Постамат с системой контроля и тестирования рабочего состояния замка

Полезная модель относится к устройствам для доставки товаров, в частности касается конструкции постамата (автоматизированный терминал по выдаче товаров, заказанных, например, в Интернет-магазинах, созданный как услуга альтернативной доставки) в части обеспечения гарантированной бесперебойной работы замковых узлов, открываемых по коду, набираемому на панели номеронабирателя или клавиатуры (механической или сенсорной).
Постамат - терминал хранения и автоматического приема/выдачи отправлений получателей, представляет собой современное комплексное инженерно-техническое решение для удовлетворения потребностей населения в сфере почтовой связи.
Постамат содержит металлический корпус, как правило, параллелепипедной формы на ножках или без них, на лицевой стороне которого организованы ячейки, отделенные друг от друга стенками, и имеющие каждая дверцу для доступа внутрь ячейки. Все дверцы выполнены без ручек или иных выступающих структур или углублений для открытия дверцы вручную. Каждая дверца снабжена по меньшей мере одним замком, имеющим механизм раскрывания дверцы, который приоткрывает дверцу после открытия соответствующего замка через набор кода доступа. Замки недоступны снаружи корпуса, так как находятся вне прямой видимости снаружи корпуса, по меньшей мере, когда дверцы закрыты. Дверцы образуют область дверец на передней стороне корпуса. В корпусе так же имеется служебный отсек, где расположены электронные компоненты системы управления замками и жизнеобеспечением постамата в целом.
Как правило, в постаматах применяются электромеханические замки для блокировки дверей ячеек: они удобны в управлении, давно разработаны, что сказывается на их качестве, и выпускаются промышленностью в достаточных доступности и ассортименте. Такие замки закрываются при помощи мускульной силы человека, а открываются за счет втягивания сердечника соленоида при подачи на соленоид электрического тока по сигналу контроллера, соответствующему совпадению набранного пользователем кода с данными кода, соответствующими этой ячейке. Но, несмотря на простоту конструкции электромеханических замков, они имеют серьезный недостаток.
Устройство электромеханического замка такого типа достаточно простое. Он состоит из механической части и катушки электромагнита. В соленоидном замке ригель с помощью тяги соединён с сердечником электромагнита. Для того чтобы открыть такой замок достаточно на обмотку катушки подать небольшое постоянное напряжение. Магнитное поле соленоида втянет сердечник внутрь катушки, он, в свою очередь, выведет ригель из паза и дверь откроется. После того, как напряжение будет снято, пружина возвращает ригель в исходное состояние.
Слабым местом любого соленоидного электромеханического замка является сам соленоид (проводник, имеющий форму спирали, в котором возникает магнитное поле), представляющий собой провод, намотанный на катушку. Соленоид является источником мощного магнитного поля. В результате этого внутри скапливается большое количество металлических микрочастиц. Они оседают на стенках каналов и вскоре начинают препятствовать нормальной работе замка. Кроме того, возможен обрыв/разрыв провода в катушке, расплавление провода (из-за дефекта структуры материала провода). Кроме того, на работу соленоида так же влияет низкое напряжение или высокое сопротивление в цепи соленоида. Как правило, поломка соленоида происходит в момент подачи напряжения на катушку и проявляется тогда, когда пользователь ячейки пытается открыть ее по коду доступа. Это вызывает ряд проблем как для пользователя, так и для владельца постамата.
Для решения этой проблемы используют превентивный контроль за состоянием электромеханического замка.
Так, из CN2739308, опубл. 09.11.2005, известна система контроля состояния электрически управляемого замка для ячеек постамата, у которого сердечник и электромагнитная катушка расположены в корпусе замка, а микрокомпьютерный контроллер и панель управления расположены рядом с замком. Когда электрически управляемый замок активируется, значение положения сохраняется в контроллере микрокомпьютера. Информация о токе, передаваемом после нажатия кнопки на панели управления, отправляется на контроллер микрокомпьютера и сравнивается с сохраненной информацией, определяя, находится электромагнитная катушка под напряжением или повреждена.
Так же из CN104778142, G06F13/38, G06F13/40, опубл. 15.07.2015 г., известна система обнаружения неисправностей для «умного» запирающего устройства. Система включает компьютер, с функцией направления запроса подчиненному запирающему устройству в течение установленного времени. Как только неисправность найдена, информация о неисправности сохраняется в память компьютера. Система может автоматически запрашивать статус и отправлять данные на удаленный сервер для контроля и своевременного обслуживания.
Программное обеспечение этой системы обнаружения неисправностей автоматически отправляет импульс и опрашивает каждое подчиненное устройство (способы связи включают в себя: связь TCP/IP, последовательный порт 485, последовательный порт 232). Каждое подчиненное устройство получает данные импульсы (данные SYN) и отправляет пакет данных в виде ответа на хост-компьютер или не отвечает в течение 3 с, указывая, что соответствующее устройство неисправно. Программное обеспечение хост-компьютера записывает неисправность соответствующего устройства в течение 2 мин. Данные о сбоях загружаются на облачный сервер через сеть и маршрутизатор. Обслуживающий персонал может запросить запись о неисправном устройстве в базе данных на стороне сервера через программное обеспечение ПК/мобильное приложение и может легко определить точку отказа.
Это решение принято в качестве прототипа.
Эта известная система позволяет выявить неисправное замковое устройство только в тот момент, когда оно сломалось.
Указанные системы и устройства, созданные для постаматов, направлены на обнаружение сломанных замковых устройств с целью их выявления и последующего ремонта. Эти системы и устройства не позволяют контролировать проводить мониторинг технического состояния электромеханических замков с целью превентивной их замены при появлении первых признаков нарушения функционирования (высокие токи, низкое напряжение, падающая скорость роста ЭДС и т.д.).
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в повышении эксплуатационной надежности постамата за счет проведения постоянной оценки вероятности отказа соленоидного замка и прогнозирования времени его плановой замены или технического обслуживания.
Указанный технический результат достигается тем, что в постамате с системой контроля и тестирования рабочего состояния замка, содержащей изолированные друг от друга ячейки с дверцей каждая, имеющей соленоидный электромеханический замок с функций открывания по совпадению набираемого пользователем кода доступа с соответствующим этой ячейке ее собственным кодом доступа, а так же блок контроля функционального состояния этого замка, выполненный с функцией периодической отправки контрольного сигнала контроллеру соленоидного электромеханического замка и получения ответа, блок контроля выполнен с функцией измерения в момент открытия ячейки через равные промежутки времени значений тока, протекающего через обмотку соленоида замка, и питающего напряжения для отключения этого замка при превышении заданного значения величины тока, а так же измерения времени от начала подачи импульса в обмотку соленоида замка до момента срабатывания датчика открытой дверцы ячейки, а в качестве контрольного сигнала используют импульсы длительностью не более 2 миллисекунд и импульсную подачу тока порядка 1-3 миллиампер через катушку соленоида замка, подаваемые при закрытой дверце ячейки на соленоид этого замка и определения в этот момент максимального тока и минимального напряжения для определения наличия короткого замыкания и/или обрыва обмотки соленоида и срабатывание замка на блокировку дверцы.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг. 1 - блок схема постамата с ячейками с электромеханическими замками и блоком контроля функционального состояния замка/замков;
фиг. 2 – алгоритм тестирования электромеханического замка.
Согласно настоящей полезной модели рассматривается конструкция постамата, оснащенного функциями контроля функционального состояния замка/ков для ячеек и определения положения дверцы каждой ячейки в закрытом состоянии.
В общем случае постамат с системой контроля и тестирования рабочего состояния замка содержит изолированные друг от друга ячейки с дверцей каждая, имеющей соленоидный электромеханический замок с функций открывания по совпадению набираемого пользователем кода доступа с соответствующим этой ячейке ее собственным кодом доступа, а так же блок контроля функционального состояния каждого замка, выполненный с функцией периодической отправки контрольного сигнала контроллеру соленоидного электромеханического замка и получения ответа.
Указанный блок контроля выполнен с функцией измерения в момент открытия ячейки через равные промежутки времени значений тока, протекающего через обмотку соленоида замка, и питающего напряжения для отключения этого замка при превышении заданного значения величины тока, а так же измерения времени от начала подачи импульса в обмотку соленоида замка до момента срабатывания датчика открытой дверцы ячейки, а в качестве контрольного сигнала используют импульсы длительностью не более 2 миллисекунд и импульсную подачу тока порядка 1-3 миллиампер через катушку соленоида замка, подаваемые при закрытой дверце ячейки на соленоид этого замка и определения в этот момент максимального тока и минимального напряжения для определения наличия короткого замыкания или обрыва обмотки соленоида и срабатывание замка на блокировку дверцы.
Для постамата классической конструкции используются выпускаемые промышленностью соленоидные электромеханические замки, например замки модели DOSON DSCK7267L компании-производителя Doson Magnetic & Magnetron Tech Co., LTD. Эти замки закрываются при помощи мускульной силы человека, а открываются при помощи втягивания сердечника соленоида при подачи на соленоид электрического тока 12 в. Замок имеет два разъема: по одному подается питание 12 в постоянного тока, по второму приходит сигнал от конечного выключателя о состоянии замка закрыто/открыто.
Передняя панель постамата (фиг. 1) или каждая дверца постамата включает в себя жидкокристаллический дисплей 1 с разрешением 64х128 пикселей, под которым расположена вандалостойкая механическая клавиатура 2 (3х4 клавиши). Единые дисплей и кодонабиратель, для всех ячеек, для формирования кода, могут быть установлены в панели управления, которая закрывает техническую секцию с лицевой стороны постамата. Кроме того, над экраном имеется перфорация, предназначенная для выхода звуковых колебаний от динамика, расположенного изнутри передней панели. Интерфейс имеет два основных режима функционирования - пользовательский и инженерный. Вход в инженерный режим осуществляется посредством ввода комбинации кодов с клавиатуры устройства. Кроме того, имеется также голосовой помощник, произносящий номер ячейки и т.п.
Постамат по месту своего расположения подключается к централизованной сети 3 электроснабжения, например, сети 220 В, с которой связан блок питания 4 постамата, в функцию которого входит преобразование переменного напряжения 220 В в постоянное 12 В, защита от перепада напряжений и сетевых электромагнитных помех и отключение постамата от сети 3 в случае нарушения подачи напряжения или чрезмерного превышения заданного уровня напряжения с одновременным подключением автономного источника питания 5 на 12 В (например, аккумуляторная батарея или БИП) для поддержания функционирования постамата во временно экстремальных ситуациях. С блоком питания 4 связана плата 6 контроля и управления питанием 6, выполненная с возможностью распределения питания на 12 В потребителям и поддержания напряжения по распределенным линиям на заданном уровне.
Система управления постаматом имеет сетевую архитектуру и состоит из главной платы управления 7 (ГПУ) и блоков 8 в виде плат управления замком ячейки (ПУЗЯ) на базе процессорного микроконтроллера. Обмен информацией между данными платами производится посредством цифровой шины стандарта LIN. Такая организация обеспечивает гибкость конфигурирования системы, позволяет легко масштабировать ёмкость постамата - увеличивать или уменьшать число ячеек, а также уменьшает количество кабельных соединений. На приведенном примере на фиг. 1 каждой одной ячейке соответствует одна плата ПУЗЯ. Возможен вариант исполнения, когда одна плата ПУЗЯ подключается к нескольким ячейкам.
К ГПУ 7 подключен блок 9 приема/передачи в режиме удаленной связи, например, по протоколу GSM, сигналов, направляемых на сервер управления всей совокупности постаматов и получаемых из него в качестве сигналов типа управляющих команд.
Каждая ПУЗЯ оснащена встроенным в нее ультразвуковым датчиком приема и передачи 10 наличия посылки. Каждая ячейка оснащена электромеханическим замком 11, датчиком 12 двери, например, контактного типа или оптического типа, и узлом 13 подсветки внутреннего пространства ячейки (например, лампа). Подсветка смонтирована на ПУЗЯ и служит не только для освещения пространства ячейки для потребителя, но и световой индикации для инженера, работая в двух режимах, и сообщает, задан ли адрес ПУЗЯ в текущем постамате или адрес является заводским «null». Кроме того, на дверце может быть организована световая индикация, обозначающая, что ячейка заполнена или свободна или находится в нерабочем состоянии. Все эти компоненты подключены к плате ПУЗЯ.
В момент открытия ячейки микроконтроллер платы ПУЗЯ посредством встроенного АЦП через равные промежутки времени измеряет значения тока, протекающего через обмотку соленоида замка, а также величину питающего напряжения. При этом, значение тока на каждом цикле измерения сравнивается с аварийным значением. В случае его превышения - замок немедленно отключается и выдаётся ошибка - "короткое замыкание замка".
Алгоритм тестирования электромеханического замка постамата представлен графически на фиг.2.
Из массива всех полученных значений выбираются экстремумы – максимум для тока и минимум для напряжения. Кроме того, также измеряется время от начала подачи импульса в обмотку соленоида замка, до момента срабатывания датчика открытой двери. Данные величины передаются в ГПУ, где они сохраняются в энергонезависимой памяти. Накопленные таким образом значения максимального тока, минимального напряжения ("просадки" питания) и времени срабатывания замка могут быть использованы, после необходимой статистической обработки, для оценки вероятности отказа замка и прогнозирования времени его плановой замены или технического обслуживания.
Также имеется функция тестирования замка ячейки. При этом ПУЗЯ подаёт на соленоид замка короткий (не более 2 миллисекунд) импульс и определяет максимальный ток и минимальное напряжение. Данного импульса не достаточно для полноценного срабатывания замка, однако, такая процедура тестирования позволяет определить факт наличия короткого замыкания или обрыва обмотки соленоида замка не в момент его открытия (когда необходимо выдать, либо принять посылку в ячейку), а заранее, когда ячейка не используется. Кроме того, измерение тока и напряжения в момент подачи импульса даёт возможность оценить индуктивность соленоида замка, которая, в свою очередь, напрямую зависит от положения в катушке соленоида железного сердечника привода запорного механизма замка. Таким образом, можно оценить насколько плотно закрыта дверца ячейки (как глубоко сердечник запорного механизма вошел в катушку соленоида замка), что даёт возможность отследить не только механическую неисправность ячейки, но и предупредить попытку злоумышленников подложить что-либо в замок с целью последующего хищения содержимого ячейки.
В ходе своей работы ПУЗЯ непрерывно пропускает небольшой ток (порядка 1...3 миллиампер) через катушку соленоида замка. При этом постоянно отслеживается факт обрыва катушки, который приводит к немедленной смене логического состояния на цифровом входе микроконтроллера. Факт обрыва сообщается в ГПУ, сохраняется, вместе с меткой времени наступления события, в энергонезависимой памяти и далее передаётся на сервер в центр.
Функционирование в режиме тестирования соленоида электромеханического замка позволяет заранее, до того, как замок перестанет функционировать, определить первые признаки нарушения его работы. Известно, что ток при прохождении через обмотку катушки, нагревает её. И чем выше сила тока, тем больше нагревается катушка. Так же верно другое правило. Чем дольше ток идёт по проводнику внутри катушки, тем дольше она нагревается. При регулярном перегреве катушка довольно быстро выходит из строя. Что приводит к неработоспособности и самого замка. Главными проблемами, приводящими к выходу из строя электромеханических замков, являются: превышение длительности импульса тока по времени предусмотренных производителем значении и превышение силы тока, на которую рассчитан замок. В настоящее время процесс намотки катушек хорошо отработан, но для намотки используются провода, которые так же выпускаются промышленностью. При намотке провода производитель не может определить точно, в какой момент соленоид сломается. Дело в том, что при прохождениитока по проводам происходит их нагревание. При этом разрушение проводапроисходит не по причине чрезмерного перегрева (это не главная причина нарушения работы соленоида), а по причине того, что провод был изготовлен из отливки, в которой не была соблюдена однородность структуры материала и чистота сплава. При кристаллизации расплава происходит вытеснение включений по перемещению фронта кристаллизации. И после охлаждения, производитель должен механически отрезать часть отливки с включениями. Но и при этом часть включений попадает в так называемую очищенную часть отливки. При изготовлении провода его структура может иметь участки с включениями. Именно на таких участках происходит перегрев провода в катушке соленоида, приводящий к расплавлению этого участка или корочению. Данный дефект проявляется не сразу, а в течение некоторого времени работы соленоида.
Кроме того, для перемещения сердечника в соленоиде необходимо создание ЭДС на соответствующем уровне, а это возможно только при соответствующем напряжении питания, подаваемого на катушку. Если напряжение ниже заданного уровня, то катушка либо вообще не работает (ЭДС не достаточно, чтобы создать такое магнитное поле, которое смогло бы переместить якорь), либо работает медленно с запаздыванием, которое сопровождается ростом нагрева проводов катушки.
Эти два параметра (уровни тока и напряжения) и время срабатывания замка позволяют контролировать техническое состояние электромеханического замка. При этом нет необходимости пропускать через соленоид токи и напряжение срабатывания соленоида. Картина его работоспособности может быть определена на уровне импульсных подач минимальных значений. Все вышеуказанные особенности дают следующие преимущества изделию:
- позволяют осуществлять упреждающий ремонт и своевременное техническое обслуживание постаматов;
- снижают число отказов оборудования непосредственно в момент выдачи, либо приёма отправления;
- дают возможность оптимизировать выезд инженеров на место установки постамата и снизить число таких выездов;
- снижают вероятность несанкционированного доступа к содержимому ячейки постамата.