CN105819297A - 一种电子安全设备和传送机系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电子安全设备(1，2)和包含该电子安全设备的传送机系统。电子安全设备(1，2)具有安全输入(3)，用于接收安全信号(4)，电子安全设备(1，2)被配置成响应于在安全输入(3)中没有安全信号(4)时终止运行。电子安全设备(1，2)包含运行阻止电路(5)，运行阻止电路(5)被配置为检测安全输入(3)中的运行异常，该运行阻止电路(5)包含开关(6)，该开关(6)适用于当安全输入(3)中出现运行异常时使安全输入(3)短路。

Description

一种电子安全设备和传送机系统
技术领域
本文中所描述的主题涉及一种电子安全设备。
背景技术
根据安全规章，例如在自动化系统和传送机系统中必须有安全系统。当检测到安全状况某种程度地受到危及时，该安全系统中断运行(例如自动化系统/传送机系统的运行)。
通常安全系统已包含了一个或多个安全触点，适配于测量门的位置以及设备的移动极限等与安全相关的系统参数。在正常的运行中安全触点是闭合的。至少一个安全触点断开指示出潜在的风险。
在安全系统已经合格后，其经由多个安全触点输出安全信号。所传递的安全信号进一步进入一个或多个安全设备，诸如电路断路器。安全触点中的至少一个的断开会中断安全信号，其导致电路断路器切断主电路电源，从而使系统停止。
近来，电子安全设备已被接受为安全系统的一部分。电子安全设备是指执行安全相关操作的电子设备，例如影响系统安全的操作。此类电子安全设备例如可以是传送机系统中的驱动部件和制动控制单元，传送机系统特别是电梯系统、自动扶梯系统和电动步道。
电子安全设备是特别设计的设备，以根据相关联的标准，例如跟安全标准ENIEC61508来实施功能安全。
通常地，对于电子安全设备来说，存在改进的需求。
发明目的
鉴于前述内容，本发明的目的是引入一种对电子安全设备的改进。特别是，旨在提供一种解决方案，用于以更安全和更可靠的方式使电子安全设备更好的与安全系统的安全信号接口连接。
为了实现该目的，本发明公开了一种根据权利要求1的电子安全设备以及根据权利要求12的传送机系统。本发明的一些优选实施例在从属权利要求中描述。一些发明性的实施例以及不同实施例的发明性组合在说明书中以及本申请的附图中呈现。
发明内容
本发明一个方面是一种电子安全设备，该电子安全设备具有用于接收安全信号的安全输入。电子安全设备还具有安全逻辑电路，其被配置为响应于当在安全输入中没有安全信号时阻断电子安全设备的运行。电子安全设备包含运行阻止电路，其被配置为检测安全输入中的运行异常。该运行阻止电路包含开关，该开关适配用于当安全输入中出现运行异常时使安全输入短路。通过利用开关将安全输入连接到安全信号的电参考电平(例如信号地线)来使安全输入短路。这意味着，特别是，由安全输入中不允许的电压引起的安全风险可以通过使安全输入短路的方式而被避免。安全输入的短路具有与中断安全信号同样的作用；由此电子安全设备的运行被中断，并且当安全输入被短路时系统被引导到安全状态。
本发明的另外一个方面是包含安全系统的传送机系统，该安全系统配置为输出安全信号。根据本发明书，传送机系统包含电子安全设备。电子安全设备的安全输入耦合到安全信号。
根据一个或多个实施例，运行异常是安全输入中不允许的电压。
根据一个或多个实施例，运行阻止电路被配置为通过暂时使安全输入短路的方式来检测电子输入的不允许的电压。
根据一个或多个实施例，运行阻止电路被配置为通过在电子安全设备加电的情况下暂时使安全输入短路的方式，检测安全输入的不允许的电压。在加电的情况下，应当正常的中断安全信号通常以防止电子安全设备的故障运行。另一方面，当给电子安全设备加电时如果不允许的电压因为某种原因出现在安全输入中，则由其引起的有害影响可以通过上述将安全输入短路的方式而被避免。该不允许的电压例如可能由一个或多个安全触点与旁路电线的桥接引起。
根据一个或多个实施例，开关被配置为只要在安全输入中出现运行异常时就使安全输入短路。
根据一个或多个实施例，开关被配置为响应于安全输入中的过电压使安全输入短路。
根据一个或多个实施例，运行阻止电路包括电源，该电源具有耦合到开关的控制极的输出。根据一个或多个实施例，该电源被配置为在电子安全设备处于加电状态时暂时向开关的控制极供给电流。
根据一个或多个实施例，开关是半导体闸流管。
根据一个或多个实施例，电子安全设备被配置为响应于安全输入中出现安全信号时允许电子安全设备的运行。
根据一个或多个实施例，电子安全设备是电磁制动器的控制设备。
根据一个或多个实施例，电子安全设备是传送机驱动单元。
本发明使设计一种不需要使用任何一种特定的用于安全输入监视和保护的安全相关的电脑软件的电子安全设备成为可能。因此，安全相关的软件设计和确认过程所需要的工作量可以被省略或者至少减少。
在一些实施例中，传送机系统是一种电梯系统。在一些可替换的实施例中，传送机系统是自动扶梯系统。在另外一些替选的实施例中，传送机系统是电动步道。
前述的发明内容，以及下文所述的本发明另外的特征和另外的优点，可借助后续对实施例的说明而更好地得到理解，所述的说明不限制本发明应用的范围。
附图说明
图1示出根据示例性实施例的电梯系统的框图。
图2示出根据示例性实施例的运行阻止电路的电路图。
具体实施方式
为了便于理解，在图1和2中仅示出了被认为是对理解本发明必要的特征。因此，在相应工艺中例如广为人知的某些元件/功能可能没有被示出。
在说明中相同的附图标记总是用于相同的项。
图1表示根据示例性实施例的电梯系统的框图。图1的电梯系统包含电梯驱动器，其可根据来自电梯乘客的服务请求操作以利用曳引电机14驱动电梯井道中的电梯轿厢。
曳引电机14优选地是一种电动机，例如永磁电动机，感应电动机，磁阻电动机或者相应的电动机。取决于电梯配置，曳引电机14可以为线性电机或者旋转电机。曳引电机14的运动/旋转部分机械耦合到电梯轿厢，使得驱动电极使电梯轿厢移动。电机14通过利用电子电源装置2向电机供应电流而被驱动。图1的电梯驱动具有一个旋转永磁同步电机14。频率转换器2用于从输电干线15将电能供给永磁同步电机14。
两个电磁制动器13适用于将曳引电机14的运动制动从而将电梯轿厢的运动制动。当电梯空转的时候施加制动器13，当电梯运行期间制动器是断开的。
两个电磁制动器13都包含固定到曳引电机14的机架上的机架部，以及可移动地支承在机架部上的电枢部。电磁体被安装在机架部内部。当给电磁体供应电流时，电枢部解除曳引电机14的制动面从而断开制动器。当中断电磁体的电流供应时，电枢部接合制动面从而施加制动器。利用电子制动控制单元1控制电磁体的电流供给。制动控制单元1连接到输电干线15。
图1的电梯系统包含安全系统，其包含多个连接到电子安全控制器8的安全触点9A、9B。例如安装安全触点9A、9B用于监管电梯井道入口的位置/闭锁以及电梯轿厢的超速限制器的操作。一个或多个安全触点9A，9B可以串联连接。在正常电梯运行期间安全触点9A、9B是闭合的。安全触点9A，9B的断开指示电梯系统的运行异常，例如电梯井道入口的打开，电梯轿厢到达允许移动的极限限位开关处，超速限制器的激活等。
电子安全控制器8是一种符合ENIEC61508安全标准和相应EN-81电梯标准的专用微处理器控制安全设备。制动控制单元1和频率转换器2也是符合这些标准的电子安全设备。安全控制器8，制动控制单元1以及频率转换器2都设计以遵守SIL3安全完整性水平。
电子安全控制器8基于来自安全触点9A，9B的读数监测电梯系统的安全。电子安全控制器8在正常电梯运行期间输出安全信号4。制动控制单元1和频率转换器2二者具有连接到安全信号4的安全输入3。当安全触点9A，9B的至少一个断开时，电子安全控制器8确定运行异常并中断安全信号4。中断安全信号4的影响在于，频率转换器2使曳引电机14的电源断开并且制动控制单元1激活电磁制动器13，以中断曳引电机14的运动，从而引导电梯系统至安全状态。
频率转换器2和制动控制单元1二者装备有安全逻辑电路，其配置为响应安全输入3中无安全信号4时阻断频率转换器2/制动控制单元1的运行。频率转换器2装备有安全转矩断开逻辑电路2’，其是一种SIL3水平的安全逻辑电路，其在安全信号4中断的情况下负责断开曳引电机14的电源。相应地，制动控制单元1装备有制动施加逻辑电路1’，其在安全信号4中断情况下负责至电磁体的电流中断以施加电磁制动器13。安全转矩断开逻辑电路2’(称为“驱动阻止逻辑电路”，编号15)的操作以及制动施加逻辑电路1’(称为“制动退出逻辑电路”，编号16)记载在申请号WO2013/178874A1的国际专利中，在此以引用的方式并入作为参考。
图2示出如何产生安全信号4的示例性实施例。DC电压源11提供从频率转换器2到电子安全控制器8的+24VDC电压。在电子安全控制器8中存在的具有彼此串联连接的触点的两个安全继电器16，并且+24VDC电压连接到触点串联连接的一端。触点串联连接的另一端形成到安全信号4的输出，并且安全信号4从电子安全控制器8进一步连接到制动控制单元1和频率转换器2的安全输入3。电子安全控制器8中的计算机运行控制安全继电器16的安全程序，以使得在正常电梯运行期间安全继电器触点是闭合，允许+24VDC电压安全信号4连接到制动控制单元1和频率转换器2的安全输入3。电子安全控制器8通过断开安全继电器16的触点来中断安全信号4，以使得+24VDC安全信号电压不再从电子安全控制器8到安全输入3经过。
在频率转换器2中安全信号4从安全输入3到安全转矩断开逻辑电路2’。相应地，在制动控制单元1中安全信号4从安全输入3到制动施加逻辑电路1’。
进一步地，特定的运行阻止电路5与制动控制单元1的安全输入3和频率转换器2的安全输入3相关联。图2示出了运行阻止电路5的电路图。运行阻止电路5可操作用于检测安全输入3的运行异常并在检测到运行异常的情况下阻止电梯运行。运行异常可能由安全输入3的过电压引起。运行异常也可能是由于安全输入中在错误时刻出现的电压引起的，错误时刻例如是根据电梯系统的普遍状态不允许的时刻。例如，在电梯系统的加电状态期间，如果电压出现在安全输入中，在电源打开而且电梯设备正在初始化的时刻，则检测到运行异常。利用运行阻止电路5可以增强制动控制单元1和频率转换器2的安全。此后，将运行阻止电路5的工作原理在与两种运行异常关联地公开：第一种情况是安全输入中的过电压，第二种情况是频率转换器2/制动控制单元1的加电状态。
安全输入的过电压
运行阻止电路5包含半导体闸流管6。半导体闸流管6的阳极连接到二极管17的阴极，半导体闸流管6的阴极连接到安全信号4的信号地线10。二极管17的阳极进一步连接到安全输入终端3，并且二极管17的目的是防止向安全信号4的信号路径输出不允许的电压。
两个齐纳二极管18每一个具有30伏的击穿电压，其串联连接在半导体闸流管6的阳极和半导体闸流管6的栅极6’之间。另外地，限流电阻器19与齐纳二极管18串联。
电阻器20和低通滤波电容器21并联连接在半导体闸流管栅极6’和安全信号4的信号地线10间。
当安全输入3中的电压超过60伏时，齐纳二极管18开始导通。在这个时候电流开始流向半导体闸流管栅极6’，开启半导体闸流管6。当被开启的时候，半导体闸流管6使安全输入3通过二极管17连接到信号地线10而短路。这与利用安全控制器8中断安全信号4具有同样的作用，例如安全转矩断开逻辑电路2’使曳引电机14断电并且制动施加逻辑电路1’施加电磁制动器13，从而电梯运行被阻止。
由于其运行特性，只要不允许的电压出现在安全输入3中，则半导体闸流管6就持续导通。恢复电梯运行要求首先移除不允许的电压供给以切断半导体闸流管6。
进一步地，箝位二极管23连接在安全输入3和安全信号地线10之间。箝位二极管阻止安全输入3中的负电压。低通滤波电容器22与箝位二极管23并联的连接，用于平滑安全输入3中的高频电压扰动。
加电状态
当电源开启后，电梯控制部件的运行首先被初始化。初始化包括对例如电容器的电气元件的充电，电脑控制软件的启动等。在初始化期间很重要的是阻止电梯运行，因为电梯控制部件的运行状态在此刻是未被定义的。通常，由安全系统负责运行阻止。因此，例如，电子安全控制器8被设计为使得安全继电器16的触点在启动状态期间保持断开以切断安全信号4。
然而，如果一个外部的+24VDC电压因为某种原因越过电子安全控制器8而直接连接到安全输入3，则存在这样一种风险，即制动施加逻辑电路1’和安全转矩断开逻辑电路2’会将其解释为断开电磁制动器13的许可并向曳引电机14馈送电流。例如在维护操作期间利用旁路导线通过手动地将安全继电器16的触点旁路，外部电压的连接可能发生。另外一种原因可能是控制电缆中的短路电路。
为了防止任何此类不期望的情况，运行阻止电路5具有电源7，其在制动控制单元1/频率转换器2的加电状态期间将电流通过电阻器24馈送到半导体闸流管栅极6’。只需要暂时性供电以开启半导体闸流管6。当开启后，如前所述，半导体闸流管6将安全输入3短接到安全信号4的地线10。只要任何外部不允许的电压出现在安全输入3中，半导体闸流管6就维持导通状态并且安全输入3维持短路。因此，安全转矩断开逻辑电路2’和制动施加逻辑电路1’阻止电梯运行，电梯安全得以保证。
制动控制单元1以及电子安全控制器8可以集成到频率转换器2中对于技术人员来说是很明显的。
这里之前与电梯系统关联地公开了本发明。然而，技术人员可以很容易的理解本发明可以在自动化系统和其他传送机驱动系统中实施，例如在自动扶梯驱动系统或电动步道驱动系统中实施。
如上，通过借助于实施例的几个示例描述了本发明。对本领域技术人员来说很明显的是本发明不仅限于如上所述的实施例，而是在权利要求限定的发明性概念范围内，多种其他的应用也是可能的。

Claims (12)

1.一种电子安全设备(1，2)，具有用于接收安全信号(4)的安全输入(3)和安全逻辑电路(1’，2’)，所述安全逻辑电路(1’，2’)被配置为响应于所述安全输入(3)中没有所述安全信号(4)阻断所述电子安全设备(1，2)运行，其特征在于，所述电子安全设备(1，2)包含运行阻止电路(5)，所述运行阻止电路(5)被配置为检测所述安全输入(3)中的运行异常，所述运行阻止电路(5)包含开关(6)，所述开关(6)适用于当运行异常出现在所述安全输入(3)中时使安全输入(3)短路。
2.根据权利要求1所述的电子安全设备，其特征在于，所述运行异常为所述安全输入(3)中的不允许的电压。
3.根据权利要求2所述的电子安全设备，其特征在于，所述运行阻止电路(5)被配置为通过暂时使所述安全输入(3)短路来检测所述安全输入(3)中的不允许的电压。
4.根据权利要求3所述的电子安全设备，其特征在于，所述运行阻止电路(5)被配置为在所述电子安全设备(1，2)加电状态下通过暂时使所述安全输入(3)短路来检测所述安全输入(3)中的不允许的电压。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电子安全设备，其特征在于，所述开关(6)被配置为只要所述运行异常出现在所述安全输入(3)中就使所述安全输入(3)短路。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电子安全设备，其特征在于，所述开关(6)被配置为响应于所述安全输入(3)中的过电压使所述安全输入(3)短路。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电子安全设备，其特征在于，所述运行阻止电路(5)包含电源(7)，所述电源(7)具有耦合到所述开关(6)的控制极(6’)的输出。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电子安全设备，其特征在于，所述开关为半导体闸流管(6)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的电子安全设备，其特征在于，所述电子安全设备(1，2)被配置为响应于安全信号(4)出现在所述安全输入(3)中允许所述电子安全设备运行。
10.根据前述权利要求中任一项所述的电子安全设备，其特征在于，所述电子安全设备(1)是电磁制动器(13)的控制设备。
11.根据前述权利要求中任一项所述的电子安全设备，其特征在于，所述电子安全设备(2)是传送机驱动单元。
12.一种包含被配置为输出安全信号(4)的安全系统(8)的传送机系统，其特征在于，所述传送机系统包含根据权利要求1-11中任一项所述的电子安全设备(1，2)，所述电子安全设备(1，2)的安全输入(3)耦合到所述安全信号(4)。
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