CN114988247A - 一种基于电流检测的失电制动控制方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电流检测的失电制动控制方法与系统，涉及电梯制动控制领域，包括步骤：接收制动器打开信号，并根据制动器打开信号给电磁铁线圈施加第一衔铁电压；获取电磁铁线圈内流通的实时电流信息，并基于实时电流信息绘制实时电流波形图；在实时电流波形图判断波形出现下陷波谷时判断电磁铁线圈内衔铁动作正常并生成电压切换信号；根据电压切换信号在预设延时时长后给电磁铁线圈施加第二衔铁电压完成制动器打开动作。本发明基于衔铁运动过程中会产生运动电势进而导致线圈内电流减小这一关键特性，实现对制动器打开与否的判断，安全性更高，能耗更小。

Description

一种基于电流检测的失电制动控制方法与系统

技术领域

本发明涉及电梯制动控制领域，具体涉及一种基于电流检测的失电制动控制方法与系统。

背景技术

失电制动器通常采用电磁铁的电磁吸引力来打开制动器，安全装置或安全电路通过控制电磁铁线圈的端部电压，在需要保护时切断电磁铁线圈的电源，从而使制动器进行机械可靠制动。而当要结束制动时，再次通电将电磁铁的衔铁吸附，实现制动器的打开。为了安全需要，通常要增加检测开关来验证电磁铁的衔铁是否动作，防止制动器未打开时的电扶梯(本发明中的电扶梯包括但不限于电梯、自动扶梯、自动人行道等一系列基于失电制动的电动扶梯装置)带闸运行引起的闸瓦过度磨损引起的制动失效故障。然而，检测开关的可靠性和使用寿命有限，实际使用过程中也常因检测开关安装、调整不到位引起的系统误动作。

除了上述问题，现有扶梯的失电制动器为了降低能耗，加在电磁铁线圈上的电压通常在电磁铁吸合前、后分别设为大值和小值，而电压的大值和小值通常是按电磁铁的设计值进行定量给定。但是，为应对电磁铁线圈发热引起的电阻压降增大及电源电压波动的影响，通常电压给定值留有较大余量，且大值的作用时间通常是固定的，并留有比较大的余量，并不是最优的节能状态。

发明内容

为了解决现有技术中扶梯失电制动过程中的不足之处，本发明提出了一种基于电流检测的失电制动控制方法，包括步骤：

S1：接收制动器打开信号，并根据制动器打开信号给电磁铁线圈施加第一衔铁电压；

S2：获取电磁铁线圈内流通的实时电流信息，并基于实时电流信息绘制实时电流波形图；

S3：根据实时电流波形图判断波形是否出现下陷波谷，若是，判断电磁铁线圈内衔铁动作正常，生成电压切换信号并进入S4步骤；

S4：根据电压切换信号在预设延时时长后给电磁铁线圈施加第二衔铁电压完成制动器打开动作。

进一步地，所述S3步骤中，若预设安全时长后仍未出现下陷波谷，则还包括步骤，

S31：返回制动器打开异常信号并发出声光警告。

进一步地，当衔铁处于静止状态下时，电磁铁线圈内存在电阻电势和感应电势，当衔铁处于运动状态下时，电磁铁线圈内存在电阻电势、感应电势和运动电势。

进一步地，所述S3步骤中，下陷波谷的形成过程为：

当衔铁受电磁铁线圈吸引并向电磁铁线圈方向移动的过程中，电磁铁线圈内流通电流减小，在衔铁吸附于电磁铁线圈后，电磁铁线圈内流通电流恢复增大。

进一步地，所述制动器在打开过程中，线圈电压的变化表示为如下公式：

式中，U为线圈电压，R为线圈电阻，I为线圈电流，L为线圈电感，t为时间,d为微分操作，

为偏导数操作。

本发明还提出了一种基于电流检测的失电制动控制系统，包括：

主控模块，用于在接收到制动器打开信号后控制电磁铁线圈接入第一衔铁电压并运行；

电流检测模块，用于检测电磁铁线圈内流通的实时电流信息；

波形检测模块，用于根据实时电流信息绘制实时电流波形图，并在波形出现下陷波谷时发送电压切换信号；

主控模块，还用于在接收到电压切换信号后控制电磁铁线圈接入第二衔铁电压完成制动器打开动作。

进一步地，若预设安全时长后仍未出现下陷波谷，波形检测模块还用于发送制动器打开异常信号并发出声光警告。

进一步地，当衔铁处于静止状态下时，电磁铁线圈内存在电阻电势和感应电势，当衔铁处于运动状态下时，电磁铁线圈内存在电阻电势、感应电势和运动电势。

进一步地，所述下陷波谷的形成过程为：

当衔铁受电磁铁线圈吸引并向电磁铁线圈方向移动的过程中，电磁铁线圈内流通电流减小，在衔铁吸附于电磁铁线圈后，电磁铁线圈内流通电流恢复增大。

进一步地，所述制动器在打开过程中，线圈电压的变化表示为如下公式：

式中，U为线圈电压，R为线圈电阻，I为线圈电流，L为线圈电感，t为时间,d为微分操作，

为偏导数操作。

与现有技术相比，本发明至少含有以下有益效果：

(1)本发明所述的一种基于电流检测的失电制动控制方法与系统，基于衔铁运动过程中会产生运动电势进而导致线圈内电流减小这一关键特性，通过对线圈内电流的实时检测，无需借助其它设备即可实现对制动器打开与否的判断，判断效果更直接，且不会受增加设备自身误差的影响；

(2)相较于现有技术通过固定时间进行电压的切换，本发明基于真实衔铁动作发生的时间进行电压切换的控制，大大减少由于高电压持续保持引起的能耗浪费。

附图说明

图1为一种基于电流检测的失电制动控制方法的方法步骤图；

图2为一种基于电流检测的失电制动控制系统的系统结构图；

图3为线圈电压变化时序示意图；

图4为线圈电流变化时序示意图；

图5为制动器结构示意图；

附图标记说明：1-电磁铁线圈、2-衔铁、3-复位弹簧、4-闸瓦、5-制动轮、X-衔铁位移方向。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例一

针对现有技术中对于扶梯失电制动的检测往往依赖假装的检测开关，导致实际应用极易受开关本身安装误差造成误动作，以及能耗控制偏高，不是最佳节能状态的问题，如图1所示，本发明提出了一种基于电流检测的失电制动控制方法，包括步骤：

S1：接收制动器打开信号，并根据制动器打开信号给电磁铁线圈施加第一衔铁电压；

S2：获取电磁铁线圈内流通的实时电流信息，并基于实时电流信息绘制实时电流波形图；

S3：根据实时电流波形图判断波形是否出现下陷波谷，若是，判断电磁铁线圈内衔铁动作正常，生成电压切换信号并进入S4步骤；

S4：根据电压切换信号在预设延时时长后给电磁铁线圈施加第二衔铁电压完成制动器打开动作。

而当预设安全时长后仍未出现下陷波谷，则还包括步骤，

S31：返回制动器打开异常信号并发出声光警告。

在本发明中，电磁铁线圈(包括其内部的衔铁)作为一个整体，由于外部供电电压是稳定的，因此，撇开制动器过程中微小的自然能耗损失不谈，基于电势守恒定律，其内部各部分的电压总和应当是保持一致的。基于这一定律，结合图3、图4和图5，我们来对制动器打开操作过程中的电势变化进行分析。

当制动器处于闭合状态下时，也即是电磁铁线圈1未通电的状态下，线圈内电压为0伏特，电流为0安培，此时衔铁2在复位弹簧3的作用下向弹簧作用力方向移动(亦可改变结构通过重力进行重力方向上的衔铁移动控制)，进而带动闸瓦4受力压顶于扶梯的制动轮5，使扶梯减速或者处于静止状态。

而接收到制动器打开信号且衔铁并未移动前，电磁铁线圈接入电源的第一衔铁电压(即图3中的V1)。此时由于电磁铁线圈两端电压的突变，导致电磁铁线圈产生巨大的感应电势来阻止线圈中电流的流通，因此电流会由0A开始随着感应电势的减小逐渐增大(对应于图4中0-t0阶段)。由于电磁铁线圈的磁力大小是与电流大小呈正相关关系的，因此在电流增大到一定大小(t0处对应的电流大小)前，磁力不足以迫使衔铁压缩复位弹簧。因此，在此状态下，电磁铁线圈内只存在电阻电势和感应电势，此时线圈电压随时间变化的表达式为：

U＝R*I+L*(dI/dt)

式中，U为线圈电压，R为线圈电阻，I为线圈电流，L为线圈电感，t为时间,d为微分操作。

而当电磁铁线圈内电流增大到一定程度后，磁力大小足以迫使衔铁压缩复位弹簧，此时，由于衔铁的运动(制动器打开过程中衔铁位移方向为X)，在复位弹簧达到最大压缩量前(对应于图4中t0-t1阶段)，电磁铁线圈内的电压组成包括电阻电势、感应电势和运动电势，该阶段内线圈电压随时间变化的表达式为：

式中，

为偏导数操作，X为衔铁的行程位移量，V为衔铁的移动速度，相较于前面的公式，

即为衔铁运动过程中的运动电势。

而当衔铁压缩复位弹簧至最大压缩量后，运动电势消失，此时电磁铁线圈内又仅存在电阻电势和感应电势，电流又一次开始增大，且相较于之前增长态势更猛直至接近衔铁运动前电流大小时，电流增幅减小(对应于图4中t1至t2阶段)。

而在复位弹簧压缩复位后，为避免复位弹簧复位，可以设置一定时长(也即是预设延时时长，t2之前)，在达到该时长后，通过电压切换信号使电磁铁线圈接入的电压切换为电源的第二衔铁电压(即图3中的V2)，此后电流即可稳定在一定范围内，使衔铁始终能够保持复位弹簧最大压缩状态，也即是制动器打开状态保持。

而如果衔铁动作异常，在整个过程中未发生移动，则电磁铁线圈内始终只存在电阻电势和感应电势，因此电流并不会出现骤降的情况，而是继续按电感电流的规律继续上升。

基于上述分析，以及对公式的理解，不难看出，在运动电势加入的状态下，由于电势守恒定律，线圈内的电压是减小的，因此线圈内流通的电流大小骤降。基于此现象，本发明提出通过对实时电流的检测，并通过电流波形图进行状态分析，在电流波形出现波谷，也即是电流开始下降时，即可认定衔铁动作正常，并在一定延时时长后即可切换电磁铁线圈的电压至第二衔铁电压(第一衔铁电压大于第二衔铁电压)。

同时，由于本发明通过电流检测即可准确的检测出衔铁动作，因此相较于现有技术，无需考虑电磁铁线圈发热引起的电阻压降和电压波动的问题，进而无需给电压定值留有较大的余量。同时，可以根据实际衔铁动作发生的时间自适应的调整第一衔铁电压整体的运作时间，从而在保证衔铁动作正常的情况下，最大化减小电能的损耗，达到最优的节能状态。

实施例二

为了更好的对本发明的技术内容进行理解，本实施例通过系统结构的形式来对本发明的技术点进行说明，如图2所示，一种基于电流检测的失电制动控制系统，包括：

主控模块，用于在接收到制动器打开信号后控制电磁铁线圈接入第一衔铁电压并运行；

电流检测模块，用于检测电磁铁线圈内流通的实时电流信息(实际使用过程中还需考虑滤波等常规处理操作)；

波形检测模块，用于根据实时电流信息绘制实时电流波形图(具体可通过电流整形电路或软件采样进行获取)，并在波形出现下陷波谷时发送电压切换信号；

主控模块，还用于在接收到电压切换信号后控制电磁铁线圈接入第二衔铁电压完成制动器打开动作。

第一衔铁电压和第二衔铁电压均由电源模块提供。

进一步地，若预设安全时长后仍未出现下陷波谷，波形检测模块还用于发送制动器打开异常信号并发出声光警告。

进一步地，当衔铁处于静止状态下时，电磁铁线圈内存在电阻电势和感应电势，当衔铁处于运动状态下时，电磁铁线圈内存在电阻电势、感应电势和运动电势。

进一步地，下陷波谷的形成过程为：

当衔铁受电磁铁线圈吸引并向电磁铁线圈方向移动的过程中，电磁铁线圈内流通电流减小，在衔铁吸附于电磁铁线圈后，电磁铁线圈内流通电流恢复增大。

进一步地，制动器在打开过程中，线圈电压的变化表示为如下公式：

式中，U为线圈电压，R为线圈电阻，I为线圈电流，L为线圈电感，t为时间,d为微分操作，

为偏导数操作。

综上所述，本发明所述的一种基于电流检测的失电制动控制方法与系统，基于衔铁运动过程中会产生运动电势进而导致线圈内电流减小这一关键特性，通过对线圈内电流的实时检测，无需借助其它设备即可实现对制动器打开与否的判断，判断效果更直接，且不会受增加设备自身误差的影响。

相较于现有技术通过固定时间进行电压的切换，本发明基于真实衔铁动作发生的时间进行电压切换的控制，大大减少由于高电压持续保持引起的能耗浪费。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”、“一”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于电流检测的失电制动控制方法，其特征在于，包括步骤：

S1：接收制动器打开信号，并根据制动器打开信号给电磁铁线圈施加第一衔铁电压；

S2：获取电磁铁线圈内流通的实时电流信息，并基于实时电流信息绘制实时电流波形图；

S3：根据实时电流波形图判断波形是否出现下陷波谷，若是，判断电磁铁线圈内衔铁动作正常，生成电压切换信号并进入S4步骤；

S4：根据电压切换信号在预设延时时长后给电磁铁线圈施加第二衔铁电压完成制动器打开动作。

2.如权利要求1所述的一种基于电流检测的失电制动控制方法，其特征在于，所述S3步骤中，若预设安全时长后仍未出现下陷波谷，则还包括步骤，

S31：返回制动器打开异常信号并发出声光警告。

3.如权利要求1所述的一种基于电流检测的失电制动控制方法，其特征在于，当衔铁处于静止状态下时，电磁铁线圈内存在电阻电势和感应电势，当衔铁处于运动状态下时，电磁铁线圈内存在电阻电势、感应电势和运动电势。

4.如权利要求3所述的一种基于电流检测的失电制动控制方法，其特征在于，所述S3步骤中，下陷波谷的形成过程为：

当衔铁受电磁铁线圈吸引并向电磁铁线圈方向移动的过程中，电磁铁线圈内流通电流减小，在衔铁吸附于电磁铁线圈后，电磁铁线圈内流通电流恢复增大。

5.如权利要求1所述的一种基于电流检测的失电制动控制方法，其特征在于，所述制动器在打开过程中，线圈电压的变化表示为如下公式：

式中，U为线圈电压，R为线圈电阻，I为线圈电流，L为线圈电感，t为时间,d为微分操作，

为偏导数操作。

6.一种基于电流检测的失电制动控制系统，其特征在于，包括：

主控模块，用于在接收到制动器打开信号后控制电磁铁线圈接入第一衔铁电压并运行；

电流检测模块，用于检测电磁铁线圈内流通的实时电流信息；

波形检测模块，用于根据实时电流信息绘制实时电流波形图，并在波形出现下陷波谷时发送电压切换信号；

主控模块，还用于在接收到电压切换信号后控制电磁铁线圈接入第二衔铁电压完成制动器打开动作。

7.如权利要求6所述的一种基于电流检测的失电制动控制系统，其特征在于，若预设安全时长后仍未出现下陷波谷，波形检测模块还用于发送制动器打开异常信号并发出声光警告。

8.如权利要求6所述的一种基于电流检测的失电制动控制系统，其特征在于，当衔铁处于静止状态下时，电磁铁线圈内存在电阻电势和感应电势，当衔铁处于运动状态下时，电磁铁线圈内存在电阻电势、感应电势和运动电势。

9.如权利要求8所述的一种基于电流检测的失电制动控制系统，其特征在于，所述下陷波谷的形成过程为：

当衔铁受电磁铁线圈吸引并向电磁铁线圈方向移动的过程中，电磁铁线圈内流通电流减小，在衔铁吸附于电磁铁线圈后，电磁铁线圈内流通电流恢复增大。

10.如权利要求6所述逇一种基于电流检测的失电制动控制系统，其特征在于，所述制动器在打开过程中，线圈电压的变化表示为如下公式：

式中，U为线圈电压，R为线圈电阻，I为线圈电流，L为线圈电感，t为时间,d为微分操作，

为偏导数操作。

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