WO2009150280A1 - Sistema de control para puertas del ámbito ferroviario y método de accionamiento basado en dicho sistema - Google Patents

Sistema de control para puertas del ámbito ferroviario y método de accionamiento basado en dicho sistema Download PDF

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WO2009150280A1
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Javier Gonzalez Fernandez
Mª Antonia GARCIA SAN ANDRES
Carlos Sancho De Mingo
Pilar MUÑOZ CONDES
Jaime DE LA PEÑA LLERANDI
Angel R. Cezon Dominguez
José A. RUIZ CANO
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Metro De Madrid, S.A.
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Definitions

  • the purpose of the present invention patent application is to control the movement of passenger access doors in rail vehicles and a method for their operation based on said system.
  • the system object of the present invention aims to achieve a decrease in the number of incidents produced in said doors so as to reduce the disturbances produced in the circulation for that cause, increasing reliability and decreasing corrective maintenance work.
  • a second electromechanical stage formed by relays, or by power electronics, formed by semiconductors, such as MOSFET transistors, which allows reversing the polarity of the motor to be able to set the direction of rotation.
  • An electronic power stage whose function is to apply brake to the motor by, for example, a load resistance.
  • the solution usually adopted is usually that of the use of mechanical micro-switches positioned along the route, which presents the drawbacks already noted, and / or "low resolution" encoders that give a Very rude indication of the position of the door, not being valid to detect small movements thereof.
  • the door control system of the present invention solves the aforementioned problems, minimizing the electromechanical elements used and therefore achieving a decrease in the number of incidents.
  • the improvements of the present invention materialize thanks, mainly, to two fundamental aspects in the method of driving the doors, specifically in the power control means of the continuous motor in charge of opening and closing, as well as in the means of status and position control of said doors.
  • these comprise a single bridge of four transistors capable of unifying the three stages that are usually performed independently, thus decreasing the number of elements, which results in a simplification of the assembly, a reduction in the number of failures, etc.
  • the means for controlling the state and position of the doors comprise a triple check of said state and position, which allows a high degree of security as regards the actual position of the door.
  • control system for doors of the invention is based on a microprocessor that processes the external opening and closing command signals, as well as those of the state and position control means of said doors, and from this information, performs the motor control through the power control means of said motor.
  • the method of driving the doors based on both the said state and position control means of the doors and the engine power control means, it comprises the following steps:
  • the system is prepared to carry out the pertinent maneuvers that are requested to open or close it as required. If the last order received was of closing, the motor remains braked and the forced attempt to open manual doors is monitored and prevented, if there is a displacement of these doors, however small, thanks to the state and position control means of doors.
  • the microprocessor commands the transistor bridge to drive the motor in the direction of opening doors and so that the Speed is controlled in its path to achieve a rapid opening and a final damping and brake that avoids the blow with the stops.
  • the transistor bridge is open, so that the motor offers no retention and allows the doors to be free, and can be closed manually if necessary, for example in the event of a system breakdown.
  • the microprocessor commands the transistor bridge to drive the motor in the direction of closing doors and in such a way that the speed is controlled in its path to achieve a fast closing and a final damping and brake that avoids the knock between doors.
  • the transistor bridge remains in brake mode (the ends of the motor are short-circuited), so that the motor offers high resistance to movement to hinder the manual movement of the doors.
  • the system is in a waiting situation according to the previously described stage.
  • Figure 1. Shows a flow chart of the different stages of the method of actuation of the invention.
  • FIGS 2 to 6. They show the different operating states of the complete bridge in the power control of the door motor.
  • Figure 7. Shows a schematic block diagram of the position and condition control of the doors.
  • Figure 8.- Shows a schematic block diagram of the additional security measures.
  • the method of actuating doors of the invention goes through various states or stages of operation that determine the correct and safe operation, covering all possible situations and eventualities, all based on , according to the preferred embodiment described below, in the use of the control system also object of the present invention, which comprises both power control means of the direct current motor (5) responsible for opening and closing said doors, as well as in the means of controlling their status and position.
  • these comprise a bridge of four transistors (1, 2, 3 and 4), specifically a bridge of the so-called “ complete bridge "which by its mode of operation is capable of integrate the three stages of regulation of the motor voltage (5), reversal of the polarity or rotation and brake in a single stage, without using relays in the commutations.
  • Said transistors may be, according to a possible embodiment, of the MOSFET type, or in other alternatives Bipolar transistors, etc.
  • Transistors (1) and (3) are triggered in counter phase by means of a pulse width modulation PWM (Pulse Wide Modulation), where the duty cycle of said PWM is set to function of the tension that is intended to be applied to the motor, which will determine the speed and pressure of the doors.
  • PWM Pulse Wide Modulation
  • said PWM modulation for transistor (1) and that corresponding to transistor (3) S3 may or may not be exactly the conjugate and may leave dead times between them or not, as appropriate.
  • the choice of the type of PWM modulation will depend on the study of the characteristics of the motor (5) and the specific application. This is so because the motor (5), when the voltage is not applied during the PWM modulation cycles, behaves like a generator and it is necessary to give a flow path of its current or otherwise high voltage pulses are generated that translate into interference to other equipment. Thus, according to an embodiment of the invention, acting on the conduction time of the transistor (3) it will be possible to control how much energy will be returned to the power supply and how much will be recirculated until the next cycle.
  • transistor (3) For the activation of the motor rotation (5) in the other direction, and as shown in Figure 3a, the transistor (3) is triggered, keeping the (1) off or OFF. Now they are transistors (2) and (4), both on the same lateral branch of the bridge, which are triggered in counter phase by pulse width modulation PWM, setting the duty cycle of said PWM based on the voltage that we want to apply to the motor (5) and therefore of the desired rotation speed thereof, which, as in the previous case, will determine the speed and pressure of the doors.
  • said PWM modulation for the transistor (2) and the corresponding one for the transistor (4) may or may not be exactly the conjugate and may leave dead times between them or not, for the same reasons as explained above.
  • the transistors of the upper or lower branches can be kept simultaneously turned off or on, that is, or by keeping the transistors on ( 1) and (2) of the upper and off branches or "OFF" the (3) and (4) of the lower branches or vice versa.
  • the motor current (5) recirculates and its direction depends on the direction of rotation of said motor (5). Since the circuit is not ideal, a small voltage appears due to losses, which will eventually demagnetize the motor (5) and the current will be canceled. Likewise, if an attempt is made to move the door manually, the motor (5) becomes a generator with the short-circuited bumpers, which opposes a great resistance to displacement.
  • the application of the brake manages to rapidly decrease the speed of the doors when they are moving, also hindering their manual movement once they are closed. In this way, if someone tries to open the doors when they must be closed, they will need to make a great effort and the opening will be minimal before the motor (5) operates in closing mode.
  • the transistor bridge (1, 2, 3, 4) should be opened so that the motor (5) is released or free, but if you try to open said bridge as it is switching, the stored energy in the motor coil (5) it will make the current through it continue to circulate with the same intensity and direction. This causes the elevation of the voltage in bomas thereof to maintain the current circulation, and is manifested in the form of electrical noise or even in the breakage of components due to overvoltage.
  • the modulation of the transistors (1, 2, 3, 4) is introduced ) and the total opening thereof, a short period of time in brake mode according to the operation mode c) described above and shown in Figures 4 and 5, while simultaneously keeping the transistors of the upper or lower branches turned off or on, is say, or keeping the transistors (1) and (2) of the upper branches and off (3) and (4) of the lower branches or vice versa.
  • the motor current (5) recirculates and the stored energy is dissipated in heat mode due to the losses produced by the intrinsic resistance of the circuit (motor winding, cable resistances, resistances of the switching devices etc. ).
  • the four transistors (1, 2, 3, 4) of the bridge can then be opened without problem, making the process much less noisy and safer.
  • the microprocessor (7) performs on the power control means of the motor, processing the external opening and closing command signals sent by the driver, it also performs the control on the control means of state and position of said doors, which compile the specific situation in which the door is at each moment.
  • Said means for controlling the state and position of the doors comprise, according to a preferred embodiment of the invention, and as described, a triple check of said state and position, which allows a high degree of safety in terms of Ia Actual position of the door refers. More specifically, and as can be seen in Figure 7, said means comprise a high resolution encoder (8) coupled to the motor shaft (5) that allows determining the exact position of the door as well as its speed and direction of travel, Io which allows reacting with precision in critical situations, such as when trying to force the opening of the door manually, having a closing order, acting accordingly immediately.
  • said means also comprise a magnetic sensor (9) without contact that acts as a limit switch to detect the complete closing of the door and its mechanical anchor.
  • said means comprise the determination of the limit switches of the door by overcurrent measured in the motor (5), for which a Analog converter is used according to a preferred embodiment.
  • Digital (10) that samples the voltage applied to said motor (5), the current flowing through it obtained by a sensor, for example a Hall effect sensor (1 1), as well as the resting voltages of the transistor bridge ( 1, 2, 3, 4) to detect a possible breakage thereof.
  • data are obtained from three different sensors to guarantee the security in the control of the doors, which are: the position calculated from the information of the high resolution encoder (8), the magnetic sensor (9) indicating that the mechanical safety anchor of the door itself was activated and, Finally, the measurement through the Analog / Digital converter (10) of the overcurrent that occurs in the motor (5) due to the blockage of the axis that occurs when the door reaches the end of its path.
  • the door when the door has to be closed, such as when the train is running, if an attempt to open it is detected, the level of influence of it is analyzed and acted upon accordingly. If the door is displaced, it is detected by the high resolution encoder (8) and voltage is applied to the motor (5) to force the closure, but if only the opening actuator that releases the mechanical anchor has been maneuvered of the door, indicated by the magnetic sensor (9) the system increases its sensitivity to movement, but does not act as long as the door does not move. The sensitivity to displacement is adjusted according to the indication of said magnetic sensor (9) of anchorage set or removed.
  • the microprocessor (7) commands the transistor bridge (1, 2, 3,
  • the transistor bridge (1, 2, 3, 4) remains open, so that the motor (8) does not offer retention and allows the doors to be closed manually if necessary.
  • the microprocessor commands the transistor bridge (1, 2, 3, 4) to drive the motor (5) in the direction of closing doors.
  • the speed is controlled in its route to get a quick opening and a Final damping and brake to avoid the knock between doors.
  • the transistor bridge (1, 2, 3, 4) is in brake mode offering great resistance to movement to hinder the manual movement of the doors.
  • the triple check of the state of the doors is carried out by means of the three mentioned sensors, that is, the closed door position is verified through the high resolution encoder (8), it is verified through the magnetic sensor (9) that the mechanical seal operated, and it is also verified that an overcurrent occurs due to the impossibility of advancing the motor by means of the Analog / Digital converter (10).
  • the system of the invention incorporates additional security measures that protect it from a failure of any of its parts, a failure that is likely to occur when it is, after all, a electronic system
  • the control of the transistor bridge control (1, 2, 3, 4) falls on the microprocessor software (7), but to respond to such situations of possible failure it is necessary to have a redundancy that ensures the correct response to Despite said failure.
  • a hardware device (13) is used, such as a transistor, switch, etc.) driven by the closing train line LC, which prevents the transistor bridge (1, 2, 3, 4) from commanding the motor (5) in opening mode when physical closing order is available.
  • Said hardware device (13) causes the transistor (1) of the high branch of the bridge of transistors (1, 2, 3, 4) to be blocked, which should be modulated in PWM to be able to open the door according to the sequence described above.
  • the closing train line LC drives the hardware device (13) and it derives the gate of the power transistor (1) to ground, preventing it from driving and by
  • the system is able to determine, by implementing the corresponding analysis software logic in the microprocessor (7), the correct operation of all the set, causing it to remain in a safe state when a problem is detected and thus avoid breakage or major problems.
  • this monitoring or verification of the transistor bridge (1, 2, 3, 4) can be carried out, according to a possible embodiment, verifying that the voltages of the same correspond to a high impedance (floating lines) when none is activated of said transistors, so that the tension in any of the motor wires (5) will be of a fraction of the power supply thereof.
  • the system is capable of having software surveillance means of the rest of the system elements, specifically of the memory, internal registers, watch dog (watch-dog), peripherals, etc. able to paralyze the system when any anomaly is detected, taking it to a safe state.

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Abstract

Sistema de control de movimiento de puertas de acceso de viajeros en vehículos ferroviarios y método para la operación de las mismas basado en dicho sistema que tiene por objeto conseguir una disminución en el número de incidencias producidas en dichas puertas y que básicamente comprende medios de control de potencia del motor (5) que acciona las puertas encargados de regular la tensión, inversión de la polaridad o giro y el freno de dicho motor (5) y medios de control de estado y posición de dichas puertas que realizan una triple comprobación del estado y posición de dichas puertas.

Description

SISTEMA DE CONTROL PARA PUERTAS DEL ÁMBITO FERROVIARIO Y MÉTODO DE ACCIONAMIENTO BASADO EN DICHO SISTEMA
D E S C R I P C I Ó N
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente solicitud de Patente de Invención tiene por objeto un sistema de control de movimiento de puertas de acceso de viajeros en vehículos ferroviarios y un método para Ia operación de las mismas basado en dicho sistema.
Más concretamente, el sistema objeto de Ia presente invención tiene por finalidad conseguir una disminución en el número de incidencias producidas en dichas puertas de forma que disminuyan las perturbaciones producidas en Ia circulación por esa causa, aumentando Ia fiabilidad y disminuyendo las labores de mantenimiento correctivo.
Esta disminución del número de incidencias se centra, por un lado, en llevar a cabo un método concreto de accionamiento de las puertas en cada una de sus fases operativas y no operativas, apoyado en un sistema específico para el control de potencia del motor y otro para el control de los sensores de estado y posición de dichas puertas.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Es conocido el elevado número de puertas con las que cuentan los vehículos ferroviarios y el elevado número de operaciones que dichas puertas realizan a Io largo del día. Este elevado número de operaciones provoca, con más frecuencia de Ia deseada, fallos debidos a diferentes causas, especialmente debidos al carácter electromecánico de sus componentes y por Io tanto a su vulnerabilidad a las vibraciones, suciedad, etc.
Más concretamente, en Ia actualidad los sistemas electrónicos para controlar el motor que mueve las puertas de los vehículos ferroviarios están basados en tres etapas diferenciadas:
- Una etapa electrónica de potencia cuya función es suministrar el nivel de tensión de alimentación del motor de acuerdo a Ia velocidad requerida.
- Una segunda etapa electromecánica, formada por relés, o por electrónica de potencia, formada por semiconductores, como por ejemplo transistores MOSFET, que permita invertir Ia polaridad del motor para poder fijar el sentido de giro.
- Una etapa electrónica de potencia cuya función es aplicar freno al motor mediante, por ejemplo, una resistencia de carga.
Estas configuraciones presentan, sin embargo, como ya se ha dicho, el problema de Ia utilización de componentes electromecánicos, como los relés, que tienen una baja fiabilidad.
Igualmente, dichas etapas se realizan de forma independiente, por Io que se necesita un elevado número de transistores.
Por otro lado, a los problemas citados se suma el hecho de que para obtener información sobre el estado y posición de las puertas, Ia solución adoptada habitualmente suele ser Ia de Ia utilización de micro ruptores mecánicos posicionados a Io largo del recorrido, Io cual presenta los inconvenientes ya señalados, y/o "encoders" de baja resolución que dan una indicación muy grosera de Ia posición de Ia puerta, no siendo válidos para detectar pequeños movimientos de Ia misma.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Así, el sistema de control de puertas de Ia presente invención soluciona los problemas antes planteados, minimizando los elementos electromecánicos empleados y por Io tanto logrando una disminución en el número de incidencias.
Las mejoras de Ia presente invención se materializan gracias, principalmente, a dos aspectos fundamentales en el método de accionamiento de las puertas, concretamente en los medios de control de potencia del motor de continua encargado de Ia apertura y cierre, así como en los medios de control de estado y posición de dichas puertas.
En relación con los medios de control de potencia del motor, éstos comprenden un único puente de cuatro transistores capaz de unificar las tres etapas que habitualmente se realizan de forma independiente, disminuyendo así el número de elementos, Io cual redunda en una simplificación del montaje, una reducción en el número de averías, etc.
Por otro lado, los medios de control de estado y posición de las puertas comprenden una triple comprobación de dicho estado y posición, Io que permite un elevado grado de seguridad en cuanto a Ia posición real de Ia puerta se refiere.
De forma general, el sistema de control para puertas de Ia invención está basado en un microprocesador que procesa las señales externas de mando de apertura y cierre, así como las de los medios de control de estado y posición de dichas puertas, y a partir de ésta información, realiza el control del motor a través de los medios de control de potencia de dicho motor.
En cuanto al método de accionamiento de las puertas, basado tanto en los referidos medios de control de estado y posición de las puertas como en los medios de control de potencia del motor, éste comprende las siguientes etapas:
- Encendido del sistema: Dado que en el momento de dar alimentación al sistema no es posible conocer de antemano Ia situación exacta de Ia puerta ya que ésta se ha podido desplazar, por ejemplo, manualmente mientras no había tensión, se procede a Ia localización de Ia misma.
Para ello, se aplica tensión al motor de continua de forma que éste desplace Ia puerta, a baja velocidad, en el sentido de apertura o cierre hasta que alcance el final de recorrido, gracias a los medios de control de estado y posición, tomando dicha posición como referencia.
- Situación de espera:
Una vez localizadas las puertas y en situación de reposo, el sistema queda preparado para realizar las maniobras pertinentes que se Ie soliciten de apertura o cierre según se requiera. Si Ia última orden recibida fue de cierre, el motor permanece frenado y se vigila e impide el intento forzado de apertura de puertas manual, detectando si hay un desplazamiento de éstas, por pequeño que sea, gracias a los medios de control de estado y posición de puertas.
- Orden de apertura: El microprocesador comanda el puente de transistores para accionar el motor en el sentido de apertura de puertas y de forma que Ia velocidad es controlada en su recorrido para conseguir una apertura rápida y una amortiguación final y freno que evite el golpe con los topes. Al finalizar el ciclo de apertura, el puente de transistores queda abierto, con Io que el motor no ofrece retención y permite que las puertas queden libres, pudiendo ser cerradas manualmente en caso de necesidad, por ejemplo ante una avería del sistema.
- Orden de cierre:
El microprocesador comanda el puente de transistores para accionar el motor en el sentido de cierre de puertas y de forma que Ia velocidad es controlada en su recorrido para conseguir un cierre rápido y una amortiguación final y freno que evite el golpe entre puertas. Al finalizar el ciclo de cierre, el puente de transistores queda en modo freno (los extremos del motor quedan cortocircuitados), con Io que el motor ofrece una gran resistencia al desplazamiento para dificultar el movimiento manual de las puertas. El sistema queda en situación de espera según Ia etapa anteriormente descrita.
- Comprobación de puerta cerrada: La parte más crítica del funcionamiento de las puertas del tren es
Ia de asegurar que las puertas están cerradas cuando el mismo se encuentra circulando, por Io que mediante los medios de control de estado y posición se realiza Ia triple comprobación de dicho estado y posición.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar Ia descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de Ia invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de Ia misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1.- Muestra un flujograma de las diferentes etapas del método de accionamiento de Ia invención.
Figuras 2 a 6.- Muestran los diferentes estados de funcionamiento del puente completo en el control de potencia del motor de las puertas.
Figura 7.- Muestra un diagrama de bloques esquemático del control de posición y estado de las puertas.
Figura 8.- Muestra un diagrama de bloques esquemático de las medidas adicionales de seguridad.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
Según se aprecia en las figuras, especialmente en Ia figura 1 , el método de accionamiento de puertas de Ia invención, atraviesa por diversos estados o etapas de funcionamiento que determinan el correcto y seguro funcionamiento, cubriendo todas las posibles situaciones y eventualidades, todo ello basado, según Ia realización preferente que se describe a continuación, en Ia utilización del sistema de control también objeto de Ia presente invención, el cual comprende tanto medios de control de potencia del motor (5) de corriente continua encargado de Ia apertura y cierre de dichas puertas, así como en los medios de control de estado y posición de las mismas.
En cuanto a los medios de control de potencia del motor (1 ), y según puede observarse en las figuras 2 a 6, éstos comprenden un puente de cuatro transistores (1 , 2, 3 y 4), concretamente un puente de los denominados "puente completo" que por su modo de operación es capaz de integrar las tres etapas de regulación de Ia tensión del motor (5), inversión de Ia polaridad o giro y freno en una sola etapa, sin necesidad de utilizar relés en las conmutaciones. Dichos transistores podrán ser, según una posible realización, del tipo MOSFET, o bien, en otras alternativas Transistores bipolares, etc.
Así, Ia mencionada operación de los cuatro transistores (1 , 2, 3 ,4) que forman Ia referida tipología de puente completo capaz de integrar las tres etapas, de regulación de Ia tensión del motor (5), inversión de Ia polaridad o giro y freno de dicho motor (5) en una sola etapa, se realiza de Ia siguiente forma:
a) Para Ia activación del giro del motor (5) en un sentido, y según puede verse en Ia figura 2a, se dispara el transistor (4) y se mantiene apagado o en "OFF" el (2). Los transistores (1 ) y (3), ambos en Ia misma rama lateral del puente, se disparan en contra fase mediante una modulación por ancho de pulso PWM (Pulse Wide Modulation), en donde el ciclo de trabajo de dicha PWM se fija en función de Ia tensión que se pretende aplicar al motor, Ia cual determinará Ia velocidad y presión de las puertas.
Por otro lado, dicha modulación PWM para el transistor (1 ) y Ia correspondiente al transistor (3) S3 podrá ser o no exactamente Ia conjugada y podrá dejar tiempos muertos entre ellas o no, según convenga.
Más concretamente, Ia elección del tipo de modulación PWM dependerá del estudio de las características del motor (5) y de Ia aplicación concreta. Esto es así porque el motor (5), cuando se deja de aplicar tensión durante los ciclos de modulación PWM, se comporta como un generador y es necesario dar una vía de circulación de su corriente o de Io contrario se generan pulsos de tensión elevados que se traducen en interferencias a otros equipos. De tal forma, según una realización de Ia invención, actuando sobre el tiempo de conducción del transistor (3) se podrá controlar qué cantidad de energía se devolverá a Ia alimentación y cuánta se hará recircular hasta el siguiente ciclo.
Más concretamente, y tal y como se ve en dicha figura 2a, cuando se encuentra conduciendo el transistor (1 ) y apagado el (3), se Ie aplica Ia tensión de alimentación al motor (5) produciendo una circulación de corriente. Sin embargo, como se observa en Ia figura 2b, cuando por medio de Ia modulación PWM se apaga el transistor (1 ) y se enciende (3), se cortocircuitan los hilos del motor y Ia corriente recircula, ya que un motor tiene un comportamiento inductivo y por Io tanto Ia corriente no puede parar bruscamente.
b) Para Ia activación del giro del motor (5) en el otro sentido, y tal y como se aprecia en Ia figura 3a, se dispara el transistor (3), manteniendo apagado o en OFF" el (1 ). Ahora son los transistores (2) y (4), ambos en Ia misma rama lateral del puente, los que se disparan en contra fase mediante modulación por ancho de pulso PWM, fijando el ciclo de trabajo de dicha PWM en función de Ia tensión que queremos aplicar al motor (5) y por Io tanto de Ia velocidad de giro deseada de éste, Ia cual, como en el caso anterior, determinará Ia velocidad y presión de las puertas.
Como en el caso anterior, dicha modulación PWM para el transistor (2) y Ia correspondiente para el transistor (4) podrá ser o no exactamente Ia conjugada y podrá dejar tiempos muertos entre ellas o no, por los mismos motivos que se explicó anteriormente.
De esta forma, y tal y como puede verse en Ia figura 3a, cuando se encuentra conduciendo el transistor (2) y apagado el (4) se aplica tensión de alimentación al motor (5) produciendo una circulación de corriente. Sin embargo, como se observa en Ia figura 3b, Cuando se apaga el transistor (2) y se enciende el (4) S4, se aplican cero voltios al motor (5) y Ia corriente recircula.
c) Para aplicar freno al motor (5), y tal y como se aprecia en las figuras 4 y 5, se podrán mantener simultáneamente apagados o encendidos los transistores de las ramas superiores o inferiores, es decir, o bien manteniendo encendidos los transistores (1 ) y (2) de las ramas superiores y apagados o en "OFF" los (3) y (4) de las ramas inferiores o viceversa.
En esta situación, Ia corriente del motor (5) recircula y su sentido depende del sentido de giro de dicho motor (5). Dado que el circuito no es ideal aparece por pérdidas una pequeña tensión que, con el tiempo necesario, terminará por desmagnetizar el motor (5) y Ia corriente se anulará. Asimismo, si se intenta mover Ia puerta manualmente, el motor (5) se convierte en un generador con las bomas cortocircuitadas, con Io que opone una gran resistencia al desplazamiento.
Más concretamente, Ia aplicación del freno consigue que disminuya rápidamente Ia velocidad de las puertas cuando éstas se están desplazando, dificultando además el movimiento manual de las mismas una vez que están cerradas. De ésta manera, si alguien intenta abrir las puertas cuando deben estar cerradas, necesitará realizar un gran esfuerzo y Ia apertura será mínima antes de que actúe el motor (5) en modo cierre.
d) Por último, existe una situación en Ia que se pretende que Ia puerta quede libre de freno para que manualmente pueda ser desplazada, por ejemplo ante un atrapamiento. Para ello, según puede verse en Ia figura
6, se abren los cuatro transistores (1 , 2, 3, 4) del puente completo, con Io que el motor (5) queda desfrenado o libre. Así, en el caso de que se produzca ese desplazamiento manual, Ia corriente generada por el motor (5) es reconducida por los diodos intrínsecos (6) de los transistores hacia Ia alimentación, cerrándose el circuito a través de los condensadores de Ia misma, no representados.
Sin embargo, al cambiar entre los diferentes modos de operación del motor (5) descritos, es decir, de giro en un sentido al otro, de giro a desfrenado o de giro a freno, aparecen sobrecorrientes y picos de tensión en los cambios de estado generados por dicho motor (5) debido a su componente predominantemente inductiva y a Ia inercia mecánica que presenta haciendo que se comporte como un generador de tensión, por ejemplo, cuando se cambia de un sentido de giro a otro.
Así, cuando Ia puerta en su ciclo de apertura o cierre se encuentra un obstáculo, se necesita que ésta pare y quede liberada de esfuerzo para permitir moverla manualmente y liberar el obstáculo. Para conseguir esta operación, se debería abrir el puente de transistores (1 , 2, 3, 4) con el fin de que el motor (5) quede desfrenado o libre, pero si se intenta abrir dicho puente según está conmutando, Ia energía almacenada en Ia bobina del motor (5) hará que Ia corriente por éste siga circulando con Ia misma intensidad y sentido. Esto provoca Ia elevación de Ia tensión en bomas del mismo para mantener Ia circulación de corriente, y se manifiesta en forma de ruido eléctrico o incluso en Ia rotura de componentes por sobretensión.
Para solucionar este problema, y siempre que sea necesario abrir el puente de transistores durante un ciclo de marcha, se introduce, según una realización preferente de Ia presente invención, entre el corte de Ia modulación de los transistores (1 , 2, 3, 4) y Ia apertura total de los mismos, un corto periodo de tiempo en modo freno según el modo de operación c) antes descrito y mostrado en las figuras 4 y 5, manteniendo simultáneamente apagados o encendidos los transistores de las ramas superiores o inferiores, es decir, o bien manteniendo encendidos los transistores (1 ) y (2) de las ramas superiores y apagados los (3) y (4) de las ramas inferiores o viceversa.
Con esto se consigue que Ia corriente del motor (5) recircule y Ia energía almacenada se disipe en modo de calor debido a las pérdidas producidas por Ia resistencia intrínseca del circuito (bobinado del motor, resistencias de cables, resistencias de los dispositivos conmutadores etc.). A continuación se pueden abrir los cuatro transistores (1 , 2, 3, 4) del puente sin problema, haciendo mucho menos ruidoso y más seguro el proceso.
Del mismo modo, cuando es preciso realizar una inversión en el sentido de giro del motor (5), se procede de forma análoga, aplicando Ia configuración de freno antes explicada consistente en mantener simultáneamente apagados o encendidos los transistores de las ramas superiores o inferiores, que permite recircular Ia corriente del motor (5) y que éste se pare. Una vez que dicho motor (5) ha parado se puede aplicar el mando con el sentido de giro requerido sin problema.
Por otro lado, además del control que el microprocesador (7) realiza sobre los medios de control de potencia del motor, procesando las señales externas de mando de apertura y cierre lanzadas por el conductor, éste realiza también el control sobre los medios de control de estado y posición de dichas puertas, que recopilan Ia situación concreta en que se encuentra Ia puerta en cada instante.
Dichos medios de control de estado y posición de las puertas comprenden, según una realización preferente de Ia invención, y tal y como se ha descrito, una triple comprobación de dicho estado y posición, Io que permite un elevado grado de seguridad en cuanto a Ia posición real de Ia puerta se refiere. Más concretamente, y según puede observarse en Ia figura 7, dichos medios comprenden un encoder de alta resolución (8) acoplado al eje del motor (5) que permite determinar Ia posición exacta de Ia puerta así como su velocidad y sentido de desplazamiento, Io que permite reaccionar con precisión en situaciones críticas como por ejemplo cuando se intenta forzar de forma manual Ia apertura de Ia puerta habiendo orden de cierre, actuando en consecuencia de forma inmediata.
Como segunda comprobación dichos medios comprenden, además, un sensor magnético (9) sin contacto que actúa a modo de final de carrera para detecta el cierre completo de Ia puerta y su anclaje mecánico.
Como tercera comprobación de dicho estado y posición de las puertas, dichos medios comprenden Ia determinación de los finales de carrera de Ia puerta por sobrecorhente medida en el motor (5), para Io que se utiliza, según una realización preferente, un conversor Analógico/Digital (10) que muestrea Ia tensión aplicada a dicho motor (5), Ia corriente que circula por él obtenida mediante un captador, por ejemplo un captador de efecto Hall (1 1 ), así como las tensiones en reposo del puente de transistores (1 , 2, 3, 4) para detectar una posible rotura del mismo.
Esta información obtenida mediante el conversor Analógico/Digital (10) descrita es adicionalmente utilizada para reconocer el estado general del sistema eléctrico y así proteger al conjunto de posibles sobrecargas o ante un mal funcionamiento.
Por todo ello, se tiene que, según Ia realización descrita se obtienen datos de tres sensores distintos para garantizar Ia seguridad en el control de las puertas, que son: Ia posición calculada a partir de Ia información del encoder de alta resolución (8), el sensor magnético (9) que indica que se activó el anclaje mecánico de seguridad de Ia propia puerta y, por último, Ia medición a través del conversor Analógico/Digital (10) de Ia sobrecorriente que se produce en el motor (5) debido al bloqueo del eje que se produce cuando Ia puerta alcanza el final de su recorrido.
Toda esta información es utilizada para interrumpir Ia aplicación de energía al motor (5) durante Ia maniobra de cierre, dando esta por concluida.
Así, cuando Ia puerta tiene que estar cerrada, como por ejemplo cuando el tren está en marcha, si se detecta un intento de apertura de Ia misma, se analiza el nivel de influencia del mismo y se actúa en consecuencia. Si Ia puerta sufre un desplazamiento, éste se detecta mediante el encoder de alta resolución (8) y se aplica tensión al motor (5) para forzar el cierre, pero si tan solo se ha maniobrado sobre el actuador de apertura que libera el anclaje mecánico de Ia puerta, indicado por el sensor magnético (9) el sistema aumenta su sensibilidad frente al movimiento, pero no actúa mientras Ia puerta no se desplace. La sensibilidad ante el desplazamiento se reajusta según Ia indicación de dicho sensor magnético (9) de anclaje puesto o quitado.
La sensibilidad ante Sin quitar el anclaje mecánico Ia puerta no puede ser abierta, pero por holguras mecánicas existe un pequeño margen de recorrido que el sistema debe admitir, pero cuando el anclaje se libera, esta holgura debe de ser mucho menor.
En cuanto a Ia operación básica del sistema de control descrita en Ia figura 1 , y según Ia realización preferente descrita, ésta puede concretarse de Ia forma:
- Encendido del sistema:
Para Ia localización de Ia puerta, se aplica tensión al motor (5) para que éste Ia desplace a baja velocidad en el sentido de apertura o cierre adecuado, hasta que se alcanza el final de recorrido, tomando dicha posición como referencia. Este final de recorrido se determina por Ia medición de Ia sobrecorriente que se produce cuando Ia puerta alcanza el tope de final de carrera de Ia puerta, gracias al conversor Analógico/Digital (10) y se confirma, en el caso de cierre, con el sensor magnético (9) que actúa al cerrar Ia puerta.
- Situación de espera: Una vez localizadas las puertas y en situación de reposo, el sistema queda preparado para realizar las maniobras pertinentes que se Ie soliciten de apertura o cierre según se requiera. Si Ia última orden recibida fue de cierre, el motor (8) permanece frenado y se vigila e impide el intento forzado de apertura de puertas manual, detectando si hay un desplazamiento de éstas, por pequeño que sea, gracias al encoder de alta resolución (8), aplicando energía al motor solo si hay un intento real de apertura, eliminando actuaciones innecesarias.
- Orden de apertura. El microprocesador (7) comanda el puente de transistores (1 , 2, 3,
4) para accionar el motor (8) en el sentido de apertura de puertas. La velocidad es controlada en su recorrido para conseguir una apertura rápida y una amortiguación final y freno que evite el golpe con los topes. Al finalizar el ciclo de apertura, el puente de transistores (1 , 2, 3, 4) queda abierto, con Io que el motor (8) no ofrece retención y permite que las puertas puedan ser cerradas manualmente en caso de necesidad.
- Orden de cierre.
El microprocesador comanda el puente de transistores (1 , 2, 3, 4) para accionar el motor (5) en el sentido de cierre de puertas. La velocidad es controlada en su recorrido para conseguir una apertura rápida y una amortiguación final y freno que evite el golpe entre puertas. Al finalizar el ciclo de cierre, el puente de transistores (1 , 2, 3, 4) queda en modo freno ofreciendo ofrece una gran resistencia al desplazamiento para dificultar el movimiento manual de las puertas.
- Comprobación de puerta cerrada.
Para determinar esta situación crítica, se realiza Ia triple comprobación del estado de las puertas mediante los tres sensores mencionados, es decir, se verifica Ia posición de puerta cerrada a través del encoder de alta resolución (8), se verifica a través del sensor magnético (9) que actuó el cierre mecánico, y se comprueba además que se produce una sobrecorhente debido a Ia imposibilidad de avance del motor mediante el conversor Analógico/Digital (10).
Adicionalmente, y según una realización práctica de Ia invención, el sistema de Ia invención incorpora medidas adicionales de seguridad que Io protegen ante un fallo de alguna de sus partes, fallo que es susceptible de producirse al tratarse, al fin y al cabo, de un sistema electrónico.
De forma general, y según dicha figura 8, se observa cómo para abrir puertas el conductor, o en su defecto el sistema de control del tren, selecciona el lado del tren donde abrirá las puertas y dará Ia autorización de apertura activando Ia línea de apertura LA y desactivando Ia línea de cierre LC, de todas las puertas de dicho lateral. Esto habilita las puertas y permite a los viajeros que quieran salir Ia apertura de cada una de ellas mediante un accionador local (manillón, pulsador, etc.).
La operación de cierre se realiza de Ia misma forma, esta vez activando Ia línea LC y desactivando LA. Todas las puertas que estén abiertas, cerrarán automáticamente. Así, también en dicha figura 8 se puede observar una posible realización que impide que, cuando se de orden de puertas cerradas activando Ia línea LC, un fallo en el sistema pudiera hacer que estas se abran accidentalmente.
Concretamente, el control de mando del puente de transistores (1 , 2, 3, 4) recae sobre el software de microprocesador (7), pero para responder a dichas situaciones de posible fallo es necesario disponer de una redundancia que asegure Ia respuesta correcta a pesar de dicho fallo. Para ello se utiliza un dispositivo hardware (13), tal como un transistor, interruptor, etc.) accionado por Ia línea de tren de cierre LC, que impide que el puente de transistores (1 , 2, 3, 4) pueda comandar al motor (5) en modo apertura cuando se tiene orden física de cierre.
Dicho dispositivo hardware (13) provoca que se bloquee el transistor (1 ) de Ia rama alta del puente de de transistores (1 , 2, 3, 4) que debería ser modulado en PWM para poder abrir Ia puerta según Ia secuencia descrita anteriormente. De forma concreta, Ia línea de tren de cierre LC hace conducir al dispositivo hardware (13) y éste deriva Ia puerta del transistor (1 ) de potencia a masa, impidiendo que este pueda conducir y por
Io tanto, evitando que se pueda comandar el motor en modo apertura.
Por otro lado, gracias a Ia información sobre Ia tensión y corriente del motor facilitada por los diferentes sensores del sistema como son el encoder de alta resolución (8), el sensor magnético (9) o especialmente el conversor Analógico/Digital (10) y/u otros, así como otras informaciones analógicas como por ejemplo Ia obtenida acerca del estado de Ia alimentación de potencia, el sistema es capaz de determinar, implementando Ia correspondiente lógica software de análisis en el microprocesador (7), el correcto funcionamiento de todo el conjunto, haciendo que permanezca en un estado de seguridad cuando se detecta algún problema y así evitar roturas o problemas mayores.
Así, de todos los componentes que forman el sistema de Ia invención, se hace especialmente necesario vigilar o verificar el estado y buen funcionamiento tanto del puente de potencia formado por los cuatro transistores (1 , 2, 3, 4) como de los elementos que intervienen en el bloqueo de apertura de las puertas cuando existe orden de cierre.
Concretamente, esta vigilancia o verificación del puente de transistores (1 , 2, 3, 4) se puede realizar, según una posible realización, verificando que las tensiones del mismo se corresponden con una alta impedancia (líneas flotantes) cuando no se encuentra activado ninguno de dichos transistores, por Io que Ia tensión en cualquiera de los hilos del motor (5) será de una fracción de Ia de alimentación del mismo.
En Io que se refiere a Ia vigilancia o verificación del bloqueo de apertura con orden de cierre, ésta se realiza al encender el sistema y cuando se reciba Ia primera orden de cierre. En éste momento se intenta mover el motor en sentido de apertura y se verifica que dicha maniobra es imposible de realizar al actuar Ia protección.
Finalmente, el sistema es susceptible de contar con medios de vigilancia por software del resto de elementos del sistema, concretamente de Ia memoria, registros internos, perro de guardia (watch-dog), periféricos, etc. capaz de paralizar el sistema cuando se detecta cualquier anomalía, llevándolo a un estado seguro.

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S
1.- Sistema de control para puertas del ámbito ferroviario que comprende medios de control de potencia del motor (5) que acciona las puertas encargados de regular Ia tensión, inversión de Ia polaridad o giro y el freno de dicho motor (5), medios de control de estado y posición de dichas puertas y un microprocesador (7) que procesa las señales externas de mando de apertura y cierre, así como las de dichos medios de control de estado y posición de dichas puertas para, a partir de ésta información, realiza el control del motor a través de los medios de control de potencia de dicho motor, caracterizado porque los medios de control de potencia del motor (5) comprenden un único puente de cuatro transistores (1 , 2, 3 y 4), y porque los medios de control de estado y posición de las puertas comprenden: - un encoder acoplado al eje del motor (5) para determinar Ia posición, velocidad y sentido de Ia puerta;
- un final de carrera para detectar el cierre completo de Ia puerta y su anclaje mecánico; y
- medios para determinar Ia sobrecorriente que se produce en el motor (5) debido al bloqueo del eje que se produce cuando Ia puerta alcanza el final de su recorrido, realizando una triple comprobación del estado y posición de dichas puertas.
2.- Sistema de control para puertas del ámbito ferroviario según reivindicación primera caracterizado porque el puente de cuatro transistores (1 , 2, 3 y 4) adopta una configuración en puente completo.
3.- Sistema de control para puertas del ámbito ferroviario según reivindicación segunda caracterizado porque los transistores (1 , 2, 3 y 4) son del tipo MOSFET.
4.- Sistema de control para puertas del ámbito ferroviario según reivindicación primera caracterizado porque el encoder acoplado al eje del motor (5) para determinar Ia posición, velocidad y sentido de Ia puerta es un encoder de alta resolución (8).
5.- Sistema de control para puertas del ámbito ferroviario según reivindicación primera caracterizado porque el final de carrera para detectar el cierre completo de Ia puerta y su anclaje mecánico es un sensor magnético (9) sin contacto.
6.- Sistema de control para puertas del ámbito ferroviario según reivindicación primera caracterizado porque los medios para determinar Ia sobrecorhente medida en el motor (5) comprenden un conversor
Analógico/Digital (10) que muestrea Ia tensión aplicada a dicho motor (5) y un captador para muestrear Ia corriente que circula por el mismo.
7.- Sistema de control para puertas del ámbito ferroviario según reivindicación sexta caracterizado porque el captador para muestrear Ia corriente que circula por el motor (5) es un captador de efecto Hall (1 1 ).
8.- Sistema de control para puertas del ámbito ferroviario según reivindicación primera caracterizado porque para responder a situaciones de fallo del microprocesador (7) comprende un dispositivo hardware (13) accionado por Ia línea de cierre que impide que el puente de transistores (1 , 2, 3, 4) pueda comandar al motor (5) para abrir las puertas si se tiene orden de cierre, evitando que éstas se abran accidentalmente.
9.- Sistema de control para puertas del ámbito ferroviario según reivindicación novena caracterizado porque el dispositivo hardware (13) cuenta con medios capaces de bloquear el transistor (1 ) de Ia rama alta del puente de de transistores (1 , 2, 3, 4) derivando su puerta a masa y evitando que se pueda comandar el motor en modo apertura.
10.- Sistema de control para puertas del ámbito ferroviario según reivindicación primera caracterizado porque comprende una etapa previa (12) en Ia acometida de tensión a Ia etapa de potencia que permite al microprocesador (7) inhibir Ia alimentación en situaciones no seguras.
1 1.- Sistema de control para puertas del ámbito ferroviario según reivindicación diez caracterizado porque en el microprocesador (7) se implementa un software de análisis para Ia comprobación del correcto funcionamiento del sistema.
12.- Método para Ia operación de puertas en el ámbito ferroviario basado en el sistema de las reivindicaciones 1 a 1 1 , caracterizado porque Ia operación de los cuatro transistores (1 , 2, 3, 4) que conforman los medios de control de potencia del motor (5) para regular Ia tensión, Ia inversión de Ia polaridad o giro y el freno de dicho motor (5) comprende las etapas de:
- Activación del giro del motor (5) en un sentido; - activación del giro del motor (5) en el otro sentido;
- freno del motor (5); y
- desfrenado o liberación del freno,
en donde Ia etapa de freno del motor (5), además de aplicarse a las situaciones en las cuales se desea que las puertas ofrezcan una gran resistencia al desplazamiento manual, se aplica adicionalmente durante un corto periodo de tiempo en Ia transición entre las otras tres etapas de giro en un sentido, giro en el otro y desfrenado o liberación del freno de forma que Ia corriente del motor (5) recircule, anulándose.
13.- Método para Ia operación de puertas en el ámbito ferroviario según reivindicación 12, caracterizado porque para Ia activación del giro del motor (5) en un sentido u en otro se disparan en contra fase dos transistores situados en Ia misma rama lateral mientras que en Ia otra rama uno de los transistores se dispara y el otro se mantiene apagado.
14.- Método para Ia operación de puertas en el ámbito ferroviario según reivindicación 13, caracterizado porque para evitar pulsos de tensión elevados durante los disparos en contra fase de los transistores situados en Ia misma rama lateral, se actúa sobre el tiempo de conducción del transistor situado inferiormente (3, 4) en dicha rama lateral para controlar Ia cantidad de energía que se devolverá a Ia alimentación y Ia que se hará recircular hasta el siguiente ciclo.
15.- Método para Ia operación de puertas en el ámbito ferroviario según reivindicaciones 13 y 14, caracterizado porque el disparo en contra fase de los transistores situados en Ia misma rama lateral es función de Ia tensión que se desea aplicar al motor (5) y por Io tanto de Ia velocidad de giro deseada de éste, Ia cual determina Ia velocidad y presión de las puertas.
16.- Método para Ia operación de puertas en el ámbito ferroviario según reivindicación 12, caracterizado porque Ia etapa de freno del motor comprende Ia operación de mantener encendidos los transistores (1 ) y (2) de las ramas superiores y apagados los (3) y (4) de las ramas inferiores o viceversa.
17.- Método para Ia operación de puertas en el ámbito ferroviario según reivindicación 12, caracterizado porque Ia etapa de desfrenado o liberación del freno motor (5) comprende Ia apertura los cuatro transistores (1 , 2, 3, 4), reconduciéndose Ia corriente generada por el motor (5) por los diodos intrínsecos (6) de los transistores hacia Ia alimentación de forma que Ia puerta pueda ser manualmente desplazada.
18.- Método para Ia operación de puertas en el ámbito ferroviario según reivindicación 12, caracterizado porque previa a las etapas de activación en un sentido o en otro, freno y desfrenado del motor (5) se lleva a cabo Ia localización de Ia puerta aplicando tensión a dicho motor (5) para que éste Ia desplace a baja velocidad en el sentido de apertura o cierre adecuado, hasta que se alcanza el final de recorrido, tomando dicha posición como referencia.
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