CN102596780B - 电梯设备中的安全电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电梯设备(100)中的安全电路(200)，具有安全相关的、在电梯设备(100)无故障运行时闭合的接触件(20a-20d、26)的至少一个串联电路(43)，其中，至少一个接触件(20a-20d、26)在该至少一个接触件(20a-20d、26)断开的运行条件下能够借助于半导体开关(36a、36b)分接，该半导体开关(36a、36b)能够借助于至少一个处理器(34c、34d)控制且能够借助于至少一个监控开关电路(37a、37b)监控短路，该安全电路还具有至少一个电机继电器电路(42a)，该电机继电器电路具有与能够分接的串联电路(43)的接触件(20a-20d、26)串联的继电器接触件(31c、31d)，其中，该继电器电路(42a)能够借助于至少一个处理器(34c、34d)控制，且能够分接的串联电路(43)在该半导体开关(36a、36b)短路的情况下能够借助于该继电器接触件(31c、31d)中断。
Description
技术领域
本发明涉及一种电梯设备，在该电梯设备中，至少一个电梯轿厢和至少一个对重在电梯竖井中反向行驶，其中，该至少一个电梯轿厢和该至少一个对重沿导轨行驶、由一个或多个承载机构承载。该一个或多个承载机构通过驱动单元的主动轮引导，该主动轮具有传动制动器。此外，电梯设备具有安全电路，其主要在紧急情况下激活传动制动器且包括门接触件的分路，因此在打开门时使安全电路保持闭合。本发明还特别涉及一种安全电路。
背景技术
在传统的电梯设备中，采用电机开关来分接门接触件。但特别是对于写字楼中的电梯设备来说，电梯轿厢的行驶数量可能会大于每个工作日1000次，其中，在每一次行驶中进行两次门接触件的分接。因此，针对电机开关得出数量为每年大约520000次的开关次数。这个数量是很高的，使得电机开关成为门接触件分接可靠性的主要限制因素。
基于较高数量的开关次数和较高的要求，门接触件的分接被分级为所谓的高要求安全功能。一般来说，通过标准IEC61508将高要求安全功能定为如下功能，即该功能在电梯设备无故障的正常运行中每年平均接通多于一次，而低要求安全功能是指仅针对存在故障的电梯设备的紧急情况或仅针对存在故障的电梯设备的紧急运行而设置的功能，其每年平均接通的次数小于一次。
该国际标准IEC61508的重要元素是确定安全要求级别(Safety Integrity Level-SIL，具有SIL1至SIL4)。这是针对必要或实现的安全功能风险降低有效性的标准，其中，SIL1具有最小的要求。针对仪器或设备的安全功能的可靠性的重要参数是针对PFH(probability of dangerous failure per hour-每小时故障概率)和PFD(probability of dangerous failure on demand-要求的故障概率)的计算原理。第一个参数PFH涉及高要求系统，即涉及具有较高的要求度的系统，且第二个参数PFD涉及低要求系统，其运行持续时间基本上不被操作。SIL从这些参数中读取。
在专业媒体上基于该标准(IEC61508-4、第3.5.12节)可找到的另一个关于低要求运行方式(Low-Demand-Mode)和高要求运行方式(High-Demand-Mode或持续运行方式)的定义不仅借助于低的或高的(持续的)要求度加以区别，而且还在如下方面是不同的：在要求模式下运行的(低要求)安全功能不仅在要求方面实施，而且还将需监控的系统带入定义的安全状态中。该低要求安全功能的实施元素在没有提出安全功能的要求之前不会对需监控的系统产生影响。相反，在持续模式下工作的(高要求)安全功能总是将需监控的系统保持在其正常的安全状态下。即该高要求安全功能的元素持续地监控需监控的系统。如果没有其它安全相关的系统或外部的用于减小风险的措施起作用，该(高要求)安全功能的元素的故障直接导致危险。此外，当要求度不是每年多于一次且不大于重复检测的频率的两倍，则存在低要求安全功能。与此相反，高要求安全功能或持续的安全功能在要求度为每年大于一次或大于重复检测的频率的两倍时存在(参见IEC61508-4、第3.5.12节)。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种用于电梯设备的安全电路，其包括更可靠且更安全地满足需常常接通的高要求安全功能(如门接触件的分接)且因此提高了安全性以及减小了整个电梯设备的成本和维护次数。
该目的的解决方案首先在于有针对性地将常见的、由于较高的接通次数(高要求安全功能)负荷较重的电机开关替换为电子半导体开关。此类高要求安全功能比如是门接触件的分接，但还可以考虑其它在无故障的正常运行中接通的安全功能，特别是经常接通的安全功能。
此类比如具有金属-氧化物-半导体-场效应晶体管MOSFET(Metal OxideSemiconductor Field-Effect Transistor)的半导体开关一般基于每天经受百万次开关操作循环的晶体管。缺点仅在于其易于在发生故障时造成短路，该短路可能会导致持续分接所有门接触件。换句话说，如果出于冗余的原因优选设置两个用于门接触件的分接的半导体开关(用于满足安全级别SIL2)，且这两个半导体开关由于短路而失效，则会出现较高的危险状况，使得电梯轿厢和对重以敞开的竖井门或/和轿厢门运动，这是因为半导体短路造成了门关闭的假象。
一般来说，为了避免或探测在半导体开关中的短路通常采用复杂且昂贵的针对此类故障的解决方案。
公开文献EP-A2-1535876公开了一种驱动装置，其与具有半导体开关的电子设备连接，其中，在驱动装置与电子设置之间设置至少一个主保护装置，其与安全电路连接，安全电路包括串联的门开关。这些串联的门开关又以开关在打开门时分接。因此，该公开文献虽然公开了半导体(导线半导体)在驱动装置的电子设备中的应用，但不是在安全电路中的应用，以及没有公开用于避免半导体的短路倾向的故障保护解决方案，而仅是为避免噪音而设置的至少一个主保护装置以及通过限时元件和/或计数装置对主保护装置的检测。
在根据当前申请的安全电路中，按照本发明不设置专门的、用于各电子半导体开关的故障保护解决方案，而是使本来就存在的、其它电机安全继电器应用到避免或探测电子半导体开关中的一个的可能的短路中。因此，按照本发明的观点在于，在按照本发明且出于冗余的原因(安全级别SIL2)针对门接触件的分接双重设置的电子半导体开关的一个中发生短路时，暂时还不会产生问题。但当第二个电子半导体开关也损坏时(这可能出于可能的负荷峰值的原因很快地发生)，没有专门为此设置的故障保护解决方案起作用或没有额外的为此设置的安全继电器起作用，用以断开安全继电器，而是至少一个本来就存在的电磁安全继电器起作用，当另一个安全功能中存在不规律性时，该本来就存在的电磁安全继电器鉴于该另一个安全功能断开安全电路。可替换的是，安全电路的断开还可以在第一半导体开关发生故障时实现。
电梯设备的第一安全相关的功能的该至少一个其它的电磁安全继电器优选针对所谓的低要求安全功能、即针对承受较少的开关进程的安全功能设置，其中，该安全功能比如仅在正常运行外的紧急情况下接通(参见前述[003]至[005]段的低要求模式和高要求模式的定义)。
按照本发明，此类其它的安全继电器可以是比如所谓的ETSL继电器电路，其中，ETSL代表紧急情况终端速度限制(Emergency Terminal Speed Limiting)，即代表取决于速度的紧急情况-竖井端部-减速控制。此类ETSL继电器电路在现有技术中是公知的。该ETSL继电器电路是一种所谓的低要求安全部件，其在正常运行中是不需要的。其仅在非常少的情况下工作，即仅在电梯轿厢从其正常区域中驶出的情况下工作。该ETSL继电器电路是电机的，即其不具有半导体，而是具有继电器接触件和电机安全继电器且按照本发明除了其竖井端部-减速控制功能外还用于监控半导体开关。该半导体开关按照本发明被用于高要求安全功能、比如用于门接触件的分接，一般来说用于在无故障的正常运行中闭合、在一定的运行条件下断开且因此可分接的接触件的串联，从而使整个安全电路保持工作。
换句话说，电机的继电器电路的元件(或者至少电机的继电器电路的一部分)按照本发明如下应用，即在一个或两个半导体开关短路时断开安全电路。
半导体开关的监控按照本发明借助于处理器控制的监控开关电路实现。如果监控到半导体开关短路，则一个或多个处理器能够优选通过其它本来就存在的电机的继电器电路(比如ETSL继电器电路)断开电梯设备的安全电路。
在第一方案中设置成，至少一个处理器一方面能够控制半导体开关(比如用于分接门接触件)且同时控制半导体开关的监控。另一方面，至少一个处理器按照本发明还同时能够在基于监控探测到的短路的情况下直接控制为此又串联的继电器接触件或直接控制其它电机继电器电路的一个或多个电机的安全继电器。换句话说，按照本发明优选的是，其它的继电器电路本身不再具有可能的、专有的处理器且上述至少一个处理器不仅控制半导体开关，还控制其监控以及电机继电器电路的固有的(angestammt)功能。
也就是说，在该实施例中，电机继电器电路具有电梯设备的ETSL功能，即ETSL功能不再具有一个或多个专门的处理器。用于半导体开关及其监控的至少一个处理器还接管ETSL功能。这仅需要相应的导线和相应的、具有实施两种在安全上重要的功能的处理器的电路且获得了巨大的成本优势。
作为另一种可替换方式，还可以继续使用电机继电器电路的一个或多个用于控制的处理器且将用于在半导体开关短路时断开安全电路的半导体开关的一个或多个用于控制的处理器中继传输(weiterleiten)到电机继电器电路的一个或多个用于控制的处理器。
此外还可以继续使用电机继电器电路的一个或多个用于控制的处理器，但不将用于断开安全电路的半导体开关的处理器的控制指令中继传输到电机继电器电路的一个或多个用于控制的处理器上，而是半导体开关的处理器直接访问到继电器接触件上或与继电器接触件连接的电机安全继电器上。
如上所述，接触件的串联电路的分接可以是频繁接通的高要求功能、比如门接触件的分接，其按照本发明通过半导体开关实现。虽然使用了半导体开关，但实现了与电机安全继电器同样的安全水平，其中，在门接触件分接故障(短路)时优选采用一个或多个ETSL安全继电器，用以重新打开安全电路且避免危险的状况。
为了实现至少相同或提高了的安全水平，原则上需要仅将此类电机安全继电器考虑到按照本发明的内容中，用于借助于半导体开关绕过由于短路而出故障的门接触件的分接，此类安全继电器在其电路、其设计及其安全水平(所谓的SIL级别，其中SIL代表safety Integrity Level，参见第[004]段)方面针对机械运行不可分接的安全功能而设置。换句话说，电机安全继电器至少需如下设计，即其覆盖了非常重要的安全功能，使得该安全功能仅在手动运行时能够有意地被分接或者甚至不能够被分接。
如上所述，按照本发明比如通过两个MOSFET替代两个常用的、用于分接门接触件的电机继电器。此外，按照本发明，这两个MOSFET分别通过一个处理器或微处理器以及一个监控开关电路或检测电路监控，其方式为，在MOSFET的输入端和输出端上单独针对每一个通道进行电压测量。当这两个MOSFET中的一个或两个被损坏(这在此类开关中通常表示短路)时，各处理器识别这种状态且断开一个或多个ETSL继电器接触件。因此，另一个优点在于，甚至两个MOSFET可能同时损坏；但总是还以这种方式确保设备或电梯设备安全。
此外，按照本发明设置显示器，如果半导体开关中的一个中的短路通过电机安全继电器或其接触件中的一个被绕开，则该显示器提供信息。
MOSFET通常在门打开时总是闭合的。因此，各处理器以几秒钟的规则的间隔短时地断开MOSFET，用以检测MOSFET上的电压降，无需释放安全电路的安全继电器且因此无需断开安全电路的相应的继电器接触件。该切断周期按照本发明短到足以能够测量电压降，但不能长到使安全电路的继电器释放。
本领域技术人员可以不利用测量电压降实现上述检测，而是借助于测量电流强度实现上述检测、优选感应式和无接触地进行测量。
因此，本发明代表了一种混合方案，其将电机继电器的已经证实过的安全性与晶体管的较高的可靠性(特别是在开关周期的数量方面)以成本低廉的方式相组合。
因此，按照本发明的分接电路包括优选用于频繁接通的高要求安全功能(比如门接触件的分接)的半导体开关和用于该半导体开关的处理器控制的检测电路以及优选电机继电器的内连，一般来说用于其它的、很少切换的低要求安全功能，用于在半导体短路时绕过半导体开关且断开安全电路。
此外，安全电路还包括通常的特征和开关结构，如其与当今的电梯设备(也因为适用的标准)相符且对于电梯设备建造领域的本领域技术人员是公知的。此类特征比如是所有竖井门接触件的串联结构、一个或多个轿厢门接触件的同样的串联结构、以端部开关(KNE-接触紧急端部)对电梯轿厢的行程的监控、以竖井端部上的传感器(ETSL)对电梯轿厢的运动速度的监控、以及至少一个紧急制动开关。
按照本发明的安全电路的其它或有利的设计形成了从属权利要求的主题。
附图说明
下面借助于附图示意性且示例性地详细阐述本发明。附图是概括性和整体性的。相同的附图标记表示相同的构件、具有不同下标的附图标记表示功能相同或类似的构件。其中，
图1示出了示例性的电梯设备的示意图；
图1a示出了图1的安全电路的示意图；
图2示出了按照本发明的用于分接接触件串联电路的两个半导体开关的结构、用于这两个半导体开关的监控开关电路、电机继电器电路的示意图以及按照本发明将这种结构集成到通常的根据图1或1a的安全电路以及由此得出的按照本发明的安全电路。
具体实施方式
图1示出了电梯轿厢100，其比如具有示出的2∶1的承载机构引导方式。在电梯竖井1中可行驶地设置电梯轿厢2，其通过承载机构3与可行驶的对重4连接。承载机构3在运行中借助于驱动单元6的主动轮5驱动，驱动单元比如设置在电梯竖井1的最上面的区域中的机房12中。电梯轿厢2和对重4借助于在竖井高度上延伸的导轨7a或7b和7c引导。
电梯轿厢2可以在输送高度h上服务于具有楼层门8的最高楼层、具有楼层门9和10的其它楼层以及具有楼层门11的最低楼层。电梯竖井1由竖井壁15a和15b、竖井天花板13和竖井底面14形成，在竖井底面上设置一个用于对重4的竖井底部缓冲器19a和两个用于电梯轿厢2的竖井底部缓冲器19b和19c。
承载机构3固定在竖井天花板13上的地点固定的固定点或承载机构固定点16a上且平行于竖井侧壁15a向用于对重4的承载轮17引导。从那里又向回经过主动轮5向第一换向轮或承载轮18a以及第二换向轮或承载轮18b以从下面缠绕电梯轿厢2的方式引导且向竖井天花板13上的第二地点固定的固定点或承载机构固定点16b引导。
安全电路200在楼层8-11中的每一楼层上都分别包括一个竖井门接触件20a-20d，其串联设置在竖井门电路21中。竖井门电路21引向比如设置在机房12中的PCB(Printed Circuit Board印制电路板)22。PCB22通过仅示意性示出的连接机构23与驱动装置6或传动制动器24连接，从而在安全电路200报告错误时能够停止驱动单元6的驱动或主动轮5的转动。
连接机构23仅示意性示出，因为其实际上明显更复杂且通常也包括电梯控制装置。连接机构还具有安全电路200的继电器40和连接位置41a和41b。在连接位置之间实现有为了满足安全级别SIL2通常为双通道的竖井端部减速控制功能42，其中，第一ETSL通道和第二ETSL通道串联设置在安全电路200中。这两个ETSL通道示意性地以开关31a和31b的形式示出，不过，是具有开关接触件的转换继电器。
不仅竖井门具有用于检测竖井门打开的竖井门电路21，而且电梯轿厢2也具有用于检测两个表示出的轿厢滑门27a和27b的打开的轿厢门电路25。该轿厢门电路25包括轿厢门接触件26。来自轿厢门电路25的信号通过电梯轿厢2的悬挂电缆28传递到PCB22，在PCB处，信号成串地连接到安全电路200中的竖井门接触件20a-20d。
电梯设备100还具有用于设置在串联电路43中的竖井门接触件20a-20d以及同样串联设置的轿厢门接触件26的分接电路29。该分接电路29在两个另外的连接位置41c与41d之间包括平行设置的转换继电器，其开关接触件示意性地以开关30a和30b的形式示出。
在图1a中单独示出了图1的电梯设备100的安全电路200，从而使其连接和电路更加一目了然。竖井端部减速控制电路42和门接触件分接电路29相互独立地、但仅串联地集成在安全电路200中。
在图2中一方面示出了如何在图1的安全电路200的连接位置41c与41d之间设计用于分接图1或1a中的接触件20a-20d和26的按照本发明的分接电路29a，另一方面示出了如何在按照本发明在图1的安全电路200的连接位置41a与41b之间设置电机继电器电路42a；如何按照本发明相互连接分接电路29a和电机继电器电路42a以及由此得出按照本发明的安全电路200和按照本发明的电梯设备100。电机继电器电路42a优选代表用于实施电梯设备100的低要求安全功能的继电器电路。
为了承担高要求安全功能，比如门接触件的分接功能，在第一开关电路300a中通过半导体开关或晶体管36a相应地接通微处理器34c。晶体管36a比如被设计为MOSFET晶体管，不过还适用其它类型的晶体管。
此外还示出了监控开关电路37a，其设计在半导体开关36a的输入端38a和输出端39a上。处理器34c控制测量输入端38a和输出端39a上的电压或电流强度周期。当然还可以用连接点38a表示半导体开关36a的输出端以及用连接点39a表示半导体开关36a的输入端。
如图1或1a所示，所有门接触件20a-20d、26串联地通过连接位置41c和41d所导向的分接电路29a出于冗余的原因或为了满足SIL2安全级别双通道地实施。第二通道与第一通道类似包括开关电路300b、半导体开关36b、用于半导体开关36b的监控开关电路37b，其设计在半导体开关36b的输入端38b和输出端39b上且由微处理器34d控制。微处理器34c和34d针对双向信号交换相互连接。还可以设置多于两个通道。
微处理器34c还与第一ETSL通道的电机继电器35c、转换接点32c以及电阻33c或在去除可能的ETSL处理器时与电机继电器电路42a的剩余的元件连接。微处理器34d本身与第二ETSL通道的电机继电器35d、转换接点32d以及电阻33d连接。这两个ETSL通道确保了竖井端部减速控制功能，其由此维持了SIL2安全级别，其中，为此所需的减速控制电路42连接在图1的安全电路200的连接位置41a与41b之间。
针对按照本发明的目的所采用的竖井端部减速控制电路42不再具有专门的微处理器，这是因为减速控制电路42的控制，连同分接电路29a的控制且连同监控开关电路37a和37b的控制借助于微处理器34c和34d实现。
可选地还可以采用具有唯一一个微处理器的设置方式，该微处理器既控制分接电路29a的两个示出的通道，也控制电机继电器电路42a的两个示出的通道以及减速控制电路42。
图2示意性示出了与电梯设备100a的串联的门接触件(既针对竖井门接触件20a-20d也针对轿厢门接触件26)平行设置的、双通道的分接的示例性结构，或者一般性地示意性示出了可能的、按照本发明组合的、在安全上重要的第一功能(优选低要求安全功能、比如竖井端部减速控制ETSL)与安全上重要的第二功能(优选高要求安全功能、比如门接触件的分接)的实施。
在借助于得出半导体开关36a和36b中的一个或两个半导体开关36a和36b的损坏或短路的监控开关电路37a和37b检测半导体开关36a和36b时，微处理器34c和/或34d按照本发明能够为了断开安全电路200操控电机继电器电路42a的常规的电机安全继电器35c和35d。这附加于原始的根据预设的电梯轿厢2的竖井端部减速实现，该竖井端部减速原来可由电机继电器电路42a执行。该原始的根据预设的安全功能由于承担的安全电路200断开功能不会停止，优选因为微处理器34a和34d既控制电梯设备100的电梯轿厢2的竖井端部减速控制电路也控制具有半导体开关36a和36b的分接电路29a，以及还控制半导体开关36a和36b的监控。
配有半导体开关36a和36b的分接电路29a不仅用于频繁接通的高要求功能，也用于任何低要求功能，比如KNE功能，其中，KNE代表接触紧急端部(Kontakt Not Ende)。即代表借助于端部开关限制电梯轿厢2的行程不超出电梯轿厢2的正常行驶路径以外。按照本发明能够与电机继电器电路42a如所公开的那样组合的分接电路29a比如还应用于制动功能或应用于紧急疏散。
Claims (10)
1.一种电梯设备(100)中的安全电路(200)，具有安全相关的、在电梯设备(100)无故障运行时闭合的接触件(20a-20d、26)的至少一个串联电路(43)，其中，至少一个接触件(20a-20d、26)在所述至少一个接触件(20a-20d、26)断开的运行条件下能够借助于半导体开关(36a、36b)分接，所述半导体开关(36a、36b)能够借助于至少一个处理器(34c、34d)控制且能够借助于至少一个监控开关电路(37a、37b)监控短路，所述安全电路还具有至少一个电机继电器电路(42a)，所述电机继电器电路具有与能够分接的串联电路(43)的接触件(20a-20d、26)串联的继电器接触件(31c、31d)，其中，所述继电器电路(42a)能够借助于至少一个处理器(34c、34d)控制，且能够分接的串联电路(43)在所述半导体开关(36a、36b)短路的情况下能够借助于所述继电器接触件(31c、31d)中断。
2.如权利要求1所述的安全电路(200)，其特征在于，所述至少一个处理器(34c、34d)除了控制且监控所述半导体开关(36a、36b)和所述继电器电路(42a)之外，还被设置用于控制其它的、安全相关的控制电路(42)，所述控制电路借助于所述继电器电路(42a)中断所述串联电路(43)。
3.如权利要求1或2所述的安全电路(200)，其特征在于，所述半导体开关(36a、36b)是金属-氧化物-半导体-场效应晶体管。
4.如权利要求1或2所述的安全电路(200)，其特征在于，在所述监控开关电路(37a、37b)中能够测量所述半导体开关(36a、36b)的输入端(38a、38b)和输出端(39a、39b)上的电压。
5.如权利要求1或2所述的安全电路(200)，其特征在于，在所述监控开关电路(37a、37b)中能够测量所述半导体开关(36a、36b)的输入端(38a、38b)和输出端(39a、39b)上的电流强度。
6.如权利要求1或2所述的安全电路(200)，其特征在于，在电梯设备(100)中，显示器显示通过所述继电器接触件(31c、31d)之一绕过所述半导体开关(36a、36b)之一中的短路。
7.一种电梯设备(100)，具有至少一个如权利要求1-6中任一项所述的安全电路(200)。
8.一种用于监控如权利要求7所述的电梯设备(100)的半导体开关(36a、36b)的方法，具有如下步骤：
a)周期性地测量所述半导体开关(36a、36b)的输入端(38a、38b)和输出端(39a、39b)上的电压或电流强度；
b)如果步骤a)中的测量得出短路的结果，借助于至少一个继电器接触件(31c、31d)断开安全电路(200)的串联电路(43)。
9.一种用于分接电梯设备(100)的串联电路(43)的安全相关的接触件(20a-20d、26)的、如权利要求1-6中任一项所述的安全电路(200)的半导体开关(36a、36b)的应用，其中，在半导体开关(36a、36b)发生短路的情况下，能够分接的串联电路(43)能够借助于具有继电器接触件(31c、31d)的电机继电器电路(42a)中断。
10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，所述继电器电路(42a)除了半导体开关(36a、36b)的短路情况外还能够被应用于其它控制电路(42)，在电梯设备(1)的不允许的运行状态下能够借助于继电器电路(42a)的继电器接触件(31c、31d)中断能够分接的串联电路(43)。
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