CN115159281A - 二通道抱闸控制电路 - Google Patents

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曹中圣
季荣斌
盛国栋
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    • B66D5/24—Operating devices
    • B66D5/30—Operating devices electrical

Abstract

本发明公开了一种二通道抱闸控制电路，包括：主干电路，包括熔断器和与其串联的二个开关器件，每个开关器件断开均能断开所述主干电路的输出；二个通道，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开关器件的导通或关断；第一检查电路，用于诊断各通道的短路状态并根据预设方案应对；第二检查电路，用于检测第一检查电路功能的电路。

Description

二通道抱闸控制电路
技术领域
本发明涉及电梯领域，具体涉及一种二通道抱闸控制电路。
背景技术
电梯抱闸控制电路通常使用接触器以切断制动器电流。在当前电梯产品市场竞争日益激烈的态势下，接触器以其较高的价格、较大的体积，制约着电梯抱闸控制方案的进一步改进。
随着电梯国家标准的更新修订，已允许使用安全电路切断制动器电流，因此有必要研究符合国家标准的安全电路，用于电梯制动器控制。安全电路的实现方案可大致分为双通道和三通道两种技术路线。对于双通道安全电路，《GB/T 7588.1—2020电梯制造与安装安全规范第1部分:乘客电梯和载货电梯》部分要求节选如下：
一个用来检查各通道的相同状态的第一检查电路。如果检测到状态不同则应使电梯停止。…最迟应在重新启动电梯之前检查第一检查电路的功能。如果功能发生故障,电梯重新启动应是不可能的。
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抱闸控制电路的要求又实现了对抱闸的安全控制的二通道抱闸控制电路。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种二通道抱闸控制电路，包括：
主干电路，包括熔断器和与其串联的二个开关器件，每个开关器件断开均能断开所述主干电路的输出；
二个通道，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开关器件的导通或关断；
第一检查电路，用于诊断各通道的短路状态并根据预设方案应对；
第二检查电路，用于检测第一检查电路功能的电路。
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、第一检查电路故障信号、第二检查电路故障信号；
当上述任一信号失效时所述主干电路无输出；
当第一检查电路输出的第一检查电路故障信号与第二检查电路输出的第二检查电路故障信号不一致，则二通道抱闸控制电路关断驱动输出。
优选地，第一检查电路或第二检查电路包括：
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：
开关器件导通检测器件，与开关器件同步导通或关断；
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；
仅当开关器件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：
二个应对逻辑器件，所述两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第一检查电路故障信号失效。
优选地，所述预设方案为：
当二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二通道抱闸控制电路，包括：
主干电路，包括熔断器和与其串联的二个开关器件，每个开关器件断开均能断开所述主干电路的输出；
二个通道，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开关器件的导通或关断；
所述第一检查电路或第二检查电路在任一通道开合状态与其他通道不一致时，输出故障并锁存。
优选地，所述第一检查电路包括4个检查器件，其中：
第一检查器件、第二检查器件与所述二个开关器件相对应同步导通；
第三检查器件、第四检查器件与所述二个开关器件同步断开；
当有任意一个检查器件导通状态与其他器件不一致时，所述第一检查电路关断所有通道的驱动输出。
本发明的技术效果如下：
一个用来检查“各通道都未发生危险失效”的“监测电路”(本文中又称为第一检查电路)，任一通道发生危险失效(即短路)即输出监测信号(即故障信号)并锁存，使电梯停止；
一个用来检查上述“监测电路”(即第一检查电路)功能的“检查电路”(本文中又称为第二检查电路)，即“监测电路”的镜像电路。第二检查电路(即上述镜像电路)以与第一检查电路同样的原理进行工作，独立输出一个检查信号。如果该第二检查电路的检查信号与第一检查电路输出的检查信号相同，则认为第一检查电路功能正常；反之，则认为第一检查电路故障，使电梯停止并无法重启。
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-图5为本发明实施例一的第一检查电路示意图；
图6-图8为本发明实施例一的第二检查电路示意图；
图9为本发明实施例二的主干电路与通道的示意图；
图10-图11为本发明实施例二的第一检查电路和第二检查电路示意图。
具体实施方式
实施例1
本实施例的抱闸控制电路的故障应对如表1所示。
表1.双通道实施例一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
二通道正常导通 正常 - 安全
二通道正常关断 正常 - 安全
一通道开路故障，其余正常 正常 - 安全
二通道开路故障 正常 - 安全
一通道短路故障，其余正常 故障 闭锁驱动 安全
二通道均短路或错误导通 故障 烧毁保险丝 安全
如图1所示，本实施例的抱闸控制电路的系统结构包括一个熔断器、二个通道、一个第一检查电路、一个用来检查第一检查电路功能的第二检查电路以及主干电路。
通道是指安全信号可以在其内部流通，并最终控制开关器件输出的走道。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)，再输出相应的开关器件驱动信号，以导通或关断开关器件(本文为功率半导体器件)，控制抱闸回路输出。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抱闸回路的输出。
通道由用于获取外部安全信号的传感器(Sensor)、逻辑单元(Logic Unit)、执行器(Actuator)和开关器件组成，当外部安全信号变化时，开关器件状态与之相应变化，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以及检查电路(本文中为第一检查电路和第二检查电路)生成的故障信号(ERRORA和ERRORB)。
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、ERRORA和ERRORB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、ERRORA和ERRORB信号均正常)才会松闸。
ERRORA：即第一检查电路(即上文中的“监测电路”)输出的故障信号。当ERRORA信号失效(即失电，表示发生故障)，主干电路应无输出；ERRORA信号有效时，主干电路在其他条件满足时(41DG、DLB和ERRORB信号均正常)才会松闸。
ERRORB：即第二检查电路(即上文中的“检查电路”)输出的故障信号。当ERRORB信号失效(即失电，表示发生故障)，主干电路应无输出；ERRORB信号有效时，主干电路在其他条件满足时(41DG、DLB和ERRORA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，此外，本实施例中，每一通道均接收相同的两个安全输入信号(41DG和DLB)，同时也接收第一检查电路生成的监测故障信号(ERRORA)，此外还接收第二检查电路生成的检查故障信号(ERRORB)。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。
逻辑单元的输出逻辑设计如表2所示。
表2.双通道实施例一通道输出逻辑：Y＝A·B·C·D
Figure BDA0003759355920000051
Figure BDA0003759355920000061
执行器根据逻辑单元生成的信号，输出驱动电压至开关器件的控制端(即MOSFET栅极)。执行器输出驱动电压时，开关器件将导通，反之则关断。
开关器件根据执行器输出的驱动电压，进行导通或是关断。
通道的实际电路设计如图2所示。
主干电路中，配置了一个熔断器FS1，且熔断器与二个功率开关器件Q1、Q2依次串联而成。
图2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、ERRORA和ERRORB四个信号全部为高(有效)，四个光耦U1-U4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。
第一检查电路的功能包括3个部分：第一部分用于实现对通道短路的诊断；第二部分主要是在第一部分诊断出通道发生短路故障后利用开关器件的控制信号关断开关器件这一应对逻辑(即软关断)；第三部分用于应对各个通道同时发生短路故障和/或各个通道同时发生驱动回路故障导致开关器件错误导通的场景(硬关断)。
第一检查电路第一部分的诊断逻辑为：开关器件出现不符合预期的导通状态时，则诊断该开关器件处于故障状态，其逻辑如表3所示。
表3.双通道实施例一通道诊断逻辑：
Figure BDA0003759355920000062
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>xA</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。
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U5，即开关器件导通检测器件，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，U5光耦同时导通，反之亦然。
(2)光耦U6，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U6同时导通，反之亦然。
(3)仅当U5导通(器件导通)且U6不导通(器件栅极没有驱动)，通道诊断电路的输出信号Error1A才会输出低电平信号，表示器件诊断为故障。否则，Error1A输出高电平信号，表示器件诊断为正常。
第一检查电路第二部分的诊断逻辑为：
任一通道诊断为故障，则输出独立综合故障并锁存。其逻辑如表4所示。
表4.双通道实施例一软关断输出逻辑：Y＝A·B
Figure BDA0003759355920000071
可实现表4逻辑功能的具体电路设计如图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，U7为第一应对逻辑器件、U8为第二应对逻辑器件；本实施例中，第一应对逻辑器件、第二应对逻辑器件均为光耦，当然也可以是其他的器件。
只有Error1A-Error2A二个诊断信号全部为高(通道正常)时，二个光耦全部导通，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ERRORA信号持续拉低(使ERRORA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。
第一检查电路第三部分的诊断逻辑为：
如果二个通道均发生短路故障，即使关断驱动输出，也无法关断开关器件；或是当二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，本发明的抱闸控制电路设置自动熔断功能，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 BDA0003759355920000081
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
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，硬关断电路将烧毁保险丝，以应对双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U9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U10和第三硬关断器件U11串联输出回路将断开，SCR2将由BKPW经U9输出端进行驱动。电阻需配置为功率电阻，以熔断熔断器。
第二检查电路的功能与第一检查电路相同，在此不再赘述，其硬件电路参考图6-图8。图中信号命名时，已下标A/B区分。即ERRORA为第一检查电路输出信号，ERRORB为第二检查电路输出信号。两信号若不一致，将无法导通器件。
实施例2
本实施例的抱闸控制电路的系统架构如图9所示，故障应对如表6所示。
表6.双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
二通道正常导通 正常 - 安全
二通道正常关断 正常 - 安全
一通道开路故障，其余正常 故障 闭锁驱动 安全
二通道开路故障 正常 - 安全
一通道短路故障，其余正常 故障 闭锁驱动 安全
二通道均短路或错误导通 故障 烧毁保险丝 安全
本实施例与实施例1相似，下面仅就不同之处加以说明。
本实施例的第一检查电路的软开关逻辑为：任一通道开合状态与其他通道不一致，即输出故障并锁存，具体如表7所示。
表7.双通道实施例二软关断输出逻辑：
Figure BDA0003759355920000091
Figure BDA0003759355920000092
Figure BDA0003759355920000101
相应地，电路设计如图10所示。
该第一检查电路包括第一检查器件U12、第二检查器件U13、第三检查器件U14，以及第四检查器件U15；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。
当二个MOSFET Q1-Q2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U12～U13全部导通，TR3基极由U12～U13输出的电流导通，SCR5关断，ERRORA输出高电平(表示状态正常)；
二个MOSFET Q1-Q2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U14～U15全部关断，TR3基极由U14～U15输出所在回路导通，SCR5关断，ERRORA输出高电平(表示状态正常)。
当有任一器件导通状态与其他器件不一致，TR3将无法导通，此时SCR5将收到驱动信号，SCR5导通后将ERRORA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。
第二检查电路的功能与第一检查电路相同，在此不再赘述，其硬件电路参考图11。图中信号命名时，以下标A/B区分。即ERRORA为第一检查电路输出信号，ERRORB为第二检查电路输出信号。
此外，还应当理解的是，尽管在这里可以使用术语“第一”、“第二”等来描述不同的元件、参数、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、参数、组件、区域、层和/或部分不应当受这些术语的限制。这些术语仅是用来将一个元件、参数、组件、区域、层或部分与另一个元件、参数、组件、区域、层或部分区分开来。因此，在不脱离根据本发明的示例性实施例的教导的情况下，以下所讨论的第一元件、参数、组件、区域、层或部分也可以被称作第二元件、参数、组件、区域、层或部分。

Claims (10)

1.一种二通道抱闸控制电路，其特征在于，包括：
主干电路，包括熔断器和与其串联的二个开关器件，每个开关器件断开均能断开所述主干电路的输出；
二个通道，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开关器件的导通或关断；
第一检查电路，用于诊断各通道的短路状态并根据预设方案应对；
第二检查电路，用于检测第一检查电路功能的电路。
2.如权利要求1所述的二通道抱闸控制电路，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、第一检查电路故障信号、第二检查电路故障信号；
当上述任一信号失效时所述主干电路无输出；
当第一检查电路输出的第一检查电路故障信号与第二检查电路输出的第二检查电路故障信号不一致，则二通道抱闸控制电路关断驱动输出。
3.如权利要求2所述的二通道抱闸控制电路，其特征在于，第一检查电路或第二检查电路包括：
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。
4.如权利要求3所述的二通道抱闸控制电路，其特征在于，通道诊断电路包括：
开关器件导通检测器件，与开关器件同步导通或关断；
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；
仅当开关器件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。
5.如权利要求4所述的二通道抱闸控制电路，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。
6.如权利要求5所述的二通道抱闸控制电路，其特征在于，应对逻辑电路包括：
二个应对逻辑器件，所述两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第一检查电路故障信号失效。
7.如权利要求3所述的二通道抱闸控制电路，其特征在于，所述预设方案为：
当二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。
8.如权利要求7所述的二通道抱闸控制电路，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。
9.一种二通道抱闸控制电路，其特征在于，包括：
主干电路，包括熔断器和与其串联的二个开关器件，每个开关器件断开均能断开所述主干电路的输出；
二个通道，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开关器件的导通或关断；
所述第一检查电路或第二检查电路在任一通道开合状态与其他通道不一致时，输出故障并锁存。
10.如权利要求9所述的二通道抱闸控制电路，其特征在于，所述第一检查电路包括4个检查器件，其中：
第一检查器件、第二检查器件与所述二个开关器件相对应同步导通；
第三检查器件、第四检查器件与所述二个开关器件同步断开；
当有任意一个检查器件导通状态与其他器件不一致时，所述第一检查电路关断所有通道的驱动输出。
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