CN110562811A - 安全回路状态检测装置及电梯系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种安全回路状态检测装置及电梯系统，所述检测装置包括高阻隔离单元、电压转换单元以及微控制单元；所述高阻隔离单元的输入端与所述安全接触器的控制部并联连接，并将所述安全接触器的控制部两端的电压隔离输出；所述电压转换单元，用于将所述高阻隔离单元输出的交流电转换为大于或等于零的第一低压模拟信号；所述微控制单元，用于根据第一低压模拟信号判断所述安全回路的状态，并在安全回路的状态为导通时控制安全接触器闭合。本发明实施例通过对安全回路末端电压进行采样和转换，直接向微控制单元输出与安全回路末端电压对应的第一低压模拟信号，能够可靠检测安全回路的状态，解决了高楼层时安全回路状态误判的问题。

Description

安全回路状态检测装置及电梯系统

技术领域

本发明实施例涉及电梯控制领域，更具体地说，涉及一种安全回路状态检测装置及电梯系统。

背景技术

为保证电梯安全运行，电梯上装有许多安全部件，只有在每个安全部件都正常的情况下，电梯才能正常运行，否则电梯立即停止运行。上述每个安全部件上分别装设有一个安全开关，所有的安全开关串联连接形成安全回路。该安全回路的末端连接有安全接触器(运行及抱闸接触器)，只有安全回路导通，即所有安全开关都闭合时，安全接触器吸合，电梯才能得电运行。

上述安全回路的状态检测对于电梯的安全可靠运行尤为重要。在传统的安全回路状态检测方案中，大多采用光耦隔离方式检测安全回路末端电压与阈值电压的关系，然后输出开关量信号给微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)，并由微控制单元来判断所有安全开关是否接通。

然而，上述微控制单元并不能获取安全回路末端的实际电压，且由于光耦的电流传输比(Current Transfer ratio，CTR)具有很大的离散性，检测的阈值电压无法精确设定，同样的电路参数，各单板的实际检测的阈值并不相同。因此需对各个单板进行阈值设置。

然而，若阈值偏高，当楼层较高时，即使所有安全开关闭合，但因安全回路线路和安全开关上压降较大，导致安全回路末端电压小于检测阈值，微控制单元将判定为安全回路断开，即出现了安全回路状态误判。若阈值偏低，低于所有安全开关闭合后的末端电压，则微控制单元会判定为安全回路导通，并吸合安全接触器，但此时的安全回路末端电压有可能已经低于安全接触器可靠吸合的最小电压了，无法保证安全接触器可靠吸合。

发明内容

本发明实施例针对上述安全回路的状态检测时，由于采用光耦导致不能获取安全回路末端的实际电压，并导致容易出现安全回路状态误判的问题，提供一种安全回路状态检测装置及电梯系统。

本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种安全回路状态检测装置，所述安全回路位于电梯系统，所述安全回路的末端连接有安全接触器的控制部，且所述安全接触器的触点部连接到电梯控制器的逆变模块的输出端；所述检测装置包括高阻隔离单元、电压转换单元以及微控制单元；所述高阻隔离单元的输入端与所述安全接触器的控制部并联连接，并将所述安全接触器的控制部两端的电压隔离输出；所述电压转换单元，用于将所述高阻隔离单元输出的交流电转换为大于或等于零的第一低压模拟信号；所述微控制单元，用于根据所述第一低压模拟信号判断所述安全回路的状态，并在所述安全回路的状态为导通时控制所述安全接触器闭合。

优选地，所述微控制单元在所述第一低压模拟信号的电压值由小于第二电压上升到第二电压时，将所述安全回路的状态由断开切换到欠压；所述微控制单元在在所述第一低压模拟信号的电压值由小于第四电压上升到第四电压时，将所述安全回路的状态由欠压切换到导通；所述微控制单元在在所述第一低压模拟信号的电压值由大于第三电压下降到第三电压时，将所述安全回路的状态由导通切换到欠压；所述微控制单元在在所述第一低压模拟信号的电压值由大于第一电压下降到第一电压时，将所述安全回路的状态由欠压切换到断开；所述第一电压小于第二电压，所述第二电压小于第三电压，所述第三电压小于第四电压。

优选地，所述检测装置还包括电子变压器，所述安全回路的供电接口连接到所述电子变压器输出端，且所述电子变压器的输入端连接到外部供电电源；所述微控制单元与所述电子变压器通讯连接，并在所述安全回路的状态为欠压且达到预设时长时使所述电子变压器提高输出电压，直到所述微控制单元确认所述安全回路的状态为导通。

优选地，所述电压转换单元包括运放采样子单元和偏置转换子单元；所述运放采样子单元的输入端连接到所述高阻隔离单元的输出端，并将所述高阻隔离单元的输出电压转换为低压信号输出；所述偏置转换子单元的输入端连接到所述运放采样子单元的输出端，并将输入的低压信号转换为所述第一低压模拟信号输出。

优选地，所述高阻隔离单元的最前级串接有金属化薄膜电容。

优选地，所述检测装置还包括保护信号处理单元，所述保护信号处理单元的输入端连接到所述运放采样子单元的输出端，并在所述运放采样子单元输出的低压信号在预设范围内时向驱动层输出保护信号，使所述驱动层停止向逆变模块输出脉冲宽度调制信号。

优选地，所述保护信号处理单元包括运放整流子单元、阈值比较子单元；所述运放整流子单元的输入端连接到所述运放采样子单元的输出端，并将输入的低压信号转换为第二低压模拟信号输出；所述阈值比较子单元的正相输入端连接基准电压，所述阈值比较子单元的反向输入端连接所述运放整流子单元的输出端，且所述阈值比较子单元的输出端连接到所述驱动层。

优选地，所述阈值比较子单元包括比较器，且所述比较器的正相输入端与输出端之间连接有滞回电阻。

优选地，所述运放整流子单元包括第一运算放大器和第二运算放大器；所述第一运算放大器的反相输入端经由第一限流电阻连接到所述电压转换单元的输出端，所述第一运算放大器的正相输入端经由第二限流电阻接地；所述第二运算放大器的反相输入端经由第三限流电阻和第一二极管连接所述第一运算放大器的输出端，所述第二运算放大器的正相输入端经由第四限流电阻接地；所述第一运算放大器的输出端还经由第二二极管连接所述第一运算放大器的反相输入端。

本发明实施例还提供一种电梯系统，包括安全回路、电梯控制器，所述电梯系统还包括如上所述的电梯安全回路状态检测装置。

本发明实施例的安全回路状态检测装置及电梯系统，通过对安全回路末端电压进行采样和转换，直接向微控制单元输出与安全回路末端电压对应的第一低压模拟信号，能够可靠检测安全回路的状态，解决了高楼层时安全回路状态误判的问题。本发明实施例还通过在安全回路中设置电子变压器，解决了接触器不能可靠吸合的问题。此外，本发明实施例还在安全回路异常断开时，使逆变模块停止输出，避免了安全接触器断开时的触点拉弧。

附图说明

图1是本发明实施例提供的安全回路状态检测装置的示意图；

图2是本发明实施例提供的安全回路状态检测装置中根据第一低压模拟信号判断安全回路的状态的示意图；

图3是本发明另一实施例提供的安全回路状态检测装置的示意图；

图4是本发明实施例提供的安全回路状态检测装置的电路拓扑示意图；

图5是本发明实施例提供的安全回路状态检测装置中阈值比较子单元的滞回曲线的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，是本发明实施例提供的安全回路状态检测装置的示意图，上述安全回路位于电梯系统，该安全回路内串联连接由多个安全开关，且该安全回路的末端连接有安全接触器的控制部，上述安全接触器的触点部连接到电梯控制器的逆变模块的输出端。安全接触器的控制部包括线圈，其可在安全回路处于导通状态时使安全接触器的触点部吸合，从而逆变器模块可向曳引电机输出驱动电压，从而电梯系统运行。本实施例的安全回路状态检测装置包括高阻隔离单元11、电压转换单元12以及微控制单元13，上述微控制单元13内可集成有软件，以实现相应的逻辑控制。

高阻隔离单元11的输入端与安全接触器的控制部并联连接(即连接到安全回路的末端)，并将安全接触器的控制部两端的电压隔离输出。该高阻隔离单元11包括两个支路，每一支路包括一个或多个串联连接的电阻，以对来自安全回路的输入进行限流。

电压转换单元12用于将高阻隔离单元11输出的交流电转换为大于或等于零的第一低压模拟信号。具体地，当安全回路电压为110V交流时，该电压转换单元12可将高阻隔离单元11输出的110V交流电源转换为0～3.3V低压电，即第一低压模拟信号的幅值为3.3V，以满足微控制单元13的输入要求。当然，在实际应用中，若微控制单元13的输入电压在其他范围内时，电压转换单元12可将安全回路电压转换为对应幅值的第一低压模拟信号。

微控制单元13用于根据电压转换单元输出的第一低压模拟信号判断安全回路的状态，并在安全回路的状态为导通时控制安全接触器闭合。具体地，上述安全接触器的控制部可具有一个串接的开关管，微控制单元13的输出端连接到上述开关管的控制端，且该微控制单元13在确认安全回路的状态为导通时，向开关管输出导通信号，使安全接触器的控制部接入安全回路，从而安全回路内的电流流经安全接触器的控制部，将安全接触器的触点部吸合。

由于微控制单元接收的第一低压模拟信号直接经采样和转换生成，而无光耦隔离，因此其能真实对应安全回路末端电压，从而微控制单元13能够可靠检测安全回路的状态，解决了高楼层时安全回路状态误判的问题。

结合图2所示，微控制单元13在第一低压模拟信号的电压值由小于第二电压V2上升到第二电压V2时(例如在在电梯系统启动)，将安全回路的状态由断开切换到欠压，而第一低压模拟信号的电压值小于第二电压V2时，微控制单元13输出断开信号，并使安全接触器保持断开。在安全回路启动(即所有安全开关导通)时，若第一低压模拟信号的电压值大于第二电压，且小于第四电压时，微控制单元13输出欠压信号。

微控制单元13在第一低压模拟信号的电压值由小于第四电压V4上升到第四电压V4时，将安全回路的状态由欠压切换到导通，同时控制安全接触器闭合。在第一低压模拟信号的电压值在第四电压V4以上时，微控制单元13持续输出导通信号，使安全接触器保持闭合。

在第一低压模拟信号的电压值由大于第三电压V3下降到第三电压V3时(例如安全回路中的任一安全开关突然断开)，微控制单元13将安全回路的状态由导通切换到欠压；在第一低压模拟信号的电压值由大于第一电压V1下降到第一电压V1时，微控制单元13将安全回路的状态由欠压切换到断开。

上述第一电压V1小于第二电压V2，第二电压V2小于第三电压V3，第三电压V3小于第四电压V4。

具体地，微控制单元13在判断安全回路状态时，可先根据变压比，将接收的第一低压模拟信号的电压值转换为安全回路末端的实际电压，然后根据转换所得的安全回路末端的实际电压进行判断。例如当安全回路的电压为110V交流时，上述第一电压V1对应的安全回路末端的实际电压可为23V，第二电压V2对应的安全回路末端的实际电压可为28V，第三电压V3对应的安全回路末端的实际电压可为75V，第四电压V4对应的安全回路末端的实际电压可为80V。

当电梯系统应用于较高楼层的建筑时，所有安全开关导通后安全回路末端的电压可能低于安全接触器可靠吸合所需的最小电压，此时微控制单元13输出的安全回路的状态为欠压，维保人员可在微控制单元13输出欠压信号且持续一端时间后，人为抬高安全回路的输入端变压器的输出电压。

在本发明的一个实施例中，安全回路状态检测装置可还包括电子变压器，该电子变压器的输出端连接到安全回路的供电接口，且电子变压器的输入端连接到外部供电电源。微控制单元13与电子变压器通讯连接，并在确认安全回路的状态为欠压且达到预设时长时，该微控制单元13向电子变压器的控制回路输出信号，使电子变压器提高输出电压，直到微控制单元13确认安全回路的状态为导通。

具体地，微控制单元13可通过通讯方式将当前的安全回路末端电压(与第一低压模拟信号对应)发送给电子变压器，电子变压器根据该末端电压实时调节输出电压，从而实现安全回路末端电压的闭环调节，保证安全回路状态检测装置检测到安全回路导通时，安全接触器能可靠吸合。

在本发明的另一实施例中，如图3所示，电压转换单元可包括运放采样子单元121和偏置转换子单元122。其中运放采样子单元121的输入端连接到高阻隔离单元11的输出端，并将高阻隔离单元11的输出电压转换为低压信号输出，例如当安全回路电压为110V交流时，运放采样子单元121可将输入电压转换为-3.3V～3.3V低压信号；偏置转换子单元122的输入端连接到运放采样子单元122的输出端，并将输入的低压信号转换为第一低压模拟信号(例如0～3.3V)输出。

结合图4所示，运放采样子单元121可包括一个运算放大器U1，该运算放大器U1可差分采样高阻隔离单元11输出的交流电压。偏置转换子单元122具体可包括第一电阻R11、第二电阻R12以及电容C11，且第一电阻R11和电容C11串联连接在供电电压(3.3V)与参考地之间；第二电阻R12的一端连接运放采样子单元121的输出端，且该第二电阻R12的另一端连接第一电阻R11和电容C11的连接点。

当安全回路异常断开时，为防止安全接触器带电流切断导致触点拉弧，在本发明的另一实施例中，安全回路检测装置还可进行响应更快的数字量检测，保证在安全接触器动作(即切断动作)前送出信号让驱动层(例如驱动芯片)停止发波，撤掉逆变模块的输出电流，以实现接安全触器零电流切断，增加安全接触器使用寿命。具体地，如图3所示，上述安全回路状态检测装置可包括保护信号处理单元14，该保护信号处理单元14的输入端连接到运放采样子单元121的输出端，并在运放采样子单元121输出的低压信号在预设范围内时向驱动层输出保护信号，使驱动层停止向逆变模块输出脉冲宽度调制信号。由于安全接触器的动作延时通常为20ms左右，因此该保护信号处理单元14的延时应小于6ms，给驱动层处理留出时间。

结合图4所示，上述保护信号处理单元14具体包括运放整流子单元141、阈值比较子单元142。其中运放整流子单元141的输入端连接到运放采样子单元121的输出端，并将输入的低压信号转换为第二低压模拟信号输出；阈值比较子单元142的正相输入端连接基准电压，阈值比较子单元142的反相输入端连接运放整流子单元141的输出端，且阈值比较子单元142的输出端连接到驱动层。

例如当运放采样子单元121输出电压为-3.3V～3.3V时，运放整流子单元141可将运放采样子单元121输出的-3.3Vdc～+3.3Vdc信号翻转成0～3.3V的信号，滤波后送给阈值比较子单元142进行阈值比较，并根据比较结果输出保护信号到驱动层。

上述阈值比较子单元121包括比较器U2，为防止阈值比较单元122的输入信号的波动导致其输出震荡，上述比较器U2的正相输入端与输出端之间连接有滞回电阻R0，从而为比较器U2设定了一个如图5所示的滞回曲线。为保证安全回路状态检测装置检测到安全回路有效时，安全接触器能可靠吸合，比较器U2设定的滞回区间的上限设定为安全接触器可靠吸合的最小电压V2为75V，滞回区间的下限V1应使得滞回区间的幅值大于比较器输入信号的波动范围，保证比较器输出不会震荡。

运放整流子单元141具体可包括第一运算放大器U3和第二运算放大器U4；第一运算放大器U3的反相输入端经由第一限流电阻R21连接到电压转换单元12的输出端，第一运算放大器U21的正相输入端经由第二限流电阻R22接地；第二运算放大器U4的反相输入端经由第三限流电阻R31和第一二极管D1连接第一运算放大器U3的输出端；第一运算放大器U3的输出端还经由第二二极管D2连接该第一运算放大器U3的反相输入端。

此外，为防止电梯安全回路状态检测装置中，高阻隔离单元11的所有电阻发生短路失效导致安全回路开关被电梯安全回路状态检测装置旁路，可在高阻隔离单元11的最前级串接金属化薄膜电容C21、C22，该金属化薄膜电容C21、C22不存在短路失效的模式，可以隔离电梯安全回路状态检测装置对安全回路的影响。

本发明实施例还提供一种电梯系统，包括安全回路、电梯控制器以及如上所述的电梯安全回路状态检测装置。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种安全回路状态检测装置，所述安全回路位于电梯系统，所述安全回路的末端连接有安全接触器的控制部，且所述安全接触器的触点部连接到电梯控制器的逆变模块的输出端，其特征在于，所述检测装置包括高阻隔离单元、电压转换单元以及微控制单元；所述高阻隔离单元的输入端与所述安全接触器的控制部并联连接，并将所述安全接触器的控制部两端的电压隔离输出；所述电压转换单元，用于将所述高阻隔离单元输出的交流电转换为大于或等于零的第一低压模拟信号；所述微控制单元，用于根据所述第一低压模拟信号判断所述安全回路的状态，并在所述安全回路的状态为导通时控制所述安全接触器闭合。

2.根据权利要求1所述的电梯安全回路状态检测装置，其特征在于，所述微控制单元在所述第一低压模拟信号的电压值由小于第二电压上升到第二电压时，将所述安全回路的状态由断开切换到欠压；所述微控制单元在在所述第一低压模拟信号的电压值由小于第四电压上升到第四电压时，将所述安全回路的状态由欠压切换到导通；所述微控制单元在在所述第一低压模拟信号的电压值由大于第三电压下降到第三电压时，将所述安全回路的状态由导通切换到欠压；所述微控制单元在在所述第一低压模拟信号的电压值由大于第一电压下降到第一电压时，将所述安全回路的状态由欠压切换到断开；所述第一电压小于第二电压，所述第二电压小于第三电压，所述第三电压小于第四电压。

3.根据权利要求1所述的电梯安全回路状态检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括电子变压器，所述安全回路的供电接口连接到所述电子变压器的输出端，且所述电子变压器的输入端连接到外部供电电源；所述微控制单元与所述电子变压器通讯连接，并在所述安全回路的状态为欠压且达到预设时长时使所述电子变压器提高输出电压，直到所述微控制单元确认所述安全回路的状态为导通。

4.根据权利要求1所述的电梯安全回路状态检测装置，其特征在于，所述电压转换单元包括运放采样子单元和偏置转换子单元；所述运放采样子单元的输入端连接到所述高阻隔离单元的输出端，并将所述高阻隔离单元的输出电压转换为低压信号输出；所述偏置转换子单元的输入端连接到所述运放采样子单元的输出端，并将输入的低压信号转换为所述第一低压模拟信号输出。

5.根据权利要求4所述的电梯安全回路状态检测装置，其特征在于，所述高阻隔离单元的最前级串接有金属化薄膜电容。

6.根据权利要求4所述的电梯安全回路状态检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括保护信号处理单元，所述保护信号处理单元的输入端连接到所述运放采样子单元的输出端，并在所述运放采样子单元输出的低压信号在预设范围内时向驱动层输出保护信号，使所述驱动层停止向逆变模块输出脉冲宽度调制信号。

7.根据权利要求6所述的电梯安全回路状态检测装置，其特征在于，所述保护信号处理单元包括运放整流子单元、阈值比较子单元；所述运放整流子单元的输入端连接到所述运放采样子单元的输出端，并将输入的低压信号转换为第二低压模拟信号输出；所述阈值比较子单元的正相输入端连接基准电压，所述阈值比较子单元的反向输入端连接所述运放整流子单元的输出端，且所述阈值比较子单元的输出端连接到所述驱动层。

8.根据权利要求7所述的电梯安全回路状态检测装置，其特征在于，所述阈值比较子单元包括比较器，且所述比较器的正相输入端与输出端之间连接有滞回电阻。

9.根据权利要求7所述的电梯安全回路状态检测装置，其特征在于，所述运放整流子单元包括第一运算放大器和第二运算放大器；所述第一运算放大器的反相输入端经由第一限流电阻连接到所述电压转换单元的输出端，所述第一运算放大器的正相输入端经由第二限流电阻接地；所述第二运算放大器的反相输入端经由第三限流电阻和第一二极管连接所述第一运算放大器的输出端，所述第二运算放大器的正相输入端经由第四限流电阻接地；所述第一运算放大器的输出端还经由第二二极管连接所述第一运算放大器的反相输入端。

10.一种电梯系统，包括安全回路、电梯控制器，其特征在于，所述电梯系统还包括如权利要求1-9中任一项所述的电梯安全回路状态检测装置。