CN104355195A - 安全扭矩关断功能电路和电梯安全控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种安全扭矩关断功能电路，所述安全扭矩关断功能电路包括第一STO支路、第二STO支路、控制电源和内部电子开关，所述第一STO支路和所述第二STO支路分别包括输出电子开关和同或逻辑电路，其中，所述同或逻辑电路的输入端分别连接到所述第一STO支路的输出电子开关和所述第二STO支路的输出电子开关，且所述第一STO支路和所述第二STO支路的同或逻辑电路的输出端通过与门连接到所述内部电子开关，且所述控制电源通过所述内部电子开关进一步连接到所述第一STO支路的输出电子开关和所述第二STO支路的输出电子开关。本发明同时还提供一种采用上述安全扭矩关断功能电路的电梯安全控制系统。
Description
技术领域
本发明涉及工业安全控制技术，特别地，涉及一种安全扭矩关断功能电路和一种采用所述安全扭矩关断功能电路的电梯安全控制系统。
背景技术
针对变频器控制曳引机在电梯系统中运行的安全要求，防止变频器意外地重新启动，目前的电梯系统一般使用两个运行接触器串接在变频器输出端到曳引机之间，通过电梯安全系统控制运行接触器的通断，达到曳引机安全运行之目的。
采用运行接触器串接控制通断的做法有以下缺点：一、使用运行接触器和相关布线，成本高；二、运行接触器电开关噪音大；三、运行接触器的存在使布线复杂，容易引起线间干扰，增加电磁兼容(Electromagnetic Compatibility,EMC)风险；四、运行接触器作为磨损部件，其寿命因其通断次数的增加而大打折扣；五、运行接触器体积庞大，占用控制柜空间；六、增加接触器开关损耗。
有鉴于此，本发明设计了一种安全扭矩关断功能电路以及电梯安全控制系统来解决了电梯系统使用运行接触器存在的上述不足。
发明内容
本发明的其中一个目的是为解决现有技术的上述技术问题而提供了一种安全扭矩关断功能电路；本发明的另一个目的是提供一种采用上述安全扭矩关断功能电路的电梯安全控制系统。
本发明提供的安全扭矩关断功能电路包括第一STO支路、第二STO支路、控制电源和内部电子开关，所述第一STO支路和所述第二STO支路分别包括输出电子开关和同或逻辑电路，其中，所述同或逻辑电路的输入端分别连接到所述第一STO支路的输出电子开关和所述第二STO支路的输出电子开关，且所述第一STO支路和所述第二STO支路的同或逻辑电路的输出端通过与门连接到所述内部电子开关，且所述控制电源通过所述内部电子开关进一步连接到所述第一STO支路的输出电子开关和所述第二STO支路的输出电子开关；所述第一STO支路和所述第二STO支路只有在其相应的抱闸接触器辅助开关和同时闭合时才获得外部电源供电而允许变频器工作。
在本发明提供的安全扭矩关断功能电路的一种较佳实施例中，所述第一STO支路的输出电子开关的输出端还通过欠压保护单元连接到上桥控制电源，而所述第二STO支路的输出电子开关的输出端还通过欠压保护单元连接到下桥控制电源。
在本发明提供的安全扭矩关断功能电路的一种较佳实施例中，所述第一STO支路和所述第二STO支路还分别包括电磁兼容电路和隔离光耦，其中所述电磁兼容电路通过所述隔离光耦连接到所述输出电子开关。
在本发明提供的安全扭矩关断功能电路的一种较佳实施例中，所述第一STO支路的电磁兼容电路和所述第二STO支路的电磁电容电路分别通过不同的抱闸接触器辅助开关连接到外部电源。
在本发明提供的安全扭矩关断功能电路的一种较佳实施例中，所述同或逻辑电路包括同或门和第一上电延时电路；其中，所述同或门的两个输入端分别作为所述同或门逻辑电路的输入端，并且分别连接到所述第一STO支路和所述第二STO支路的输出端，所述第一上电延时电路连接到所述同或门。
在本发明提供的安全扭矩关断功能电路的一种较佳实施例中，所述同或逻辑电路还包括第一与非门、第二与非门和第二上电延时单元，其中，所述第一与非门的其中一个输入端连接到所述异或门的输出端，而另一个输入端连接到所述第二与非门的输出端；所述第二与非门的两个输入端分别连接到所述第一与非门的输出端和所述第二上电延时单元。
在本发明提供的安全扭矩关断功能电路的一种较佳实施例中，所述同或逻辑电路还包括非门，所述非门的输入端连接到所述第一与非门的输出端，而其输出端连接到所述与门的其中一个输入端。
本发明提供的电梯安全控制系统包括抱闸电路、电源和变频器，其中所述变频器包括如上所述的具有第一STO支路和第二STO支路的STO功能电路，其中，所述抱闸电路包括两个抱闸接触器辅助开关，所述电源分别通过所述两个抱闸接触器辅助开关连接到所述变频器的第一STO支路和第二STO支路。
相较于现有技术，本发明提供的安全扭矩关断功能电路和电梯安全控制系统采用变频器驱动使能控制，不存在老化问题，提高了可靠性，增加寿命；并且，由于省掉了两个运行接触器，简化了布线，减少线间干扰，降低EMC风险，还可以减少了材料成本和组装成本，并减少了控制柜空间，使结构更为紧凑。另外，由于没有运行接触器的使用，减少了运行接触器的电开关噪音。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1是本发明提供的安全扭矩关断功能电路在电梯安全控制系统的应用示意图。
图2是本发明提供的安全扭矩关断功能电路一种实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，其是本发明提供的安全扭矩关断功能电路在电梯安全控制系统的应用示意图。所述电梯安全控制系统100包括安全回路110、抱闸电路120、电源130和变频器140。其中，所述变频器140内部包括安全扭矩关断(Safe Torque Off,STO)功能电路，所述STO功能电路包括两个STO支路STOA和STOB。
所述安全回路110通过两个相互串联接触开关111和112连接到抱闸电路120，在所述安全回路110检测系统无故障时，所述两个接触开关111和112闭合。所述电源130可以为24V电源，其通过所述抱闸电路120连接到所述变频器140，所述抱闸电路120工作时其内部的抱闸接触器闭合；同时，所述抱闸电路120内部的两个抱闸接触器辅助开关K1和K2闭合而使得所述变频器140内部的STOA和STOB同时获得24V电源供电并且开始工作，并最终给所述变频器140内部的IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)提供控制电源，从而进一步使得所述变频器140的驱动控制信号开始工作。
其中，基于两个抱闸接触器辅助开关K1和K2的STO功能真值表具体如下，为便于描述，以下分别将所述两个抱闸接触器辅助开关K1和K2命名为第一抱闸接触器辅助开关K1和第二抱闸接触器辅助开关K2。
STO功能表(真值表)
| K1(STOB) | K2(STOA) | 24V电源输出(是/否) | 开关闭合要求 |
| 闭合(1) | 闭合(1) | 是(1) | 同时闭合 |
| 断开(0) | 断开(0) | 否(0) | 任何时候闭合 |
| 闭合(1) | 断开(0) | 否(0) | 任何时候闭合 |
| 断开(0) | 闭合(1) | 否(0) | 任何时候闭合 |
本发明提供的STO功能电路200主要是为了实现上述功能，由上述STO功能表可见，只有当安全回路闭合以及所述第一抱闸接触器辅助开关K1和所述第二抱闸接触器辅助开关K2同时闭合时，所述STO功能电路200才能获得24V电源，此时所述变频器140才被允许运行，不符合此条件所述变频器140便被禁止运行。
请参阅图2，其是本发明提供的STO功能电路200一种实施例的结构示意图。所述STO功能电路200配备有第一STO支路(以下记为STOA)和第二STO支路(以下记为STOB)，在具体实现上，所述STO功能电路200同时配合所述STOA和所述STOB主要是因为安规标准的要求，对于涉及安全要求的电路设计不能因为单一的故障而引起安全失效，因此需要同时配合所述STOA和STOB实现安全保护；并且，所述STOA和所述STOB在图1所示的电梯安全控制系统100中主要是通过所述第二抱闸接触器辅助开关K2和所述第一抱闸接触器辅助开关K1进行供电控制。其中，所述STOA和所述STOB的结构和原理基本一致，为便于描述，以下仅主要介绍STOA的具体结构。
所述STOA包括EMC电路201、隔离光耦202、输出电子开关203、欠压保护单元204、IGBT上桥控制电源205和同或门逻辑电路206。在图2所示的实施例中，所述同或门逻辑电路206可以包括同或门207、第一上电延时单元208、第一与非门209、第二与非门210、第二上电延时单元211和非门212。
所述EMC电路201通过所述抱闸电路120内部的抱闸接触器辅助开关K2连接到所述电源130，其主要用于为候级电路提供浪涌保护。在电梯系统检测到所述安全回路110无故障的情况下，系统可以控制所述抱闸控制器120内部的抱闸接触器辅助开关K2闭合，从而将所述电源130输出24V电源电压为所述STOA供电，所述24V电源电压可以通过所述抱闸接触器辅助开关K2输入到所述EMC电路201。
所述隔离光耦202连接在所述EMC电路201和所述输出电子开关203之间，当所述STOA接通外部24V电源电压时，所述隔离光耦202开始导通工作，从而控制所述输出电子开关203的打开和关闭。具体地，当所述隔离光耦202导通工作时，其输出可以控制所述输出电子开关203打开并输出高电平；反之，所述输出电子开关203关闭并输出低电平。
所述输出电子开关203的输出可以通过所述欠压保护单元204连接到所述IGBT上桥控制电源205，其中，所述欠压保护单元204主要用于在输出的高电平低过一定阈值时停止输出，从而实现对于所述IGBT上桥控制电源205的欠压保护。相对应地，所述STOB的输出电子开关213同样可以通过欠压保护单元214连接到IGBT下桥控制电源215。
另一方面，所述STOA的输出电子开关203和所述STOB的输出电子开关213的输出还可以同时连接到所述同或门逻辑电路206的两个输入端，所述同或门逻辑电路206主要用于对所述STOA的输出电子开关203和所述STOB的输出电子开关213的输出进行同或处理。在所述STOA的输出电子开关203和所述STOB的输出电子开关213均输出高电平时，所述STOA的IGBT上桥控制电源205和所述STOB的IGBT下桥控制电源215均获得供电，同时所述同或门逻辑206的输入端为高电平，否则为低电平。
如上所述，在本实施例中，所述同或门逻辑电路206可以包括同或门207、第一上电延时单元208、第一与非门209、第二与非门210、第二上电延时单元211和非门212。其中，所述同或门207的两个输入端分别作为所述同或门逻辑电路206的输入端并且分别连接到所述STOA和所述STOB输出电子开关203和213的输出端，而其输出端连接到所述第一与非门209的其中一个输入端，同时，所述同或门207还连接到所述第一上电延时单元208；所述第二与非门210的输出端连接到所述第一与非门209的另一个输入端，而所述第二与非门210的两个输入端分别连接到所述第一与非门209的输出端和所述第二上电延时单元211；另外，所述第一与非门209的输出端还进一步连接到所述非门212的输入端，而所述非门212的输出端则可以作为所述同或逻辑电路206的输出端。
另一方面，所述STO功能电路200还可以包括与门221、内部电子开关222和控制电源223。其中，所述控制电源223可以为5V控制电源，其可以通过所述内部电子开关222分别连接到所述STOA的输出电子开关203和所述STOB的输出端子开关213。所述STOA的同或逻辑电路206的输出端和所述STOB的同或逻辑电路207的输出端分别连接到所述与门221的两个输入端，并通过所述与门221连接到所述内部电子开关222，其可以控制所述内部电子开关的打开和关闭。
在本实施例中，基于安全考虑，所述同或逻辑电路206在所述同或门207基础上还进一步通过所述第一上电延时单元208、所述第一与非门209、所述第二与非门210、所述第二上电延时单元211和所述非门212等相互配合而实现同或逻辑功能。当所述抱闸电路120内部的抱闸接触器出现故障时，所述变频器140应当停止运行，此时只有在所述抱闸接触器的故障排除而且所述变频器140重新上电之后才能重新运行，因此所述第一与非门209、所述第二与非门210和所述第二上电延时单元211的设计刚好可以实现此安全要求。
具体而言，由于所述同或门207的输入信号来自所述输出电子开关203，而所述输出电子开关203的输入信号是由所述控制电源223通过所述内部电子开关222提供的，为了保证每次上电所述同或门逻辑电路206都能够有效地检测到所述抱闸接触器的工作状态，因此设计了所述第一上电延迟单元208，其可以提供大约1秒的上电延迟，因此每次上电时会使所述同或门逻辑电路206输出高电平，从而使得所述内部电子开关222被打开并且输出所述控制电源223提供的5V电压，所述输出电子开关203便可以获得有效的输入。
另一方面，本实施例通过所述与门221对所述STOA和所述STOB的输出执行逻辑与处理，目的是保证所述抱闸接触器必须是在正常工作而使得所述第一抱闸接触器辅助开关K1和所述第二抱闸接触器辅助开关K2均闭合的情况下才允许所述内部电子开关222闭合输出。另外，从所述STO功能电路200的原理框架图可以看出，由所述同或逻辑电路206一起实现的是同或门逻辑功能，跟上述STO功能表(真值表)的逻辑不符合，因此所述同或门逻辑电路206的输出还要经过所述输出电子开关203，而所述输出电子开关203受到来自所述电源130的外部24V电源信号的控制，这样就实现了STO功能表的逻辑要求。
综上所述，通过图2所示的STO电路200可以实现以下功能：
当所述抱闸接触器辅助开关K1和K2同时闭合时，所述IGBT上桥控制电源205和所述IGBT下桥控制电源215均获得IGBT控制电源输出，因此所述变频器140被允许运行；而当所述抱闸接触器辅助开关K1和K2的其中至少一个断开时，所述IGBT上桥控制电源205和所述IGBT下桥控制电源215就没有获得IGBT控制电源输出，因此所述变频器140就被禁止运行；
并且，所述抱闸控制器辅助开关K1和K2两者闭合的时间间隔不能超过1秒，在上述时间间隔超过1秒时所述IGBT上桥控制电源205和所述IGBT下桥控制电源215就没有控制电源输出，此时所述变频器140同样被禁止运行，从而防止抱闸接触器带故障运行；另外，在所述变频器140的运行过程中当抱闸控制器出现故障时，所述变频器140必须重新上电并且排除所述抱闸接触器的故障之后，方被允许重新运行。
相较于现有技术，本发明提供的STO电路200采用变频器驱动使能控制，不存在老化问题，提高了可靠性，增加寿命；并且，由于省掉了两个运行接触器，简化了布线，减少线间干扰，降低EMC风险，还可以减少了材料成本和组装成本，并减少了控制柜空间，使结构更为紧凑。另外，由于没有运行接触器的使用，减少了运行接触器的电开关噪音。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。
Claims (8)
1.一种安全扭矩关断功能电路，其特征在于，包括第一STO支路、第二STO支路、控制电源和内部电子开关，所述第一STO支路和所述第二STO支路分别包括输出电子开关和同或逻辑电路，其中，所述同或逻辑电路的输入端分别连接到所述第一STO支路的输出电子开关和所述第二STO支路的输出电子开关，且所述第一STO支路和所述第二STO支路的同或逻辑电路的输出端通过与门连接到所述内部电子开关，且所述控制电源通过所述内部电子开关进一步连接到所述第一STO支路的输出电子开关和所述第二STO支路的输出电子开关；所述第一STO支路和所述第二STO支路只有在其相应的抱闸接触器辅助开关和同时闭合时才获得外部电源供电而允许变频器工作。
2.如权利要求1所述的安全扭矩关断功能电路，其特征在于，所述第一STO支路的输出电子开关的输出端还通过欠压保护单元连接到上桥控制电源，而所述第二STO支路的输出电子开关的输出端还通过欠压保护单元连接到下桥控制电源。
3.如权利要求2所述的安全扭矩关断功能电路，其特征在于，所述第一STO支路和所述第二STO支路还分别包括电磁兼容电路和隔离光耦，其中所述电磁兼容电路通过所述隔离光耦连接到所述输出电子开关。
4.如权利要求3所述的安全扭矩关断功能电路，其特征在于，所述第一STO支路的电磁兼容电路和所述第二STO支路的电磁电容电路分别通过不同的抱闸接触器辅助开关连接到外部电源。
5.如权利要求1所述的安全扭矩关断功能电路，其特征在于，所述同或逻辑电路包括同或门和第一上电延时电路；其中，所述同或门的两个输入端分别作为所述同或门逻辑电路的输入端，并且分别连接到所述第一STO支路和所述第二STO支路的输出端，所述第一上电延时电路连接到所述同或门。
6.如权利要求5所述的安全扭矩关断功能电路，其特征在于，所述同或逻辑电路还包括第一与非门、第二与非门和第二上电延时单元，其中，所述第一与非门的其中一个输入端连接到所述异或门的输出端，而另一个输入端连接到所述第二与非门的输出端；所述第二与非门的两个输入端分别连接到所述第一与非门的输出端和所述第二上电延时单元。
7.如权利要求6所述的安全扭矩关断功能电路，其特征在于，所述同或逻辑电路还包括非门，所述非门的输入端连接到所述第一与非门的输出端，而其输出端连接到所述与门的其中一个输入端。
8.一种电梯安全控制系统，其特征在于，包括抱闸电路、电源和变频器，其中所述变频器包括如权利要求1至7中任一项所述的具有第一STO支路和第二STO支路的STO功能电路，其中，所述抱闸电路包括两个抱闸接触器辅助开关，所述电源分别通过所述两个抱闸接触器辅助开关连接到所述变频器的第一STO支路和第二STO支路。
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