ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНАЯ ЦЕПЬ В ЛИФТОВОЙ УСТАНОВКЕ
SAFETY CIRCUIT IN LIFT UNIT

Изобретение относится к лифтовой установке, в которой, по меньшей мере, одна кабина и, по меньшей мере, один противовес движутся в шахте навстречу друг другу, причем, по меньшей мере, одна кабина и, по меньшей мере, один противовес движутся по направляющим, удерживаемые одним или несколькими тяговыми канатами. Тяговый канат или канаты направляются по ведущему шкиву приводного блока, располагающего приводным тормозом. Кроме того, лифтовая установка содержит предохранительную цепь, которая в экстренном случае активирует приводной тормоз и включает в себя перемыкание дверных контактов, с тем чтобы при открывании дверей она оставалась замкнутой. Изобретение относится, в частности, к предохранительной цепи.
В традиционных лифтовых установках для перемыкания дверных контактов используются электромеханические выключатели. Однако, в частности, в лифтовых установках офисных зданий число рейсов кабины может составлять более 1000 за один рабочий день, причем перемыкание дверных контактов происходит дважды за каждый рейс. Таким образом, число коммутаций электромеханических выключателей составляет примерно 520000 в год. Это число настолько велико, что электромеханические выключатели становятся главным фактором ограничения надежности перемыкания дверных контактов.
Из-за большого числа коммутаций и высоких требований перемыкание дверных контактов классифицируется как так называемая функция безопасности High Demand. Вообще в соответствии с нормой МЭК 61508 функции безопасности High Demand определяются как функции, которые при бесперебойной нормальной работе лифтовой установки включаются, в среднем, не более одного раза в год, тогда как функциями Low Demand называются такие функции безопасности, которые предусмотрены только для экстренных случаев или только для аварийной работы лифтовой установки, при которой имеет место сбой, и включаются, в среднем, реже одного раза в год.
Существенным элементом этой международной нормы МЭК 61508 является определение уровня полноты безопасности (Safety Integrity Level - SIL, имеются уровни SIL1-SIL4). Она является мерой эффективности функций безопасности, необходимой или достигнутой и снижающей риск, причем SIL1 имеет наименьшую частоту запросов. Существенными параметрами надежности функции безопасности приборов или установок являются основы расчета для PFH (Probability of dangerous Failure per Hour - вероятность отказа в час) и PFD (Probability of dangerous Failure on Demand - вероятность отказа по запросу). Первый параметр PFH относится к системам High Demand, т.е. к системам с высокой частотой запросов, а второй параметр PFD - к системам Low Demand, которые в течение своего срока службы почти не срабатывают. По этим параметрам можно считывать уровень SIL.
Другое, обнаруживаемое в специальных источниках информации на основе этой нормы (МЭК 61508, раздел 3.5.12) определение режима работы с низкой частотой запросов (Low Demand Mode) и режима работы с высокой частотой запросов (High Demand Mode или режим непрерывной работы) специфицирует их отличие не только с помощью низкой или высокой (непрерывной) частоты запросов, но и следующим образом: функция безопасности Low Demand, действующая в режиме запроса, выполняется только по запросу и приводит контролируемую систему в определенное безопасное состояние. Выполняющие элементы этой функция безопасности Low Demand не оказывают никакого влияния на контролируемую систему, прежде чем произойдет запрос функции безопасности. Функция безопасности High Demand, напротив, действующая в непрерывном режиме, поддерживает контролируемую систему всегда в ее нормальном безопасном состоянии. Элементы этой функции безопасности High Demand контролируют контролируемую систему, следовательно, постоянно. Выход из строя элементов этой функции безопасности High Demand вызывает непосредственную угрозу, если не срабатывают дополнительные, относящиеся к безопасности системы или не принимаются внешние меры по снижению риска. Кроме того, функция безопасности Low Demand имеет место тогда, когда частота запросов превышает один в год или превышает более чем в два раза частоту повторного испытания (МЭК 61508, раздел 3.5.12).
Задачей изобретения является создание предохранительной цепи для лифтовой установки, которая позволила бы более надежно и безопасно выполнять часто включаемую функцию безопасности High Demand, например перемыкание дверных контактов, и, тем самым, позволила бы повысить безопасность, а также снизить расходы и упростить техобслуживание.
Решение этой задачи заключается, прежде всего, в целенаправленной замене электронными полупроводниковыми выключателями тех традиционных электромеханических выключателей, которые нагружены большим числом коммутаций (функция безопасности High Demand). Такой функцией безопасности High Demand является, например, перемыкание дверных контактов, однако рассматриваются и другие, включенные при бесперебойной нормальной работе функции безопасности, а именно такие, которые часто включаются.
Такие полупроводниковые выключатели, например с МОП-транзисторами, основаны обычно на транзисторах, которые выдерживают миллионы коммутационных циклов в сутки. Недостатком является лишь та тенденция, что при отказе они вызывают короткое замыкание, которое привело бы к постоянному перемыканию всех дверных контактов. Другими словами, если по причинам дублирования для перемыкания дверных контактов предусмотрены преимущественно два полупроводниковых выключателя (для выполнения уровня безопасности SIL2), которые должны были выйти из строя из-за короткого замыкания, возникает высокая опасность того, что кабина и противовес будут двигаться с открытыми дверями шахты и/или кабины, поскольку короткое замыкание полупроводниковых выключателей имитирует закрытые двери.
В целом, для предотвращения или обнаружения короткого замыкания в полупроводниковом выключателе обычно предлагаются сложные и дорогостоящие решения так называемой безотказности.
В публикации ЕР-А2-1535876 раскрыт привод, соединенный с содержащим силовой полупроводник электронным устройством, причем между ним и приводом предусмотрен, по меньшей мере, один главный контактор, соединенный с предохранительной цепью, содержащей последовательно включенные дверные выключатели. При открывании дверей эти последовательно включенные дверные выключатели, в свою очередь, перемыкаются с выключателями. В упомянутой публикации раскрыто, правда, использование полупроводников - силовых полупроводников в электронном устройстве привода, однако не внутри предохранительной цепи, а также не раскрыто решение безотказности по предотвращению склонности полупроводников к короткому замыканию, а, напротив, раскрыты служащее для предотвращения шума оставление включенным, по меньшей мере, одного главного контроллера и контроль последнего посредством замедляющего звена и/или счетного устройства.
В предложенной предохранительной цепи не предусмотрено собственное решение безотказности для соответствующих электронных полупроводниковых выключателей, а имеющееся другое электромеханическое предохранительное реле включено в предотвращение или обнаружение возможного короткого замыкания в одном из электронных полупроводниковых выключателей. Под этим согласно изобретению подразумевается то, что при коротком замыкании в одном из электронных полупроводниковых выключателей, которые согласно изобретению и по причинам дублирования (уровень безопасности SIL2) предусмотрены в двойном количестве для перемыкания дверных контактов, сначала ничего не происходит. Если же «накрылся» второй электронный полупроводниковый выключатель, что из-за возможных пиков перегрузки может происходить быстрее, то для размыкания предохранительной цепи не срабатывает предусмотренное специально для этого решение безотказности или не срабатывают предусмотренные специально для этого предохранительные реле, а срабатывает, по меньшей мере, одно, так и так имеющееся электромеханическое предохранительное реле, которое в рамках другой функции безопасности разомкнуло бы предохранительную цепь, если бы внутри этой последней функции безопасности имела бы место нерегулярность. В качестве альтернативы размыкание предохранительной цепи может произойти уже при выходе из строя первого полупроводникового выключателя.
Это, по меньшей мере, одно другое электромеханическое предохранительное реле первой, важной для безопасности функции лифтовой установки предусмотрено преимущественно для так называемой функции безопасности Low Demand, т.е. для функции безопасности, связанной с немногими коммутационными процессами, когда она включается, например, только в экстренных случаях вне нормальной работы (См. определение режимов Low Demand и High Demand, стр.1, строка 23 до стр.2, строка 27).
Согласно изобретению таким другим предохранительным реле может быть, например, так называемая цепь реле ETSL (Emergency Terminal Speed Limiting - зависимый от скорости экстренный контроль замедления при приближении к концу шахты). Такие цепи реле ETSL известны из уровня техники. Эта цепь реле ETSL является так называемым компонентом безопасности Low Demand, который при нормальной работе не требуется. Он крайне редко выходит из строя, а именно только тогда, когда кабина должна выехать за пределы своего нормального диапазона. Эта цепь реле ETSL выполнена электромеханической, т.е. она не содержит полупроводников, а содержит контакты и электромеханическое предохранительное реле и согласно изобретению дополнительно к своей основной функции контроля замедления при приближении к концу шахты включено в контроль полупроводниковых выключателей. Последние используются согласно изобретению для функции безопасности High Demand, например для перемыкания дверных контактов, в общем, для последовательной коммутации контактов, которые при бесперебойной нормальной работе замкнуты, однако в определенных рабочих условиях размыкаются и тогда перемыкаются, так что вся предохранительная цепь остается активной.
Другими словами, элементы электромеханической цепи реле или, по меньшей мере, ее части используются согласно изобретению для того, чтобы в случае короткого замыкания одного или обоих полупроводниковых выключателей разомкнуть предохранительную цепь.
Контроль полупроводниковых выключателей происходит согласно изобретению посредством контрольной переключающей схемы с процессорным управлением. Если контроль покажет, что полупроводниковые выключатели короткозамкнуты, то процессор или процессоры способны с помощью другой, так и так имеющейся электромеханической цепи реле, например цепи реле ETSL, оставить предохранительную цепь лифтовой установки разомкнутой.
В первом решении предусмотрено, что, по меньшей мере, один процессор, с одной стороны, способен управлять полупроводниковыми выключателями, например для перемыкания дверных контактов, и одновременно контролем полупроводниковых выключателей. С другой стороны, по меньшей мере, один процессор одновременно способен в случае обнаружения короткого замыкания в результате контроля оказать управляющее воздействие непосредственно на включенные последовательно контакты реле или непосредственно на одно или несколько электромеханических предохранительных реле другой электромеханической цепи реле. Другими словами, согласно изобретению, предпочтительно, что другая цепь реле сама больше не содержит возможного собственного процессора, а вышеназванный, по меньшей мере, один процессор управляет полупроводниковыми выключателями, их контролем и присущей функцией электромеханической цепи реле.
То есть, например, в том случае, когда электромеханическая цепь реле воспринимает функцию ETSL лифтовой установки, это означает, что функция ETSL больше не содержит никакого собственного или никаких собственных процессоров. По меньшей мере, один процессор для полупроводниковых выключателей и их контроль выполняет также функция ETSL. Это требует лишь соответствующих проводов и соответствующей схемы с выполняющим обе важные для безопасности функции процессором и дает значительное преимущество сокращения расходов.
В качестве другой альтернативы можно также продолжить использовать управляющий процессор или процессоры электромеханической цепи реле и передать управляющий процессор или процессоры полупроводниковых выключателей для размыкания предохранительной цепи из-за их короткого замыкания к управляющему процессору или процессорам электромеханической цепи реле.
Кроме того, можно было бы продолжить использовать управляющий процессор или процессоры электромеханической цепи реле, однако передать управляющую команду процессоров для полупроводниковых выключателей с целью размыкания предохранительной цепи не управляющему процессору или процессорам электромеханической цепи реле, а позволить воздействовать процессорам полупроводниковых выключателей непосредственно на контакты реле или на соединенные с ними электромеханические предохранительные реле.
Как уже сказано, перемыкание последовательной схемы контактов может быть часто включаемой функцией High Demand, например перемыкание дверных контактов, происходящее согласно изобретению с помощью полупроводниковых выключателей. Однако, несмотря на это использование полупроводниковых выключателей, достигается тот же уровень безопасности, что и с помощью электромеханических предохранительных реле, за счет того, что в случае выхода из строя (короткого замыкания) перемыкания дверных контактов используются преимущественно одно или несколько предохранительных реле ETSL, чтобы снова разомкнуть предохранительную цепь и избежать опасных ситуаций.
Чтобы достичь, по меньшей мере, такого же или более высокого уровня безопасности, принципиально требуется принять во внимание только такие электромеханические предохранительные реле в предложенное интегрирование для обхода недействующего из-за короткого замыкания перемыкания дверных контактов посредством полупроводниковых выключателей, которые в отношении своей схемы, расчета и уровня безопасности (так называемый уровень SIL) предусмотрены для не перемыкаемой в машинном режиме функции безопасности. Это значит, что электромеханическое предохранительное реле должно быть рассчитано, по меньшей мере, так, чтобы оно выполняло функцию безопасности, которая элементарно настолько важна, что она намеренно перемыкается только в ручном режиме или вообще никогда не перемыкается.
Как уже сказано, два традиционных электромеханических реле для перемыкания дверных контактов заменены согласно изобретению например, двумя МОП-транзисторами. Кроме того, согласно изобретению оба МОП-транзистора контролируются соответствующим процессором или микропроцессором и контрольной или проверочной переключающей схемой за счет того, что на входе и выходе МОП-транзисторов осуществляется измерение напряжения отдельно для каждого канала. Если один или оба МОП-транзистора повреждены (что у таких выключателей означает, как правило, короткое замыкание), то соответствующий процессор обнаружит это состояние и разомкнет контакт или контакты реле ETSL. Другим преимуществом является, следовательно, то, что одновременно могут быть повреждены даже оба МОП-транзистора; таким образом, однако, устройство или лифтовая установка все еще безопасно/безопасна.
Кроме того, согласно изобретению предусмотрен индикатор, на котором отображается информация в случае обхода короткого замыкания в одном из полупроводниковых выключателей одним из электромеханических предохранительных реле или его контактами.
Обычно МОП-транзисторы при открытых дверях всегда заперты. Вследствие этого предусмотрено, что соответствующий процессор с равным интервалом в несколько секунд на короткое время отпирает МОП-транзисторы, чтобы проверить падение напряжения на каждом из них без срабатывания предохранительного реле предохранительной цепи и, тем самым, без размыкания ее соответствующим контактом реле. Этот период выключения согласно изобретению достаточно короткий, чтобы измерить падение напряжения, однако не настолько длинный, чтобы дать сработать реле предохранительной цепи.
Специалист может реализовать описанный контроль посредством измерения не падения напряжения, а силы тока, преимущественно индуктивно и бесконтактно.
Заявленное изобретение представляет, следовательно, гибридное решение, которое недорогим образом сочетает в себе зарекомендовавшую себя надежность электромеханических реле с высокой надежностью, в частности в отношении числа коммутационных циклов, транзисторов.
Предложенная перемыкающая схема включает в себя, тем самым, полупроводниковые выключатели преимущественно для часто включаемых функций безопасности High Demand, таких, например, как перемыкание дверных контактов, контрольную переключающую схему с процессорным управлением для этих полупроводниковых выключателей и преимущественно интегрирование электромеханического предохранительного реле, обычно ответственного за другую, редко включаемую функцию безопасности Low Demand для обхода полупроводниковых выключателей в случае их короткого замыкания и размыкания предохранительной цепи.
Кроме того, предохранительная цепь включает в себя обычные признаки и схемы, которые соответствуют современным лифтовым установкам - не в последнюю очередь из-за действующих норм - и известны специалисту в области лифтостроения. Такими признаками являются, например, последовательное расположение всех контактов дверей шахты, также последовательное расположение контакта или контактов дверей кабины, контроль пути кабины конечными выключателями (KNE - Kontakt Not Ende), контроль скорости движения кабины датчиками на конце шахты (ETSL), тормозные контакты и, по меньшей мере, один аварийный выключатель.
Другие или предпочтительные варианты предложенной предохранительной цепи являются объектами зависимых пунктов.
Изобретение схематично и в качестве примера более подробно поясняется со ссылкой на чертежи. Одинаковыми ссылочными позициями обозначены одинаковые детали, а ссылочными позициями с различными индексами - функционально одинаковые или аналогичные детали.
На чертежах изображают:
- фиг.1: лифтовую установку;
- фиг.1а: предохранительную цепь из фиг.1;
- фиг.2: устройство из двух полупроводниковых выключателей для перемыкания последовательной схемы контактов, контрольную переключающую схему для этих двух полупроводниковых выключателей, электромеханическую цепь реле и интегрирование этого устройства в традиционную предохранительную цепь из фиг.1, 1а и образованную, тем самым, предохранительную цепь, согласно изобретению.
На фиг.1 изображена лифтовая установка 100, например в показанном соотношении 2:1 длины ветвей тягового каната 3. В шахте 1 движется кабина 2, которая посредством тягового каната 3 соединена с подвижным противовесом 4. Тяговый канат 3 при работе приводится в действие канатоведущим шкивом 5 приводного блока 6, которые расположены, например, в самой верхней части шахты 1 в машинном помещении 12. Кабина 2 и противовес 4 движутся по проходящим по высоте шахты направляющим 7а, 7b, 7с.
Кабина 2 на высоте подъема h может обслуживать самый верхний этаж с дверью 8, другие этажи с дверями 9, 10 и самый нижний этаж с дверью 11. Шахта 1 образована боковыми стенками 15а, 15b, перекрытием 13 и дном 14, на котором расположены буфер 19а для противовеса 4 и два буфера 19b, 19с для кабины 2.
Тяговый канат 3 закреплен в неподвижной крепежной точке 16а на перекрытии 13 шахты 1 и параллельно ее боковой стенке 15а направлен к несущему шкиву 17 для противовеса 4, оттуда обратно по канатоведущему шкиву 5 к первому 18а и второму 18b обводным или несущим шкивам, обхватывая снизу кабину 2, и ко второй неподвижной крепежной точке 16b на перекрытии 13.
Предохранительная цепь 200 включает в себя на каждом из этажей 8-11 контакты 20a-20d двери шахты, последовательно включенные в переключающую схему 21 дверей шахты. Переключающая схема 21 подключена к РСВ 22 (Printed Circuit Board - печатная плата), которая расположена, например, в машинном помещении 12. РСВ 22 посредством лишь символически понимаемого соединения 23 соединена с приводом 6 или приводным тормозом 24, так что при ошибочных сообщениях предохранительной цепи 200 привод приводного блока 6 или вращение канатоведущего шкива 5 можно остановить.
Соединение 23 следует понимать лишь условно, поскольку оно в действительности значительно более сложное и включает в себя, как правило, управление лифтовой установкой. Оно содержит, кроме того, реле 40 предохранительной цепи 200 и места 41а, 41b соединений. Между последними реализована двухканальная, как правило, для выполнения уровня безопасности SIL2 функция 42 контроля замедления при приближении к концу шахты за счет того, что первый и второй ETSL-каналы последовательно расположены в предохранительной цепи 200. Оба ETSL-канала условно обозначены выключателями 31а, 31b, однако являются переключающими реле с коммутирующими контактами.
Не только двери шахты имеют переключающую схему 21 для контроля их открывания, но и кабина 2 имеет переключающую схему 25 для контроля двух своих раздвижных дверей 27а, 27b. Эта переключающая схема 25 содержит контакт 26. Сигналы переключающей схемы 25 подаются по висящему кабелю 28 кабины 2 на РСВ 22, где они последовательно с контактами 20a-20d дверей шахты интегрированы в предохранительную цепь 200.
Лифтовая установка 100 содержит далее перемыкающую схему 29 для расположенных в последовательной схеме 43 контактов 20a-20d дверей шахты и также последовательно расположенный контакт 26 дверей кабины. Перемыкающая схема 29 включает в себя между двумя дополнительными местами 41с, 41d соединения параллельные переключающие реле, коммутирующие контакты которых условно обозначены выключателями 30а, 30b.
На фиг.1а предохранительная цепь 200 лифтовой установки 100 из фиг.1 изображена отдельно, так что ее соединения и схемы показаны более наглядно. Схема 42 контроля замедления при приближении к концу шахты и перемыкающая схема 29 дверных контактов независимы друг от друга и лишь последовательно интегрированы в предохранительную цепь 200.
На фиг.2 видно, как, с одной стороны, между местами 41с, 41d соединения предохранительной цепи 200 из фиг.1 выполнена предложенная перемыкающая схема 29а для контактов 20a-20d, 26 из фиг.1, 1а, как, с другой стороны, электромеханическая цепь 42а реле расположена, согласно изобретению, между местами 41а, 41b соединения предохранительной цепи 200 из фиг.1, как перемыкающая схема 29а и электромеханическая цепь 42а реле, согласно изобретению, соединены между собой и, тем самым, образуют предохранительную цепь 200 и лифтовую установку 100. Электромеханическая цепь 42а реле представляет собой преимущественно цепь реле для осуществления функции безопасности Low Demand лифтовой установки 100.
Для осуществления функции безопасности High Demand, например функции перемыкания дверных контактов, в первую переключающую схему 300а включен микропроцессор 34с с полупроводниковым выключателем или транзистором 36а. Транзистор 36а изображен в виде МОП-транзистора, однако подходят и другие типы транзисторов.
Кроме того, показана контрольная переключающая схема 37а, которая присоединена к входу 38а и выходу 39а полупроводникового выключателя 36а. Процессор 34с управляет периодическими циклами измерения напряжения или силы тока на входе 38а и выходе 39а. Разумеется, точка 38а соединения может представлять также выход полупроводникового выключателя 36а, а точка 39а соединения - его вход.
Перемыкающая схема 29а, к которой, как видно на фиг.1, 1а, через места 41с, 41d соединения последовательно подключены все дверные контакты 20a-20d, 26, по причинам дублирования и для выполнения уровня безопасности SIL2 выполнена двухканальной. Второй канал включает в себя аналогично первому каналу переключающую схему 300b, полупроводниковый выключатель 36b, контрольную переключающую схему 37b для полупроводникового выключателя 36b, подключенную к его входу 38b и выходу 39b и управляемую микропроцессором 34d. Микропроцессоры 34с, 34d соединены между собой для двунаправленного обмена сигналами. Могут быть предусмотрены также более двух каналов.
Микропроцессор 34 с соединен далее с электромеханическим реле 35с, переключающим контактом 32с и резистором 33с первого ETSL-канала или, если опустить возможный ETSL-процессор, - с остальными элементами электромеханической цепи 42а реле. Микропроцессор 34d соединен, в свою очередь, с электромеханическим реле 35d, переключающим контактом 32d и резистором 33d второго ETSL-канала. Оба ETSL-канала обеспечивают функцию контроля замедления при приближении к концу шахты, реализованную на уровне безопасности SIL2, причем необходимая для этого схема 42 контроля замедления включена между местами 41а, 41b соединения предохранительной цепи 200 из фиг.1.
Используемая для предложенных целей схема 42 контроля замедления при приближении к концу шахты не содержит собственных микропроцессоров, поскольку управление схемой 42 происходит посредством микропроцессоров 34с, 34d наряду с управлением перемыкающей схемой 29а и контрольными переключающими схемами 37а, 37b.
В качестве опции возможно также устройство с единственным микропроцессором, который управляет как обоими каналами перемыкающей схемы 29а, так и обоими каналами электромеханической цепи 42а реле и схемой 42.
На фиг.2 схематично изображен пример устройства параллельно расположенного двухканального перемыкания последовательно включенных дверных контактов (как контактов 20a-20d дверей шахты, так и контакта 26 дверей кабины) лифтовой установки 100 или, вообще, возможное комбинированное восприятие первой, важной для безопасности функции, преимущественно функции безопасности Low Demand (например, контроля ETSL замедления при приближении к концу шахты) и второй, также важной для безопасности функции, преимущественно функции безопасности High Demand (например, перемыкания дверных контактов).
При контроле полупроводниковых выключателей 36а, 36b посредством контрольных переключающих схем 37а, 37b, при котором выявляется дефект или короткое замыкание одного из них или обоих, микропроцессоры 34с и/или 34d согласно изобретению способны управлять традиционными электромеханическими предохранительными реле 35с, 35d электромеханической цепи 42а реле для размыкания предохранительной цепи 200. Это происходит дополнительно к первоначально предписанному замедлению кабины 2 при приближении к концу шахты, которое электромеханическая цепь 42а реле могла первоначально осуществлять. Эта первоначально предписанная функция безопасности не теряет силу из-за выполненной функции размыкания предохранительной цепи 200 преимущественно потому, что микропроцессоры 34с, 34d управляют схемой замедления кабины 2 при приближении к концу шахты, перемыкающей схемой 29а с полупроводниковыми выключателями 36а, 36b и их контролем.
Выполненная с полупроводниковыми выключателями 36а, 36b перемыкающая схема 29а рассматривается не только для часто включаемых функций High Demand, но и для любых функций Low Demand, например функции KNE, причем KNE обозначает Kontakt Not Ende, т.е. ограничение пути кабины 2 посредством конечных выключателей за пределы ее нормального пути движения. Перемыкающая схема 29а, которая согласно изобретению может быть комбинирована с электромеханической цепью 42а реле, как это раскрыто выше, используется, например, также для функции торможения или экстренной эвакуации.