CN102372222B - 自动扶梯及自动人行道的逆转、超速及失速保护安全电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动扶梯及自动人行道的逆转、超速及失速保护安全电路，包括：输入控制模块，用于检测自动扶梯及自动人行道的运行状态，并将检测到的信号输入给控制处理模块；控制处理模块，采用可编程逻辑器件构成，根据输入控制模块输入的自动扶梯及自动人行道的运行状态信号，判断是否出现逆转、超速及失速，当出现逆转、超速和/或失速时，控制输出执行模块动作；输出执行模块，其常开触点串联在自动扶梯及自动人行道的安全控制回路中，当出现逆转、超速和/或失速时其常开触点断开，实现逆转、超速和/或失速安全保护。本发明采用安全电路实现非操纵逆转保护，并且能够实现超速和失速保护。

Description

自动扶梯及自动人行道的逆转、超速及失速保护安全电路

技术领域

本发明涉及自动扶梯及自动人行道控制领域，特别是涉及一种自动扶梯及自动人行道的逆转、超速及失速保护安全电路。

背景技术

在早些年，自动扶梯及自动人行道的电气安全装置是由比较简单的电路来实现的，并把它归为安全电路。现在，在电气安全装置的控制电路中运用了更多复杂的电子元件来实现所需要的功能逻辑，甚至有些必须要使用PES(可编程电子***)来实现。GB16899《自动扶梯和自动人行道的制造与安装安全规范》已经注意到了在安全电路中使用电子元件，并给出硬件方面的规定。

目前，GB16899对电气安全装置的控制电路扩展了其范围，容许PES(包括软件)来实现。但是由软件参与实现的电气安全装置必须要符合PESSRAL(应用在电梯安全中的可编程电子***)的标准，须严格按照PESSRAL的流程进行验证。而PESSRAL的流程不论是设计还是验证都是相当复杂的。

根据GB16899中14.2.2.4.1(e)的要求，控制装置在超速和运行方向非操纵逆转下自动扶梯应自动停止运行，并在14.2.2.4.2进一步规定，该情况下的开关断开的动作应通过安全触点或安全电路来完成。

目前，现有的自动扶梯及自动人行道非操纵逆转保护都不是通过安全触点或安全电路来实现的，不符合GB16899的要求，并且通过技术分析调查，目前还没有可靠的方案以安全触点的方法实现非操纵逆转保护，因此需要发明一种通过安全电路的方法来实现非操纵逆转保护，以满足GB16899的要求。

另外，对于自动扶梯及自动人行道的超速保护，目前大部分都通过机械方式的安全装置来实现，相对来说成本会高出很多。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种自动扶梯及自动人行道的逆转、超速及失速保护安全电路，采用安全电路实现非操纵逆转保护，并且能够实现超速和失速保护。

为解决上述技术问题，本发明的自动扶梯及自动人行道的逆转、超速及失速保护安全电路包括：

一输入控制模块，用于检测自动扶梯及自动人行道的运行状态，并将检测到的信号输入给控制处理模块；所述输入控制模块检测的信号包括，自动扶梯及自动人行道实际运行速度及实际运行方向的信号；指示自动扶梯及自动人行道运行状态的运行指令的信号，使得所述运行指令输入均按照冗余方式确认，即某种运行指令都由其它输入信号互相组成的电平逻辑来确认；指示自动扶梯及自动人行道处于额定运行速度状态的信号，或者处于某个确定的运行速度状态的指令信号；

一控制处理模块，采用可编程逻辑器件构成，根据输入控制模块输入的自动扶梯及自动人行道的运行状态信号，判断是否出现逆转、超速和/或失速，当出现逆转、超速和/或失速时，控制输出执行模块动作；

一输出执行模块，与控制处理模块相连接，其常开触点串联在自动扶梯及自动人行道的安全控制回路中，并且在自动扶梯及自动人行道处于正常运行状态下，其常开触点闭合，当出现逆转、超速和/或失速时其常开触点断开，实现逆转、超速和/或失速安全保护。

本发明采用可编程逻辑器件(CPLD、FPGA、GAL电路或者其他的可动态配置的硬件电路器件)来实现自动扶梯及自动人行道的逆转、超速及失速保护安全电路。可编程逻辑器件的控制电路具有较强的抗干扰能力，能满足硬件电路的稳定性和可靠性要求，它强大的逻辑功能同时又能实现复杂的控制处理功能。所述可编程逻辑器件为CPLD(复杂可程序逻辑装置)、FPGA(现场可编程门阵列)、GAL(通用阵列逻辑)电路或者其他的可动态配置的硬件电路器件；不包括任何由软件程序实现控制的微处理器。

本发明的自动扶梯及自动人行道的逆转、超速及失速保护安全电路，在逆转保护、超速及失速保护方面均完全实现了GB16899所规定的要求。

传统安全电路只靠简单的电子器件来完成功能，相对比较可靠，设计及验证相对简单；但是由简单的电子元器件构造的电路功能通常不能应对复杂的安全保护，对于实现自动扶梯逆转判断及超速判断功能，实现起来相对困难。

本发明应用可编程逻辑器件实现自动扶梯及自动人行道的逆转、超速及失速保护安全电路，具有普通的含电子元件的安全电路的所有优点，同时，设计功能上完全满足要求。应用可编程逻辑器件的安全电路可以实现更复杂、控制精度更高的保护功能；具有强大的自监测功能；通过对输入信号灵活的配置各种滤波处理，可以提高输入信号的准确性；应用可编程逻辑器件的安全电路成本也非常经济，设计及验证流程也相对简单。因此将可编程逻辑器件应用于自动扶梯及自动人行道的安全电路，对于自动扶梯及自动人行道安全装置的发展有着很大的意义。

附图说明

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是本发明的逆转、超速及失速保护安全电路一实施例***框图；

图2是速度和运转方向检出的示意图；

图3是图1中第一可编程逻辑器件和第二可编程逻辑器件一实施例的内部结构框图；

图4是图1中第一可编程逻辑器件和第二可编程逻辑器件中由状态机实现的自动扶梯或自动人行道的运行状态的转换图；

图5是图1中第一、第二和第三可编程逻辑器件对安全继电器的上电自检测过程图。

具体实施方式

在下面的实施例中以CPLD为例对本发明的内容进行说明，以便更好的理解本发明的技术方案及所能达到的有益技术效果。

参见图1所示，在一实施例中，所述自动扶梯及自动人行道的逆转、超速及失速保护安全电路包括：

一输入控制模块1，用于检测自动扶梯及自动人行道的运行状态，并将检测到的信号输入给控制处理模块2。

一控制处理模块2，采用可编程逻辑器件构成，例如采用CPLD实现，根据输入控制模块1输入的自动扶梯及自动人行道的运行状态信号，判断是否出现逆转、超速及失速，当出现逆转、超速和/或失速时，控制输出执行模块3动作。在本发明中所有相关的控制处理功能均由所述的可编程逻辑器件实现，不采用任何由软件程序实现控制的微处理器；也就是说本发明采用可编程逻辑器件实现的控制处理模块2，不包括由微处理器实现的控制处理模块2。所述控制处理功能包括自动扶梯及自动人行道实际运行速度及运转方向检测、自动扶梯的运转指令分析、以及超速判断、逆转判断、继电器的自检测和输出控制功能。

一输出执行模块3，与控制处理模块2相连接，其常开触点串联在自动扶梯及自动人行道的安全控制回路中，并且在自动扶梯及自动人行道处于正常运行状态下，其常开触点闭合，当出现逆转、超速和/或失速时其常开触点断开，实现逆转、超速和/或失速安全保护。

所述输入控制模块1检测的信号包括，自动扶梯及自动人行道实际运行速度及实际运行方向的信号；指示自动扶梯及自动人行道运行状态的运行指令的信号，使得所述运行指令输入均按照冗余方式确认，即某种运行指令都可由其它输入信号互相组成的电平逻辑来确认；指示自动扶梯及自动人行道处于额定运行速度状态的信号，或者处于某个确定的运行速度状态的指令信号。

用于检测自动扶梯及自动人行道实际运行速度及实际运行方向的信号，为2路光电开关输出的脉冲信号，或者为光电编码器输出的A/B两相信号。

指示自动扶梯及自动人行道运行状态的运行指令的信号包括如下信号：

(1)上行信号、下行信号，提供自动扶梯指令运行方向，一旦实际测量的运行方向与指令方向不一致时，可产生逆转保护，该输入信号在安全电路中是必须的。

(2)运行信号，作为上行/下行信号的冗余输入，提供给安全电路作为判断条件，该输入信号在安全电路中是必须的。

(3)高速额定或者某一稳速运行指示信号，作为额定速度运行信号或者某一速度下稳定匀速运行信号，该输入信号在安全电路中是选择配置的，主要提供给安全电路判断可编程逻辑器件中的速度判断是否正常或者硬件配置是否正常。

自动扶梯及自动人行道的每一个运行状态都是由这些指令信号中的某几个组合而成的逻辑来确定的，具有相互冗余校验功能。上行低速待机运行状态的必要指令输入信号为：上行有效、下行无效、运行有效、高速额定无效。由此确定的运行状态应该是比较准确，不易受信号干扰影响。

所述控制处理模块2包括三个可编程逻辑器件，其中，输入控制模块1检测到的信号同时输入给第一可编程逻辑器件5和第二可编程逻辑器件6。第一可编程逻辑器件5和第二可编程逻辑器件6具有相同的逆转、超速和失速判断等逻辑功能，冗余实现逆转、超速和/或失速保护功能。第三可编程逻辑器件7对第一可编程逻辑器件5和第二可编程逻辑器件6进行实时的运行状态监控。

所述输出执行模块3包括至少2个安全继电器，其中至少一个安全继电器8与所述第一可编程逻辑器件5相连接，其它安全继电器9与所述第二可编程逻辑器件6相连接。所有安全继电器的常开触点通过串联的方式实现冗余的安全保护，即所有安全继电器的常开触点串联接入到自动扶梯及自动人行道的安全回路，保证其中的任一安全继电器动作后都能切断安全回路，切断驱动主机以及主抱闸的通电，当该安全电路配置1.4倍超速选配功能时，则应同时切断辅助抱闸(副抱闸)，对自动扶梯及自动人行道进行减速。所述第一可编程逻辑器件5和第二可编程逻辑器件6分别控制与其相连接的安全继电器8、9的动作，所述第三可编程逻辑器件能同时控制与第一可编程逻辑器件5和第二可编程逻辑器件6相连接的安全继电器8、9动作，只要第一可编程逻辑器件5、第二可编程逻辑器件6和第三可编程逻辑器件7中任何一个检测出逆转、超速和/或失速故障时，则会使至少一个所述安全继电器动作。

所述逆转保护可以采用如下方式实现。

通常判断电梯电机的运转方向可采用光电编码器或光电接近开关来实现，如附图2所示。例如，在一实施例中将2个光电接近开关安装于电梯电机轴上的飞轮盘，产生2个相位差90°的A、B相脉冲，通过输入控制模块1进行电平处理后送入控制处理模块2，即CPLD。

CPLD通过判断A相和B相的前后相位来判断电梯电机实际运转方向，一旦其实际运行方向与指令方向(上行或下行)不一致时即产生逆转保护，使输出执行模块3的安全继电器动作。在下面的描述中还将对此作进一步的说明。

所述超速保护可以采用如下方式实现。

在一实施例中，采用一个比自动扶梯及自动人行道额定速度运行情况下产生的A、B脉冲频率高的多，并且稳定精准的时钟来作为CPLD的工作时钟。用该时钟对两个光电接近开关输出的A、B相脉冲的有效脉冲间隔时间进行计数，所得出的计数值的大小就能对应出相应的速度值。具体实现的示意图可参见图2所示。

对两个光电接近开关输出的A、B相脉冲分别计数，可以达到冗余保护的目的。当检测到两个光电接近开关输出的任一相脉冲间隔时间小于自动扶梯及自动人行道以1.2倍额定速度运行时的脉冲间隔时间，并且持续超过一定时间后，即认为超速1.2倍，使输出执行模块3的安全继电器动作，实施保护。同样，当配置1.4倍超速保护功能时，可以提供更高一级的动作速度设定值，来判断是否超额定速度1.4倍，当超过1.4倍额定速度时，使相应的安全继电器动作，实施保护。

图3是在本实施例中作为第一和第二可编程逻辑器件的CPLD的内部结构框图。

该CPLD内部逻辑设计采用模块化设计，整个控制处理功能由以下子功能模块进行实现。包括第一滤波模块11、第二滤波模块12、指令解析模块17、方向检出模块13、速度检出模块14、15、AP-BP故障检测模块16、超速判断模块19和运行状态机模块18。

第一滤波模块11和第二滤波模块12都是滤波周期可参数化设定的同步滤波模块，主要的功能是对输入信号进行滤波，保证信号保持时间超过设定时间周期才认为是真实有效信号，可以排除因为某些干扰引起的错误信号输入。在本实施例中对4路命令输入信号(运行、上行、下行、高速)均加了周期为T10的同步滤波，对2路光电脉冲输入信号(AP、BP)采用了周期为T11的滤波。

指令解析模块17的主要功能是根据所有指令输入信号组合逻辑来确定自动扶梯及自动人行道处于哪种运行指令状态，同时也能检出所有正常情况下不应该出现的指令输入信号组合逻辑电平。

方向检出模块13的主要功能是根据A、B相脉冲的先后顺序来判断电梯电机的运转方向。

速度检出模块14、15的主要功能是，通过设定的时钟频率对输入的A、B相脉冲的有效脉冲间隔时间进行计数，并在每次输入脉冲结束的同时产生脉宽计数锁存信号，供其它模块读取脉宽计数值数据。

AP-BP故障检测模块16的功能是分别在AP、BP脉冲(即A、B相脉冲)的上升沿和下降沿产生脉冲信号，同时检测AP和BP是否有正常的相位差，即AP和BP的脉冲是否有同时有效的部分，如果不是，则说明光电接近开关安装有误或者装置发生故障。

超速判断模块19主要功能是将速度检出模块14、15的脉冲计数值与预先设定的超速值进行比较，判断是否超速。

运行状态机模块18主要功能是实现自动扶梯运行过程中的状态监测，包括逆转判断、失速检出及各种逻辑故障检出。

所述自动扶梯及自动人行道运行状态监控采用如下方式实现。

在本实施例中，利用CPLD的运行状态机模块18能够实现自动扶梯及自动人行道的各种控制逻辑保护功能。根据运行指令输入分析，可将自动扶梯及自动人行道所处状态分为以下4种：上行运行、下行运行、停车状态以及指令出错状态。其中上行运行、下行运行、停车状态统称为正常状态。由运行状态机模块18实现的运行状态的转换图可参见图4所示，结合光电接近开光的输出脉冲即可进行各种控制逻辑判断，具体的故障判断分类如下。

(a)指令故障：

上行指令和下行指令均为有效；

上行指令或下行指令中有一个有效，但运行指令无效；

上行指令和下行指令均无效，但运行指令有效；

上行指令、下行指令和运行指令均无效，但高速额定运行指令有效。

以上情况任意一种情况发生且持续某设定时间T1以上，则安全电路输出接线错误故障，但安全继电器不动作。若该故障持续更长的某设定时间T2，且检出AP、BP有脉冲时，使安全继电器动作。

(b)停车命令故障：发出停车命令且持续特定时间(正常情况下停车命令有效后至***真正处于停止状态需要的时间)后仍检测出AP或BP脉冲超过某设定数量N1，使安全继电器动作。

(c)上行命令故障：以下情况任一种情况发生时则使安全继电器动作。

进入上行状态某一设定时间T3后，仍未检测到AP或BP脉冲信号；

进入上行状态某一设定时间T4后，若检出实际运行方向为下行，且AP或BP脉冲数量超过设定值N2后，即认为上行时逆转；

高速额定运行指令有效时，若检出实际速度低于额定速度的某一设定比例值(K1)％，且持续超过某一设定时间T5；

高速额定运行指令无效时，若检出实际速度高于额定速度的某一设定比例值(K2)％，且持续超过某一设定时间T6。

(d)下行命令故障：以下情况任一发生则使安全继电器输出动作。

进入该下行状态某一设定时间T3后，仍未检测到AP或BP脉冲信号；

进入该下行状态某一设定时间T4后，若检出实际运行方向为上行，且AP或BP脉冲数量超过设定值N2后，即认为下行时逆转；

高速额定运行指令有效时，若检出实际速度低于额定速度的某一设定比例值(K1)％，且持续超过某一设定时间T5；

高速额定运行指令无效时，若检出实际速度高于额定速度的某一设定比例值(K2)％，且持续超过某一设定时间T6。

所述第三可编程逻辑器件7对第一可编程逻辑器件5和第二可编程逻辑器件6进行实时的运行状态监控可采用如下方式实现。

将第一可编程逻辑器件5和第二可编程逻辑器件6的故障报警输出信号(定义为WDT_A、WDT_B)以及由***时钟产生的某一设定频率信号(定义为PL_A、PL_B)都输入至第三可编程逻辑器件7，实时监视这2组信号的波形。实现过程简单描述如下：

按监测周期T8，对WDT_A和WDT_B进行电平比较，若持续2个监测周期比较结果为电平不同，认为故障。

按监测周期T9，对PL_A和PL_B的脉冲计数值进行比较，若持续2个监测周期得到计数值差值超过某设定值N3后，认为故障。

一旦检测到以上任一故障，则第三可编程逻辑器件7自身输出故障信号，使两个安全继电器动作，断开安全回路。

采用CPLD构成的监控电路可以实现较为完善有效的监控功能，而普通的电子电路是很难实现的。

采用CPLD实现安全继电器触点的自检测可以采用如下方式实现。

通常，安全电路在电梯正常情况下都是一直持续保持在连通状态，即串联接入其中的安全继电器的常开触点都是长时间处于吸合状态。以前常用的安全电路不能实现自检测功能，包括对控制电路或者安全继电器。因此长期使用存在一定的隐患。

在本发明的安全电路中应用CPLD后就可以实现自检测功能，第一、第二和第三可编程逻辑器件都可设定触点的自检测操作，保证安全电路在长时间运行情况下，安全继电器因长期吸合引起的粘连故障及时检出。

具体分两部分来实现：

上电自检测。在安全电路上电及复位时，均执行一次***自检测过程，CPLD通过对***时钟的计数实现时间计时，在每次上电的某设定时间T7内执行一个周期的“连通——切断——连通”操作，来检测CPLD对它控制的安全继电器是否能正常工作。具体实现过程参见图5所示。

触点实时监测。利用安全继电器的常闭触点作为检测返回信号，通过CPLD实时了解该安全继电器串入安全回路的常开触点动作情况。CPLD实现的这一实时监测功能，能有效防止当安全继电器出现故障时，***出现应该保护而不动作的情况。

输入信号、故障保持时间相关参数可以采用如下方式进行处理。

对于故障判断持续时间、其他延时等待时间以及各种情况下需检出的AP、BP脉冲个数等具体参数，即上述实施例中所述的时间参数T1～T11、脉冲个数参数N1～N3以及比例系数K1～K2，根据实际的运行情况，经过理论计算以及现场试验确定得出相应的优化值。

以上通过实施例对本发明进行详细的说明，但是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若干变形和改进(如将CPLD改为其他的可编程逻辑器件等来实现)，这些也应视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种自动扶梯及自动人行道的逆转、超速及失速保护安全电路，其特征在于，包括：

一输入控制模块，用于检测自动扶梯及自动人行道的运行状态，并将检测到的信号输入给控制处理模块；所述输入控制模块检测的信号包括，自动扶梯及自动人行道实际运行速度及实际运行方向的信号；指示自动扶梯及自动人行道运行状态的运行指令的信号，使得所述运行指令输入均按照冗余方式确认，即某种运行指令都由其它输入信号互相组成的电平逻辑来确认；指示自动扶梯及自动人行道处于额定运行速度状态的信号，或者处于某个确定的运行速度状态的指令信号；

一控制处理模块，采用可编程逻辑器件构成，根据输入控制模块输入的自动扶梯及自动人行道的运行状态信号，判断是否出现逆转、超速和/或失速，当出现逆转、超速和/或失速时，控制输出执行模块动作；

一输出执行模块，与控制处理模块相连接，其常开触点串联在自动扶梯及自动人行道的安全控制回路中，并且在自动扶梯及自动人行道处于正常运行状态下，其常开触点闭合，当出现逆转、超速和/或失速时其常开触点断开，实现逆转、超速和/或失速安全保护。

2.如权利要求1所述的安全电路，其特征在于：所述控制处理模块包括三个可编程逻辑器件，其中，第一可编程逻辑器件和第二可编程逻辑器件冗余实现逆转、超速和/或失速保护功能，第三可编程逻辑器件对第一可编程逻辑器件和第二可编程逻辑器件进行实时的运行状态监控。

3.如权利要求2所述的安全电路，其特征在于：所述输出执行模块包括至少2个安全继电器，其中至少一个安全继电器与所述第一可编程逻辑器件相连接，其它安全继电器与所述第二可编程逻辑器件相连接，所有安全继电器的常开触点通过串联的方式实现冗余的安全保护；所述第一可编程逻辑器件和第二可编程逻辑器件分别控制与其相连接的安全继电器的动作，所述第三可编程逻辑器件能同时控制与第一可编程逻辑器件和第二可编程逻辑器件相连接的安全继电器动作，只要第一可编程逻辑器件、第二可编程逻辑器件和第三可编程逻辑器件中任何一个检测出逆转、超速和/或失速故障时，则会使至少一个所述安全继电器动作。

4.如权利要求1-3中任一所述的安全电路，其特征在于：所述可编程逻辑器件为CPLD、FPGA和/或GAL电路。

5.如权利要求3所述的安全电路，其特征在于：每次上电时，由所述可编程逻辑器件对安全继电器进行连通、断开控制操作，在进行该控制操作的同时进行触点闭合、断开的反馈自检测；运行时，由可编程逻辑器件实时监控安全继电器的触点反馈信号是否与安全继电器的动作指令一致。

6.如权利要求3所述的安全电路，其特征在于：当检测出自动扶梯及自动人行道的运行速度超过1.2倍额定速度后，由一安全继电器切断主抱闸回路实现制动；当检测出自动扶梯及自动人行道的运行速度超过1.4倍额定速度后，由一安全继电器切断副抱闸回路实现制动。

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