CN103274284A - 自动扶梯、人行道功能安全电子监控装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动扶梯、人行道功能安全电子监控装置，包括电源模块、输入通道、逻辑控制模块、显示部分和输出通道，其中输出通道包括MOS管、CAN通讯、继电器输出部分，继电器输出部分中包括1.2继电器输出A、1.2继电器输出B、1.4继电器输出A、1.4继电器输出B，所述的继电器输出部分中，每个继电器输出包括安全继电器输出模块、驱动诊断电路模块、触电反馈诊断模块。本发明在系统进入运行状态前即进行启动自检测，如检测正常，不影响系统的正常运行；在系统处于运行状态时，可在安全继电器不断开的情况下对驱动电路进行检测。本发明公开的自动扶梯、人行道功能安全电子监控装置与现有技术相比具有更好的实用性和更高的安全性。

Description

自动扶梯、人行道功能安全电子监控装置

技术领域

本发明公开了一种自动扶梯、人行道功能安全电子监控装置，属于安全微控制器在自动扶梯、人行道安全控制领域的应用。

背景技术

自动扶梯、人行道作为一种交通工具，主要安装于机场、车站、地铁、商场等公共场所，人员密集、复杂，一旦发生事故，会带来严重后果。自动扶梯、人行道的安全性极其重要，国家标准有严格的规范。现有技术中，自动扶梯的监控保护装置利用传感元件，获取自动扶梯电机或主机旋转部件的旋转方向和转速的相错双电脉冲信号，供扶梯控制器中的微处理器运算，再对照预定参数而判定主机是否超速或逆转，并将控制信号输送给电源控制器执行关停保护。现有技术的检测和控制多数需要在电梯运行中进行，而运行中的电梯即使执行关停保护等措施，也容易造成安全事故。同时，现有技术对装置本身的驱动电路也缺少相应的检测手段。

发明内容

本发明通过对继电器输出电路的创新设计，实现了自动扶梯、人行道功能安全电子监控装置的启动自检测功能和运行中的驱动电路检测。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种自动扶梯、人行道功能安全电子监控装置，包括电源模块、输入通道、逻辑控制模块、显示部分和输出通道；电源模块与逻辑控制模块相连接，输入通道将信号输入至逻辑控制模块，逻辑控制模块分别输出信号至显示部分和输出通道；所述输出通道中继电器输出部分包括安全继电器输出模块、驱动诊断电路模块、触电反馈诊断模块，其中：

安全继电器输出模块包括光耦合器、第一电阻、第二电阻、二极管、中间继电器、第一开关；逻辑控制电路输出控制信号至光耦合器的阴极，光耦合器的阳极与第一电阻的一端相连接，第一电阻的另一端分别与二极管的负极、中间继电器的第一输入端相连接，光耦合器的接地极分别和第二电阻的一端、MOS管的栅极相连接，第二电阻的另一端和MOS管的源极相连接后接地，MOS管的漏极分别和二极管的正极、中间继电器的第二输入端、驱动诊断电路模块的输入端相连接，中间继电器的控制端经过第一开关分别和电源、触电反馈诊断模块的输入端相连接；控制信号为低电平时，光耦合器导通驱动MOS管，MOS管驱动安全继电器动作；控制信号为高电平时，光耦合器不导通，MOS管截止，断开安全继电器控制回路，安全继电器不动作；

驱动诊断电路模块包括一个滤波电路和一个光耦合器，MOS管的漏极采集信号输入至滤波电路，经光耦合器隔离后输入至逻辑控制电路模块；

触电反馈诊断模块为一个滤波电路，中间继电器和第一开关构成安全继电器常闭触点，所述安全继电器常闭触点采集信号，经过触点反馈诊断模块，输出至逻辑控制电路模块。

本发明与现有技术相比，在系统进入运行状态前即进行启动自检测，如检测正常，不影响系统的正常运行；在系统处于运行状态时，可在安全继电器不断开的情况下对驱动电路进行检测。本发明公开的自动扶梯、人行道功能安全电子监控装置与现有技术相比具有更好的实用性和更高的安全性。

附图说明

图1是自动扶梯、人行道功能安全电子监控装置的结构图，

其中：1.电源模块；2.输入通道；3.逻辑控制模块；4.显示部分；5.输出通道。

图2是本发明中继电器输出电路的结构框图，

其中：6.继电器输出部分。

图3是本发明中继电器输出电路的电路图,

其中：7. 安全继电器输出模块；8. 驱动诊断电路；9. 触点反馈诊断电路；KA、11、12共同构成安全继电器常闭触点。

具体实施方式

本发明将二片TMS470M安全微控制器作为主控制器，相互监控构成自动扶梯、人行道功能安全电子监控装置，利用其内置的诸如CPU和RAM自检引擎，ECC和奇偶校验等以及大量的的通信和控制外设，来支持功能安全电子监控装置满足自动扶梯、人行道对安全控制的要求；为了达到安全等级要求，技术上采用双通道冗余设计。

本装置的安全继电器输出内的各驱动电路串联接入自动扶梯或自动人行道的安全回路。本装置具有超速、逆转保护功能、上/下部梯级缺失监视保护功能，这些符合GB16899及GB/T20438安全标准中规定的SIL2等级要求，还具有符合SIL1等级要求的扶手带及抱闸监控功能。针对自动扶梯在运行过程中可能出现的各种故障情况，安全装置具有逻辑判断及输入监控功能，同时能做出安全保护动作和故障显示。整个装置主要由五大功能模块组成：电源模块、输入通道、逻辑控制模块、显示部分及输出通道。

电源模块：本装置使用+24V电源，由外部开关电源直接提供。电源模块由相互独立的通道A电源模块、通道B电源模块构成；通道A电源模块由电源A、监控电源A组成，给逻辑控制CPU1提供工作电源；通道B电源模块由电源B、监控电源B组成，给逻辑控制CPU2提供工作电源。电源A、电源B为二组隔离电源，输出电压均为+3.3V。监控电源A、监控电源B则分别对电源A、电源B的输出电压进行监控，当电压值低于+3V时，产生复位信号，复位CPU。另外还有一个CAN电源为CAN通讯模块进行供电。

输入通道：功能安全电子监控装置的输入通道主要由三部分组成：脉冲输入、检测输入、设置输入。而“JTAG1”和“JTAG2”厂家内部使用，作为芯片CPU1和CPU2烧录程序口（附图中未反映出来）。脉冲输入为光电传感器采集脉冲信号输入；检测输入为方向、运行、抱闸反馈等接触器的检测信号输入。两组信号形成冗余，逻辑控制模块会对两组信号进行检查，若两组信号给出的状态不同，则系统会通过输出通道对自动扶梯、人行道的运行状态做出安全处理（切断安全回路）。 设置输入是针对不同梯种、规格自动扶梯、人行道使用的功能安全电子监控装置进行相应设置。

逻辑控制模块：主要由逻辑控制CPU1、逻辑控制CPU2组成。逻辑控制CPU1、逻辑控制CPU2具有相同的梯级缺失、速度测定、逆转判断、扶手带测速、抱闸监控等逻辑功能。逻辑控制CPU1、逻辑控制CPU2构成相互冗余，并实现两通道间的通信使得系统更加安全可靠。

显示部分：由LED3、数码管A、LED4、数码管B组成。LED3作为逻辑控制CPU1的工作状态指示灯；LED4作为逻辑控制CPU2的工作状态指示灯；数码管A用来显示逻辑控制CPU1输出的故障信息；数码管B用来显示逻辑控制CPU2输出的故障信息。

输出通道：由MOS管、CAN通讯、1.2继电器输出A、1.2继电器输出B、1.4继电器输出A、1.4继电器输出B构成。自动扶梯、人行道的运行状态及故障信号由逻辑控制CPU1通过MOS管来输出，该信号输出至主控器；由逻辑控制CPU2通过CAN通讯来实现与主控制器之间的相互通信，同时实现自测试功能。

输出通道有二种继电器输出结构：一种是两个安全继电器，即1.2继电器输出A、1.2继电器输出B；另一种是四个安全继电器输出，即再有二只1.4继电器输出A、1.4继电器输出B。若有附加制动器，则必须采用四个安全继电器的输出；若无附加制动器，则两种结构均可采用。要求安全继电器触点输出串联进入自动扶梯或自动人行道的安全回路中，其作用相当于安全回路中一个安全开关。安全继电器的输出具有确认安全继电器触点是否串联进入自动扶梯的安全回路功能。

输出通道中,在硬件结构上1.2继电器输出A、1.2继电器输出B以及1.4继电器输出A、1.4继电器输出B是相似的，有各自独立的输入和输出接口，单个的继电器输出电路结构框图如图2所示；进一步的具体电路图如图3所示。

图3所示的单个继电器输出电路详细结构图由安全继电器输出模块、驱动诊断电路、触点反馈诊断电路组成。当逻辑控制电路输出一低电平的控制信号，至安全继电器输出模块中的光耦合器阴极（光耦合器的阳极通过上拉电阻至电源VCC），使光耦合器导通、驱动MOS管，再由MOS管驱动安全继电器动作。当逻辑控制电路输出一高电平的控制信号时，光耦合器不导通，MOS管截止，断开安全继电器控制回路，安全继电器不动作。

安全继电器输出模块与逻辑控制电路经光耦合器隔离，逻辑控制电路的工作电压VCC采用DC3.3V电源，安全继电器输出模块的工作电压是DC24V电源。

检测安全继电器输出模块中的驱动（MOS管）以及安全继电器是否工作正常，由驱动诊断电路、触点反馈诊断电路来完成。工作过程如下：

1）通过MOS管的漏极采集信号输入至驱动诊断电路，经过滤波、电平转换（信号隔离）处理后，返回输出至逻辑控制电路，由逻辑控制电路进行逻辑判断和检查故障。需要注意MOS管反馈检测信号需经过光耦合器隔离后再输入至逻辑控制电路，以防止逻辑控制电路中的CPU芯片的损坏；

2）检测安全继电器输出模块中的安全继电器是否正常工作：通过安全继电器常闭触点（KA：11、12）采集信号输入至触点反馈诊断电路，经过滤波处理后，返回输出至逻辑控制电路，由逻辑控制电路进行逻辑判断和检查故障。具体检测方法在“启动自测试功能” 、“运行中驱动电路检测”和“安全继电器驱动检测”说明；

在安全继电器输出模块（7）中，将1.2继电器输出A的2副常开触点与1.2继电器输出B的2副常开触点串联，最终共四副触点串连接到自动扶梯或人行道的安全回路中。类似地，1.4继电器输出A、1.4继电器输出B作同样处理。

以下结合附图对本发明实施例进行详细说明。

1、启动自测试功能

本装置在电源接通后，安全继电器会有一个自检测的过程，约在2秒内完成。期间1.2继电器输出A、1.2继电器输出B要通断2次自检，两通道自检时间相互错开，此时自动扶梯的安全回路始终断开。上电2秒内自动扶梯还未进入运行状态，不影响系统运行。如有1.4继电器输出A、1.4继电器输出B同样自检。

装置上电自检完成后，在自动扶梯停止状态下， LED3、LED4、数码管A、数码管B会显示运行状态及故障信息。在工作时，LED3、LED4会连续闪烁。若数码管A、数码管B显示"0"，则自动扶梯控制系统无故障。

2、运行中驱动电路检测

在运行状态时，逻辑控制CPU1输出始终驱动1.2继电器输出A、1.2继电器输出B；逻辑控制CPU1输出始终驱动1.4继电器输出A、1.4继电器输出B。为对输出电路检测有更高的诊断覆盖率，通过在安全继电器不断开的情况下检测其驱动电路是否正常。方法是：每隔1段时间轮流检测各安全继电器驱动电路，检测在1到2毫秒的时间内完成，安全继电器来不及断开。检测期间，逻辑控制CPU1或逻辑控制CPU1输出数个诊断脉冲信号给安全继电器输出，同时检查驱动诊断电路的反馈的脉冲信号，相一致则安全继电器输出正常，否则断开所有安全继电器输出，切断自动扶梯或人行道的安全回路，使其立即停止运行。

3、安全继电器驱动检测

为确保安全，在初次运行自动扶梯前，要确认安全继电器正确地串联进入自动扶梯的安全回路中。步骤如下：当上电后，扶梯安全回路接通时，再断电，拔除逻辑控制模块内部的JP3插件，重新上电，数码管A、数码管B显示无故障，但扶梯安全回路已不通，说明安全继电器正确地串入扶梯安全回路中。

4、主机速度检测

利用一块（或几块）金属感应凸块（凹槽）安装在与自动扶梯曳引电动机相连的旋转部件（飞轮）上，旋转通过磁接近开关时产生脉冲，再由输入脉冲处理后，输入逻辑控制模块，由逻辑控制CPU1、逻辑控制CPU2进行测速运算。在速度超过额定速度1.2倍时，通过输出通道断开1.2继电器A、1.2继电器B串在安全回路中触点，切断自动扶梯或人行道的安全回路，使其立即停止运行。在达到速度超过额定速度1.4倍时，同时由输出通道断开1.4继电器A、1.4继电器B的触点，切断辅助抱闸电源，进一步使其立即停止运行。

5、逆转和梯级测速

在梯级导轨支架上安装二只磁接近开关（光电开关）：磁接近开关1和磁接近开关2，安装间距等于梯级宽度加上（或减去）梯级滚轮直径。当梯级运行时，前（或后）梯级滚轮先遮断磁接近开关1，产生梯级脉冲信号1，继续同向运行，后（或前）梯级滚轮再遮断磁接近开关2，产生梯级脉冲信号2。这样梯级脉冲信号1相位超前于梯级脉冲信号2，且两脉冲信号有一半重叠（遮断时间）。梯级脉冲信号，由输入脉冲处理后，输入逻辑控制模块，由逻辑控制CPU1、逻辑控制CPU2运算。根据二梯级脉冲信号相位判断梯级运行方向；再通过检测每个脉冲信号的周期算出扶梯的运行速度。磁接近开关1和磁接近开关2作为相互冗余的速度检测通道，对检测1.2倍或1.4倍超速，并进行保护。

逻辑控制CPU1、逻辑控制CPU2根据梯级脉冲信号运算得到的梯级运行方向，同要求输出的运行方向不相符时，由输出通道断开1.2继电器输出A、1.2继电器输出B串在安全回路中触点，切断自动扶梯或人行道的安全回路，使其立即停止运行；同时断开1.4继电器输出A、1.4继电器输出B的触点，切断辅助抱闸电源，进一步使其立即停止运行。

6、扶手带速度检测

由扶手带压紧测速轮，测速轮随扶手带转动。在测速轮上均匀地开有数个圆形凹孔，磁接近开关固定，并正对测速轮的凹孔位置。当测速轮转动时，磁接近开关输出脉冲信号，由输入脉冲处理后，输入逻辑控制模块，通过逻辑控制CPU1、逻辑控制CPU2运算，计算出扶手带的速度，再同梯级测的速度比较，在扶手带速度低于对应的梯级速度的85%时，并持续15秒，由输出通道断开1.2继电器输出A、1.2继电器输出B串在安全回路中触点，切断自动扶梯或人行道的安全回路，使其立即停止运行，从而实现扶手带测速保护。

7、梯级缺失检测

在自动扶梯上机房、下机房的梯级回转端，各安装1套镜面反射光电开关，检测梯级的状态。正常情况下，当扶梯运行时，光电只在梯级间隙处不被挡住，其余大部分位置均被梯级挡住；当梯级缺失时，在整个梯级范围内都无遮挡，从而产生梯级缺失检测信号。配合主机测速，算出梯级的移动距离，当没有梯级挡住的距离超出梯级宽度时，从而判断梯级缺失。

梯级缺失检测信号经输入脉冲处理后，由逻辑控制CPU1、逻辑控制CPU2运算，由输出通道断开1.2继电器输出A、1.2继电器输出B串在安全回路中触点，切断自动扶梯或人行道的安全回路，使其立即停止运行。

8、抱闸监控

通过检测安装在主机抱闸上的安全开关信号，反馈抱闸动作情况。自动扶梯和自动人行道运行时，反馈抱闸开关信号由检测输入输入给逻辑控制CPU1、逻辑控制CPU2，监控其抱闸指令与抱闸反馈逻辑不一致时，切断1.2继电器输出A、1.2继电器输出B，断开自动扶梯或自动人行道的安全回路的电源，使其立即停止运行。

Claims (1)

1.一种自动扶梯、人行道功能安全电子监控装置，包括电源模块、输入通道、逻辑控制模块、显示部分和输出通道；电源模块与逻辑控制模块相连接，输入通道将信号输入至逻辑控制模块，逻辑控制模块分别输出信号至显示部分和输出通道；其特征在于，所述输出通道中继电器输出部分包括安全继电器输出模块、驱动诊断电路模块、触电反馈诊断模块，其中：

安全继电器输出模块包括光耦合器、第一电阻、第二电阻、二极管、中间继电器、第一开关；逻辑控制电路输出控制信号至光耦合器的阴极，光耦合器的阳极与第一电阻的一端相连接，第一电阻的另一端分别与二极管的负极、中间继电器的第一输入端相连接，光耦合器的接地极分别和第二电阻的一端、MOS管的栅极相连接，第二电阻的另一端和MOS管的源极相连接后接地，MOS管的漏极分别和二极管的正极、中间继电器的第二输入端、驱动诊断电路模块的输入端相连接，中间继电器的控制端经过第一开关分别和电源、触电反馈诊断模块的输入端相连接；控制信号为低电平时，光耦合器导通驱动MOS管，MOS管驱动安全继电器动作；控制信号为高电平时，光耦合器不导通，MOS管截止，断开安全继电器控制回路，安全继电器不动作；

驱动诊断电路模块包括一个滤波电路和一个光耦合器，MOS管的漏极采集信号输入至滤波电路，经光耦合器隔离后输入至逻辑控制电路模块；

触电反馈诊断模块为一个滤波电路，中间继电器和第一开关构成安全继电器常闭触点，所述安全继电器常闭触点采集信号，经过触点反馈诊断模块，输出至逻辑控制电路模块。

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