CN115159280A - 三通道电梯制动器安全控制电路 - Google Patents

三通道电梯制动器安全控制电路 Download PDF

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曹中圣
季荣斌
盛国栋
马祎炜
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    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
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    • B66B1/00—Control systems of elevators in general
    • B66B1/24—Control systems with regulation, i.e. with retroactive action, for influencing travelling speed, acceleration, or deceleration
    • B66B1/28—Control systems with regulation, i.e. with retroactive action, for influencing travelling speed, acceleration, or deceleration electrical
    • B66B1/32—Control systems with regulation, i.e. with retroactive action, for influencing travelling speed, acceleration, or deceleration electrical effective on braking devices, e.g. acting on electrically controlled brakes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66D—CAPSTANS; WINCHES; TACKLES, e.g. PULLEY BLOCKS; HOISTS
    • B66D5/00—Braking or detent devices characterised by application to lifting or hoisting gear, e.g. for controlling the lowering of loads
    • B66D5/02—Crane, lift hoist, or winch brakes operating on drums, barrels, or ropes
    • B66D5/24—Operating devices
    • B66D5/30—Operating devices electrical

Abstract

本发明公开了一种三通道电梯制动器安全控制电路，包括：主干电路，包括熔断器和与其串联的三个终端开关，任意一个终端开关断开均能断开所述主干电路的输出；三个通道，每个通道均用于获取外部安全信号并根据预设逻辑输出驱动信号以控制所述终端开关的导通或关断；监测电路，用于诊断各通道的短路状态并根据预设方案应对。

Description

三通道电梯制动器安全控制电路
技术领域
本发明涉及电梯领域，具体涉及一种三通道电梯制动器安全控制电路。
背景技术
经过修订后的电梯国家标准[1]和型式试验规则[2]，已允许使用安全电路切断制动器电流。电梯国家标准[1]对安全电路的要求如下：
a)如果某个故障(第一故障)与随后的另一个故障(第二故障)组合导致危险状况,则最迟应在第一故障元件参与的下一个操作程序中使电梯停止。只要第一故障仍存在,电梯的所有进一步操作都应是不可能的。在第一故障发生后且在电梯按上述操作程序停止前,不考虑发生第二故障的可能性。
b)如果两个故障组合不会导致危险状况,而它们与第三故障组合就会导致危险情况时,则最迟应在前两个故障元件中任一个参与的下一个操作程序中使电梯停止。在电梯按上述操作程序停止前,不考虑发生第三故障而导致危险情况的可能性。
c)如果存在三个以上故障同时发生的可能性,则安全电路应有多个通道和一个用来检查各通道的相同状态的监测电路。如果检测到状态不同,则应使电梯停止。对于两通道的情况,最迟应在重新启动电梯之前检查监测电路的功能。如果功能发生故障,电梯重新启动应是不可能的。
d)恢复已被切断的动力电源时,如果电梯在5.11.2.3.3a)、b)和c)的情况下能被强制再停止,则电梯无需保持在已停止的位置。
e)在冗余型安全电路中,应采取措施,尽可能限制由于某一原因而在一个以上电路中同时出现故障的危险。
显然，根据上述条款，对于三个以上故障同时发生的可能性，可按照如下系统架构设计抱闸(即制动器)控制电路：
具有多三个通道、一个检查各通道相同状态的监测电路。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种既能满足对电梯规范对电梯制动器安全控制电路的要求又实现了对电梯制动器有效地安全控制的电路。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种三通道电梯制动器安全控制电路，包括：
主干电路，包括熔断器和与其串联的三个终端开关，任意一个终端开关断开均能断开所述主干电路的输出；
三个通道，每个通道均用于获取外部安全信号并根据预设逻辑输出驱动信号以控制所述终端开关的导通或关断；
监测电路，用于诊断各通道的短路状态并根据预设方案应对。
优选地，所述外部安全信号包括电梯安全回路信号、电梯主控制回路信号和监测电路故障信号；
当上述任一信号失效时所述主干电路无输出；
当上述任一信号有效时，所述主干电路仅在上述另外二个信号均有效时才有输出。
优选地，所述每个通道包括：
传感器，用于获取外部信号；
逻辑单元，将所述外部信号根据预设逻辑处理后生成信号并输出；
执行器，根据所述逻辑单元生成的信号，输出驱动电压信号至所述终端开关。
优选地，监测电路包括：
通道诊断电路，用于对通道短路的诊断；
应对逻辑电路，在所述通道诊断电路诊断出通道发生故障后，应对逻辑电路根据预设方案应对。
优选地，通道诊断电路包括：
终端开关导通检测器件，与终端开关同步导通或关断；
驱动电压输出检测器件，当驱动电压输出时，驱动电压输出检测器件导通；
仅当终端开关导通检测器件导通且驱动电压输出检测器件不导通时，所述通道诊断电路的输出信号为低电平信号。
优选地，所述预设方案为：
当任意一个通道发生短路故障时，应对逻辑电路输出故障并锁存。
优选地，应对逻辑电路包括：
三个应对逻辑器件，所述各个通道的通道诊断电路的输出信号分别输入至各个应对逻辑器件；
晶闸管，用于接收所述应对逻辑器件的输出信号；
仅当各个通道诊断电路的输出信号全部为高电平时，各个应对逻辑器件全部导通，所述晶闸管不会收到输出的驱动信号；只要任一通道诊断电路的输出信号为低电平，所述应对逻辑器件所在串联回路将随之断开，所述晶闸管收到驱动信号导通并使所述监测电路故障信号失效。
优选地，所述预设方案为：
当多个通道同时发生短路故障时，应对逻辑电路实现输出硬关断。
优选地，应对逻辑电路包括：
三个硬关断器件，所述主干电路输出端、电梯安全回路信号、电梯主控制回路信号分别输入所述硬关断器件；
当主干电路输出端得电时，若电梯安全回路信号、电梯主控制回路信号任一输入信号为低，所在串联输出回路将断开，以熔断熔断器。
本发明还公开了一种三通道电梯制动器安全控制电路，包括：
主干电路，包括熔断器和与其串联的三个终端开关，任意一个终端开关断开均能断开所述主干电路的输出；
三个通道，每个通道均用于获取外部安全信号并根据预设逻辑输出驱动信号以控制所述终端开关的导通或关断；
监测电路，对各通道的开合状态是否相同进行检查；任一通道开合状态与其他通道不一致时，关断安全电路输出并锁存。
优选地，所述监测电路包括6个监测应对器件，其中：
第一监测应对器件、第二监测应对器件、第三监测应对器件与所述三个终端开关相对应同步导通；
第四监测应对器件、第五监测应对器件、第六监测应对器件与所述三个终端开关同步断开；
当有任意一个监测应对器件导通状态与其他器件不一致时，所述监测电路关断所有通道的驱动输出。
附图说明
本发明附图旨在示出根据本发明的特定示例性实施例中所使用的方法、结构和/或材料的一般特性，对说明书中的描述进行补充。然而，本发明附图是未按比例绘制的示意图，因而可能未能够准确反映任何所给出的实施例的精确结构或性能特点，本发明附图不应当被解释为限定或限制由根据本发明的示例性实施例所涵盖的数值或属性的范围。下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为本发明实施例一的整体系统架构图；
图2为本发明实施例一的主干电路与通道的示意图；
图3为本发明实施例一的通道诊断电路示意图；
图4为本发明实施例一的应对逻辑电路中的软关断电路示意图；
图5为本发明实施例一的应对逻辑电路中的硬关断电路示意图；
图6为本发明实施例二的主干电路与通道的示意图；
图7为本发明实施例二的监测电路示意图。
具体实施方式
实施例1
本发明的目标为：针对抱闸控制电路的各个通道可能出现的故障模式，实现相应的应对方式及危险评估，具体如下表所示：
表1.三通道实施例一故障模式分析与应对
Figure BDA0003759355490000041
Figure BDA0003759355490000051
图1所示为本实施例的实现方案。电梯抱闸安全控制电路主要包括三个通道、一个监测电路以及一个主干电路。下面是对于该电路的具体说明：
1、通道
1.1定义与逻辑
通道是指安全信号可以在其内部流通，并最终控制终端开关输出的走道。具体的，通道的作用是，获取外部安全信号，(安全电路内部监测电路生成的故障信号，也可视为“外部”安全信号进行同等处理)，再输出相应的终端开关驱动信号，以导通或关断终端开关(本文为功率半导体器件)，控制安全回路输出。每个通道均接收相同的一个或多个安全输入信号，任一通道均可独立关断安全回路的输出。
通道由用于获取外部安全信号的传感器、逻辑单元(Logic Unit)、执行器(Actuator)和终端开关组成，当外部安全信号变化时，终端开关状态与之相应变化，从而实现对安全回路输出的控制。
传感器接收电梯主干电路的外部安全信号41DG、DLB以及监测电路生成的故障信号(ERROR)。
41DG:即电梯安全回路信号，由电梯安全回路生成，当任一安全触点断开，安全回路即断开，41DG信号失效(即失电)，主干电路应无输出；41DG信号有效时，主干电路在其他条件满足时(DLB和ERROR信号均正常)才会松闸。
DLB:即主控制回路信号，由电梯主控制回路生成，当电梯需要运行时，电梯控制器发出DLB信号对抱闸进行控制。DLB信号失效时(即失电)，主干电路应无输出；DLB信号有效时，主干电路在其他条件满足时(41DG和ERROR信号均正常)才会松闸。
ERROR：即监测电路故障信号，由主干电路的内部监测电路生成。当ERROR信号失效(即失电，表示发生故障)，主干电路应无输出；ERROR信号有效时，主干电路在其他条件满足时(41DG和DLB信号均正常)才会松闸。
逻辑单元实现的逻辑为：上述任一信号失效，该通道即关断(通过关断该通道功率开关器件的驱动输出来实现)，继而关断安全回路输出，具体如下表所示：
表2.三通道实施例一通道输出逻辑：Y＝A·B·C
A B C Y
输入41DG 输入DLB 监测ERROR 驱动输出
1导通 1导通 1正常 1输出驱动
0关断 X X 0关断驱动
X 0关断 X 0关断驱动
X X 0故障 0关断驱动
执行器根据逻辑单元生成的信号，输出驱动电压至终端开关的控制端(即MOSFET栅极)。执行器输出驱动电压时，终端开关将导通，反之则关断。
终端开关根据执行器输出的驱动电压，进行导通或是关断。
1.2实现电路
可实现表2逻辑功能的具体电路设计如下：
通道电路(含主干电路)如图2所示。主干电路中，由于三通道需要，配置了一个熔断器FS1，且熔断器与三个功率开关器件依次串联而成。
图中，BKPW为制动器电源正极，BKGND为制动器电源负极。，功率开关器件以MOSFET进行示例(也可以是IGBT等类似器件)，每个MOSFET均有独自驱动回路以及驱动电源。为便于阐述核心电路，此处略去驱动电源等辅助回路。
以第一个开关器件Q1所在的通道1为例，需要41DG、DLB和ERROR三个信号全部为高(有效)，三个光耦U1-U3同时导通，TR1才会开通输出Drive1驱动信号。其他通道驱动设计与上述相同。
2、监测电路
监测电路包括如下三个部分：
1)第一部分用于实现对通道短路的诊断；
2)第二部分主要是在第一部分诊断出通道发生短路故障后的应对逻辑；
3)第三部分用于应对三个通道同时发生短路故障和/或三个通道同时发生驱动回路故障的场景。
2.1、第一部分
2.1.1、诊断逻辑
本方案中，监测功能对通道短路诊断的要求是：任一通道短路，即输出失效故障并锁存。因此监测电路需要预先实现“通道短路”的诊断功能，其逻辑如表3所示：
表3.三通道实施例一通道诊断逻辑：
Figure BDA0003759355490000071
A B Y
驱动输出Drive<sub>x</sub> 开关导通监测Diag<sub>x</sub> 输出诊断Error<sub>x</sub>
1输出驱动 1开关导通 1正常
X 0开关关断 1正常
0关断驱动 1开关导通 0故障
注：上表中下标“x”指代通道，如通道1、通道2，以下类似。
2.1.2、监测电路——通道诊断电路
可实现表3逻辑功能的具体电路设计如图3所示，诊断电路需检测开关器件是否存在危险失效，即是否出现与预期不符的导通状态。具体设计时，以图3中第一个开关器件为例对其工作原理进行如下说明：
(1)光耦U4，即终端开关导通检测器件，用于检测开关器件是否导通：
当器件导通时，D1电位与S1电位基本相同，仅存在因器件内阻RDSON导致的导通压降，该值可忽略不计。因此当器件导通时，U4光耦同时导通，反之亦然。
(2)光耦U5，即驱动电压输出检测器件，用于检测器件驱动是否输出：
当驱动输出时，驱动电压信号Drive1信号电位与驱动电源Vg1基本相同，光耦U5同时导通，反之亦然。
(3)仅当U4导通(器件导通)且U5不导通(器件栅极没有驱动)，通道诊断电路的输出信号Error1才会输出低电平信号，表示故障。否则，Error1输出高电平信号，表示器件诊断为正常。
2.2、第二部分
2.2.1、监测故障逻辑
本部分主要是在第一部分诊断出通道发生短路故障后，安全电路如何应当采取何种逻辑来生成用于关断终端开关的关断信号从而保证系统安全。
本部分需要实现的逻辑为：任一通道短路，即输出故障并锁存。本部分以第一部分给出的各通道的故障诊断信号(Errorx)作为输入信号，输出用于关断终端开关的关断信号。这里讲起输出的关断信号视为软关断信号。具体的逻辑如表4所示。
表4.三通道实施例一软关断输出逻辑：Y＝A·B·C
Figure BDA0003759355490000081
2.2.2、监测电路——软关断电路
可实现表4逻辑功能的具体电路设计如4所示，该电路需实现的功能为：在任一通道诊断出危险失效时，立即关断驱动输出，并锁存故障。具体实现电路如图4所示。
该电路包括了多个应对逻辑器件，图4中，U6为第一应对逻辑器件、U7为第二应对逻辑器件，U8为第三应对逻辑器件；本实施例中，第一应对逻辑器件、第二应对逻辑器件、第三应对逻辑器件均为光耦，当然也可以是其他的器件。
只有Error1-Error3三个诊断信号全部为高(通道正常)时，三个光耦全部导通，SCR1才不会收到驱动信号；反之，只要任一诊断信号Errorx为低(通道短路)，光耦输出所在串联回路将随之断开，晶闸管SCR1将收到驱动信号，SCR1导通后将ERROR信号持续拉低(使ERROR信号失效，关断所有通道的驱动输出)。由于晶闸管器件特性，只有断电重启，才会恢复至关断状态，否则将持续输出故障信号，由此故障锁存功能得以实现。
2.3、第三部分
2.3.1、诊断逻辑
如果三个通道均发生短路故障，即使关断驱动输出，也无法关断终端开关；或是当三个通道驱动回路故障，错误地给出驱动信号，即使开关器件没有短路，也无法切断安全回路输出。
为了应对这一特殊场景，本发明的制动器安全控制电路设置自毁功能，通过烧断熔断器(也可由断路器实现，本文仅以熔断器为例)，实现输出关断，该方法可视为硬关断。由于熔断器烧断需要现场更换，因此该功能仅在最极端情况下触发。
硬关断的逻辑如下：
a)软关断功能的故障输出不能触发该功能，例如仅一个或二个通道短路，只会闭锁驱动输出，不会熔断熔断器；
b)仅当最终输出RLB信号与安全输入信号41DG/DLB不一致时才执行。
表5.硬关断逻辑：
Figure BDA0003759355490000091
A B C Y
输入41DG 输入DLB 输出RLB 熔断器熔断
1正常 1正常 1导通 0不熔断
0异常 X 1导通 1熔断
X 0异常 1导通 1熔断
X X 0故障 0不熔断
2.3.2、监测电路——硬关断电路
可实现表5逻辑功能的具体电路设计如图5所示，当主干电路输出端信号RLB与电梯安全回路信号41DG、电梯主控制回路信号DLB不一致时，硬关断电路负责烧毁保险丝，以应对三通道全部短路或全部错误导通的极端情况。
图5中当主干电路输出端RLB得电时，第一硬关断器件U41即导通。此时，若41DG或DLB任一输入信号为低，则第二硬关断器件U42和第三硬关断器件U43串联输出回路将断开，SCR2将由BKPW经U41输出端进行驱动。电阻R1需配置为功率电阻，以熔断熔断器。
3、主干电路
如图2所示，本实施例的主干电路由一个熔断器1和三个功率开关器件Q1,Q2,Q3依次串联而成，任何一个断开都能断开抱闸输出。
实施例2
本实施例的目标与实施例1相同，其系统结构如图6所示，同样包括三个通道、一个监测电路以及一个主干电路。下面仅就与实施例1不同的地方加以说明。
本实施例中，监测电路的功能包括：
1)监测电路对各通道的开合状态是否相同进行检查；
2)出现异常时，关断安全电路输出并锁存：关断形式分软关断和硬关断；
a)软关断：三个通道开合状态不一致时，输出故障信号，关断驱动输出，开关器件断开；
b)硬关断：当抱闸输出端与安全输入信号不一致时，则烧毁保险丝，以应对三通道全部短路。或全部错误导通的极端情况。
与实施例1的系统结构(图1)相比，图6所示的系统图不需要对每个通道进行诊断，仅需监测并比较各个通道的开合状态，因此其实现比实施例1的系统结构略为简洁。
对各通道可能出现的故障模式，其应对方式及危险评估如表6所示。
表6.三通道实施例二故障模式分析与应对
故障模式 监测输出 应对方式 危险评估
三通道正常导通 正常 - 安全
三通道正常关断 正常 - 安全
任一通道开路故障，其余导通 故障 闭锁驱动 安全
任二通道开路故障，其余导通 故障 闭锁驱动 安全
三通道开路故障 正常 - 安全
任一通道短路故障，其余断开 故障 闭锁驱动 安全
任二通道短路故障，其余断开 故障 闭锁驱动 安全
三通道均短路或错误导通 故障 烧毁保险丝 安全
本实施例中，监测电路中的第二部分——软关断部分的逻辑为：任一通道开合状态与其他通道不一致，即输出故障并锁存，具体见表7。
表7.三通道实施例二软关断输出逻辑：
Figure BDA0003759355490000102
Figure BDA0003759355490000101
Figure BDA0003759355490000111
相应地，第二部分的硬件电路设计如图7所示，其工作原理如下：
该监测电路包括第一监测应对器件U21、第二监测应对器件U22、第三监测应对器件U23，以及第四监测应对器件U31、第五监测应对器件U32、第六监测应对器件U33；在本实施例中，上述监测应对器件均为光耦，当然，也可以选择其他器件。
当三个MOSFET Q1-Q3全部导通时，每个器件的漏极D与源极S电位几乎相同，因此光耦U21～U23全部导通，TR2基极由U21～U23输出的电流导通，SCR1关断，ERROR输出高电平(正常)；
三个MOSFET Q1-Q3全部关断时，每个器件的漏极D与源极S之间形同断路，因此光耦U31～U33全部关断，TR2基极由U31～U33输出所在回路导通，SCR1关断，ERROR输出高电平(正常)。
当有任一器件导通状态与其他器件不一致，TR2将无法导通，此时SCR1将收到驱动信号，SCR1导通后将ERROR信号持续拉低(关断所有通道的驱动输出)。故障锁存功能得以实现。
以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种三通道电梯制动器安全控制电路，其特征在于，包括：
主干电路，包括熔断器和与其串联的三个终端开关，任意一个终端开关断开均能断开所述主干电路的输出；
三个通道，每个通道均用于获取外部安全信号并根据预设逻辑输出驱动信号以控制所述终端开关的导通或关断；
监测电路，用于诊断各通道的短路状态并根据预设方案应对。
2.如权利要求1所述的三通道电梯制动器安全控制电路，其特征在于，
所述外部安全信号包括电梯安全回路信号、电梯主控制回路信号和监测电路故障信号；
当上述任一信号失效时所述主干电路无输出；
当上述任一信号有效时，所述主干电路仅在上述另外二个信号均有效时才有输出。
3.如权利要求1所述的三通道电梯制动器安全控制电路，其特征在于，
所述每个通道包括：
传感器，用于获取外部信号；
逻辑单元，将所述外部信号根据预设逻辑处理后生成信号并输出；
执行器，根据所述逻辑单元生成的信号，输出驱动电压信号至所述终端开关。
4.如权利要求2所述的三通道电梯制动器安全控制电路，其特征在于，监测电路包括：
通道诊断电路，用于对通道短路的诊断；
应对逻辑电路，在所述通道诊断电路诊断出通道发生故障后，应对逻辑电路根据预设方案应对。
5.如权利要求4所述的三通道电梯制动器安全控制电路，其特征在于，通道诊断电路包括：
终端开关导通检测器件，与终端开关同步导通或关断；
驱动电压输出检测器件，当驱动电压输出时，驱动电压输出检测器件导通；
仅当终端开关导通检测器件导通且驱动电压输出检测器件不导通时，所述通道诊断电路的输出信号为低电平信号。
6.如权利要求4所述的三通道电梯制动器安全控制电路，其特征在于，所述预设方案为：
当任意一个通道发生短路故障时，应对逻辑电路输出故障并锁存。
7.如权利要求6所述的三通道电梯制动器安全控制电路，其特征在于，应对逻辑电路包括：
三个应对逻辑器件，所述各个通道的通道诊断电路的输出信号分别输入至各个应对逻辑器件；
晶闸管，用于接收所述应对逻辑器件的输出信号；
仅当各个通道诊断电路的输出信号全部为高电平时，各个应对逻辑器件全部导通，所述晶闸管不会收到输出的驱动信号；只要任一通道诊断电路的输出信号为低电平，所述应对逻辑器件所在串联回路将随之断开，所述晶闸管收到驱动信号导通并使所述监测电路故障信号失效。
8.如权利要求4所述的三通道电梯制动器安全控制电路，其特征在于，所述预设方案为：
当多个通道同时发生短路故障时，应对逻辑电路实现输出硬关断。
9.如权利要求8所述的三通道电梯制动器安全控制电路，其特征在于，应对逻辑电路包括：
三个硬关断器件，所述主干电路输出端、电梯安全回路信号、电梯主控制回路信号分别输入所述硬关断器件；
当主干电路输出端得电时，若电梯安全回路信号、电梯主控制回路信号任一输入信号为低，所在串联输出回路将断开，以熔断熔断器。
10.一种三通道电梯制动器安全控制电路，其特征在于，包括：
主干电路，包括熔断器和与其串联的三个终端开关，任意一个终端开关断开均能断开所述主干电路的输出；
三个通道，每个通道均用于获取外部安全信号并根据预设逻辑输出驱动信号以控制所述终端开关的导通或关断；
监测电路，对各通道的开合状态是否相同进行检查；任一通道开合状态与其他通道不一致时，关断安全电路输出并锁存。
11.如权利要求10所述的三通道电梯制动器安全控制电路，其特征在于，所述监测电路包括6个监测应对器件，其中：
第一监测应对器件、第二监测应对器件、第三监测应对器件与所述三个终端开关相对应同步导通；
第四监测应对器件、第五监测应对器件、第六监测应对器件与所述三个终端开关同步断开；
当有任意一个监测应对器件导通状态与其他器件不一致时，所述监测电路关断所有通道的驱动输出。
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