, которое случайно обеспечивает редуктор.
Реверс со стороны двигателя не должен рассматриваться как замена обнаружению петлёй. Это тот уровень, который перехватывает то, что пропускают внешние датчики.
Этот вопрос решает больше тендеров, чем тип двигателя, и правильных ответов здесь два.
Модуль суперконденсаторов с автоматическим подъёмом стрелы. Батарея суперконденсаторов накапливает энергию, достаточную для перевода стрелы в открытое положение при пропадании сетевого питания, чтобы автомобили, уже находящиеся внутри полосы, не оказались заблокированными. После восстановления питания она заряжается в течение секунд и, в отличие от аккумуляторной батареи, не требует замены каждые два-три года.
Ручная разблокировка. Механическое устройство расцепления позволяет оператору поднять стрелу вручную. Оно просто, не содержит электроники, которая может отказать, и представляет собой базовое решение, которое должен обеспечивать любой шлагбаум независимо от того, что ещё установлено.
Обе возможности доступны на шлагбаумах SUNFRE и могут сочетаться. Там, где застрявшая стрела заблокирует автомобили внутри платной или ограждённой территории, например на пункте взимания платы или у въезда в больницу, следует предусматривать автоматический подъём. Там, где шлагбаум редко остаётся без присмотра, ручной разблокировки обычно достаточно.
| Параметр | Характеристика |
|---|---|
| Варианты двигателя | Асинхронный AC, бесколлекторный BLDC, серво DC |
| Скорость открывания и закрывания | 0,3 с, 0,6 с, 0,9 с, с регулировкой до 6 с |
| Наработка на отказ (MTBF) | 5 000 000 циклов |
| Расчётный срок службы | Более 10 000 000 циклов |
| Редуктор на высокоскоростных моделях | Планетарный редуктор |
| Степень защиты корпуса | IP54 |
| Рабочая температура | от −20 °C до +75 °C |
| Гарантия | 18 месяцев с даты отгрузки, до 20 месяцев для удалённых направлений с длительной морской перевозкой |
| Поведение при отказе питания | Автоматический подъём стрелы от суперконденсаторов и (или) ручная разблокировка |
| Пусконаладка | Заводская пусконаладка либо удалённое сопровождение при пусконаладке на объекте |
Характер отказов различается в зависимости от технологии, и это стоит понимать до подписания договора на обслуживание.
Шлагбаумы с асинхронным приводом теряют концевые выключатели и уравновешивающие пружины, а летом уходят в тепловую защиту. Износ редуктора является следствием ударной нагрузки на каждом конечном упоре.
Шлагбаумы с приводом BLDC редко отказывают механически. Когда устройство всё же останавливается, причиной обычно служит плата привода, нередко после грозового разряда или на объекте с низким качеством электроснабжения.
Шлагбаумы с сервоприводом отказывают по приводу или энкодеру, и у них есть один режим отказа, которого нет у остальных, а именно возможность остаться в неверной конфигурации после обслуживания. Шлагбаум с сервоприводом, который не был заново настроен, работает хуже, чем шлагбаум с приводом BLDC, которого вообще не касались. Серводвигатель настолько хорош, насколько хорош специалист, который его настроил.
Это обстоятельство не является основанием отказываться от сервотехнологии. Оно является основанием определить, кто её поставляет и настраивает. SUNFRE выполняет пусконаладку шлагбаумов на заводе перед отгрузкой либо обеспечивает удалённое сопровождение, пока инженер заказчика выполняет пусконаладку на объекте, с тем чтобы параметры, ради которых и выбирается сервопривод, задавались теми, кто его изготовил.
Наиболее требовательными объектами в перечне SUNFRE являются пункты взимания платы на автомагистралях, где шлагбаум представляет собой узкое место пропускной способности, а простой измеряется автомобилями в час, а не числом заявок на обслуживание. Шлагбаумы SUNFRE в значительных объёмах эксплуатируются на въездах и выездах автомагистралей, и компания располагает фотографиями с этих объектов. Заказчикам, подбирающим оборудование для сопоставимых условий, предлагается запросить их, поскольку фотография установленного шлагбаума рядом с действующей полосой движения говорит о качестве изготовления больше, чем любое техническое описание.
По цене закупки первое место занимает асинхронный привод, второе BLDC и третье серво. Совокупная стоимость владения меняет этот порядок достаточно быстро.
Шлагбаумы с асинхронным приводом обменивают низкий счёт за оборудование на регулярную замену пружин и выключателей, а также на эксплуатационные издержки, связанные с периодическими простоями. На платной парковке шлагбаум, не работающий в утренний пик, представляет собой проблему выручки и репутации, а не статью расходов на обслуживание.
Шлагбаумы с приводом BLDC предполагают умеренную надбавку в цене и требуют очень небольшого планового обслуживания, поскольку здесь нет щёток, подлежащих замене, и нет конечного упора, по которому наносится удар.
Шлагбаумы с сервоприводом стоят дороже всего при покупке и дешевле всего в эксплуатации при условии, что они правильно настроены и что объект действительно нуждается в их возможностях. На все три платформы распространяется гарантия 18 месяцев с даты отгрузки, продлеваемая до 20 месяцев при длительной морской перевозке до места назначения, поэтому за пределами этого срока разница целиком определяется тем, что изнашивается. Выше определённого количества циклов сравнение перестаёт быть близким. Ниже него заказчик платит за характеристики, которые никогда не будут использованы.
| Объект | Типичное число циклов в сутки | Рекомендация |
|---|---|---|
| Небольшой въезд в жилом доме | от 50 до 150 | Асинхронный привод работоспособен; BLDC при наличии бюджета |
| Жилой комплекс на 200-500 квартир | от 150 до 400 | BLDC |
| Парковка офисного здания | от 300 до 800 | BLDC |
| Торговый центр, больница | от 800 до 2 000 | BLDC, либо серво там, где критична пропускная способность в пиковые часы |
| Промышленная территория, тяжёлый транспорт | Зависит от графика смен | BLDC, ради запаса крутящего момента |
| Пункт взимания платы, автомагистраль | 2 000 и выше | Серво; открывание менее чем за секунду является требованием к пропускной способности |
| Аэропорт, стадион, доступ с высокими требованиями к безопасности | Высокое, критичное для безопасности | Турникеты с сервоприводом |
Та же логика применима к системам контроля доступа для пешеходов. Турникет-трипод или створчатый турникет в вестибюле офиса с невысоким потоком и полноростовой турникет с сервоприводом по периметру аэропорта отвечают на разные эксплуатационные вопросы.
Некоторые поставщики утверждают, что шлагбаум с сервоприводом всегда превосходит остальные. Это не так.
Там, где шлагбаум выполняет 200 циклов в сутки в пригородном комплексе, модель с приводом BLDC выполнит ту же работу за меньшие деньги, с меньшим числом параметров, которые можно настроить неправильно, и с более простым регламентом обслуживания. Серво оправдывает свою цену в трёх конкретных ситуациях: требование открывания менее чем за секунду, устойчиво очень высокая интенсивность работы и объекты, где стрела должна удерживать точное зафиксированное положение при ветре или умышленном воздействии.
Приобрести шлагбаум с сервоприводом для объекта с низкой интенсивностью и затем отказаться от выезда специалиста по настройке хуже, чем изначально приобрести модель с приводом BLDC. SUNFRE производит оба варианта и готова указать это в письменном виде в коммерческом предложении.
Да, и с существенным отрывом. Шлагбаумы SUNFRE с серводвигателем открываются и закрываются за 0,3 с, 0,6 с или 0,9 с, а скорость регулируется вплоть до 6 с. Асинхронному шлагбауму сопоставимой длины стрелы требуется в несколько раз больше времени, и его скорость нельзя изменить без добавления преобразователя частоты.
В их основе лежит одна и та же технология, поскольку оба являются бесколлекторными. Разница заключается в обратной связи и управлении. Шлагбаум с приводом BLDC регулирует скорость электронно, тогда как шлагбаум с сервоприводом дополняет это энкодером высокого разрешения и замыкает контур также по положению и моменту. Это обеспечивает точные точки остановки, программируемое усилие и самовосстановление после смещения стрелы.
Максимум несколько сотен, и не подряд идущими сериями. Ограничивающим фактором является тепло, и тепловая защита прервёт работу, а не повредит двигатель. Объектам с интенсивностью примерно выше 300 циклов в сутки следует рассматривать приводы BLDC или серво.
Для большинства парковок торговых центров да. Шлагбаум с приводом BLDC выдерживает продолжительный режим работы, выполняет реверс при препятствии и не требует замены щёток. Серво становится оправданным там, где пропускная способность в пиковые часы критична с коммерческой точки зрения или где полоса въезда подвержена сильной ветровой нагрузке.
Да. Шлагбаумы SUNFRE рассчитаны на работу в диапазоне от −20 °C до +75 °C и имеют степень защиты корпуса IP54, что охватывает открытые уличные полосы движения на большей части Европы, Ближнего Востока и севера Китая. Холод сказывается на пружинах, смазочных материалах и системах с резервным питанием сильнее, чем на самом двигателе, поэтому ниже −20 °C следует предусматривать обогреваемый корпус и соответствующий класс смазки.
Доступны две возможности, и они могут сочетаться. Модуль суперконденсаторов автоматически переводит стрелу в открытое положение, чтобы автомобили не оказались заблокированными, и восстанавливает заряд в течение секунд после возвращения питания, без цикла замены, свойственного аккумуляторной батарее. Механическая ручная разблокировка позволяет оператору поднять стрелу вручную. Для пунктов взимания платы и въездов в больницы следует предусматривать автоматический подъём.
Применяются два показателя, и они измеряют разные вещи, поэтому в тендерных документах их часто путают. MTBF, средняя наработка на отказ, для приводов SUNFRE составляет 5 000 000 циклов. Расчётный срок службы, то есть количество циклов, которое механизм рассчитан выдерживать, превышает 10 000 000 циклов. При 600 циклах в сутки 5 000 000 циклов соответствуют примерно 23 годам календарной эксплуатации, поэтому практическим ограничением для шлагбаума обычно оказывается редуктор, пружина или плата привода, а не обмотка двигателя.
Да. Индукционные петли и фотоэлементы не позволяют стреле начать опускание, пока в зоне движения что-либо находится. Датчики на стороне двигателя срабатывают, когда стрела уже движется. Эти средства охватывают разные моменты цикла, и устанавливать следует оба.
Потому что на объектах с низкой интенсивностью оно часто таким и является. Серво добавляет стоимость и сложность пусконаладки, а его преимущества окупаются только выше определённого количества циклов или там, где скорость менее секунды меняет пропускную способность. Технология состоятельна; её применение на неподходящем объекте нет.
Укажите ваши суточные и пиковые значения количества циклов, требуемую длину стрелы и то, подвержена ли полоса движения ветру, и SUNFRE подскажет, какая платформа привода подходит для данного объекта, включая случаи, когда правильным решением является более дешёвый вариант.
Свяжитесь с SUNFRE для получения коммерческого предложения · Высокоскоростной шлагбаум с серводвигателем · Руководство по выбору шлагбаума
