电梯设备的安全系统.pdf

本发明涉及一种电梯设备的安全系统(10)，具有控制单元(11)、总线节点(13)、安全器件(16)和总线(12)，所述总线实现控制单元(11)与总线节点(13)之间的联通。总线节点(13)具有第一电路器件(14)，所述第一电路器件根据控制单元(11)的数字预给定用第一模拟信号对安全器件(16)加载。总线节点(13)还具有第二电路器件(15)，所述第二电路器件(15)对安全器件(16)上的模拟信号加以分接和通过总线(12)将数字反馈信息输送给控制单元(11)。

权利要求书
1.  一种电梯设备的安全系统(10；20)，具有
a)控制单元(11；21)，
b)至少一个总线节点(13；23；33)，
c)至少一个安全器件(16；26；36)，和
d)总线(12；22；22.1；22.2；32.1；32.2)，所述总线实现控制单元(11；21)与总线节点(13；23；33)之间的联通，
其特征在于，总线节点(13；23；33)具有第一电路器件(14；24；34)，所述第一电路器件(15)根据控制单元(11)的额定值的数字预给定用第一模拟信号对安全器件(16；26；36)加载，总线节点(13)还具有第二电路器件(15；25；35)，所述第二电路器件对安全器件(16)上的模拟信号加以分接和通过总线(12；22；22.1，22.2；32.1，32.2)将数字反馈信息输送给控制单元(11；21)。

2.  按照权利要求1所述的安全系统(10；20)，其特征在于，所述安全器件(16；26；36)涉及的是下述的安全相关的器件中的一个或多个器件：
a)门触点，
b)锁触点，
c)缓冲触点，
d)翻转触点，
e)传感器，
f)促动器，
g)运行开关，
h)应急掣停开关。

3.  按照权利要求1所述的安全系统(10；20)，其特征在于，第一电路器件(14；24；34)包括一个写入器件(24.2；34.2)，所述写入器件生成第一模拟信号，和第二电路器件(15；25；35)包括读出器件(25.2；35.2)，所述读出器件对第二模拟信号进行处理。

4.  按照权利要求3所述的安全系统(10；20)，其特征在于，总线节点(13；23；33)包括一个处理器(24.1；34.1)，所述处理器将控制单元(11；21)的预给定转换成第一模拟信号，或触发向第一模拟信号的转换。

5.  按照权利要求3或4所述的安全系统(10；20)，其特征在于，总线节点(13；23；33)包括一个处理器(25.1；35.1)，所述处理器将第二模拟信号转换成数字反馈信息，或触发对第二模拟信号的转换。

6.  按照上述权利要求中任一项所述的安全系统(10；20)，其特征在于，电路器件至少有一部分是模拟电路器件(24.3，25.3；34.2，35.3，35.4)，和总线节点(13；23；33)包括模/数转换器，
a)所述模/数转换器将控制单元(11；21)的数字预给定转换成与第一模拟信号相应的或与第一模拟信号相关的模拟量，和
b)所述模/数转换器将控制单元(11；21)将第二模拟信号转换成数字信息。

7.  按照上述权利要求中任一项所述的安全系统(10；20)，其特征在于，总线节点(13；23；33)进行第一模拟信号与第二模拟信号的定性比较和/或对第一模拟信号的定性评价和生成作为数字诊断信息的比较结果。

8.  按照权利要求1-6中任一项所述的安全系统(10；20)，其特征在于，控制单元(11；21)进行第一模拟信号与第二模拟信号的定量比较，其中根据数字预给定和数字反馈信息进行该比较。

9.  一种用于对电梯设备的安全系统(10；20)进行连续检查的方法，其中安全系统(10；20)包括控制单元(11；21)、至少一个总线节点(13；23；33)、至少一个安全器件(16；26；36)和总线(12；22；22.1；22.2；32.1；32.2)，所述总线实现控制单元(11；21)与总线节点(13；23；33)之间的联通，其特征在于，实施下述步骤：
a)由控制单元(11；21)通过总线(12；22，22.1，22.2；32.1，32.2)将数字信息传递给总线节点(13；23；33)，以便对额定值进行预给定，
b)由总线节点(13；23；33)对数字信息进行转换，以便生成第一模拟信号，所述第一模拟信号与额定值相符或与额定值相关，
c)将第一模拟信号输送给或加在安全件(16；26；36)上，
d)通过总线节点(13；23；33)对安全器件(16；26；36)上的模拟信号进行分接或接收，
e)通过总线节点(13；23；33)对模拟信号进行处理，
f)通过总线节点(13；23；33)为控制单元(11；21)生成数字反馈信息。

10.  按照权利要求9所述的方法，其特征在于，由控制单元(11；21)对数字信息和反馈信息进行处理，其中优选实现对安全器件(16；26；36)的判定。

11.  按照权利要求9所述的方法，其特征在于，在对模拟信号处理的同时对第一模拟信号进行定性评价，其中完全或部分地由总线节点(13；23；33)进行所述评价。

12.  按照权利要求9-11中任一项所述的方法，其特征在于，总线节点(13；23；33)进行数/模转换，以便将数字信息转换成第一信号。

13.  按照权利要求9-11中任一项所述的方法，其特征在于，在对模拟信号处理的同时总线节点(13；23；33)进行模/数转换，以便将模拟信号转换成数字反馈信息。

14.  按照权利要求9-13中任一项所述的方法，其特征在于，总线节点(13；23；33)为冗余设计和与步骤d)和e)不同，步骤a)至c)是由总线节点(13；23；33)的其它器件实施的。

说明书电梯设备的安全系统
本发明涉及一种建立在总线基础上的电梯设备的安全系统和一种用于检测电梯设备的安全系统的方法。
电梯设备具有安全回路，其中串联设置有诸如安全触点和安全开关等多个安全器件。触点例如用于检查竖井门或轿厢门是否是开启的。只有当安全回路和因此所有设置在安全回路内的安全触点处于闭合状态时，电梯轿厢才能被移动。由门对安全器件中的几个安全器件进行控制。由电梯轿厢对诸如驶过开关等其它安全器件进行控制或启动。
安全回路与电梯设备的驱动装置或制动单元连接，以便当安全回路开路时中断运行工作。
具有这种安全回路的安全系统具有许多缺点，下面将对照一些例子对这些缺点简短地加以说明：
每个安全回路具有固有的问题；连接的长度、在安全回路内的压降和安装费用较高就属于这些问题。
各个安全触点比较容易受到干扰；因而将会导致电梯系统的不必要的应急掣停。
安全回路不能实现专门的诊断；即在安全回路开路时仅能确定至少有一个安全触点被开路。
由于不能实现有关安全回路的状况的显示，因而不能实现预先的维护。所以不能对电梯设备进行预先维护和及时地在电梯设备尚能毫无问题被掣停的时刻对磨损的安全触点进行更换，而如果周期地进行检查，则在许多情况下必须实施本身根本不必要的对停止电梯设备的运行。
由于对开路的安全触点的检查将导致电梯设备停止运行，因此电梯的可用度将受到不必要的制约。
因此建议对未来的电梯设备用安全总线替代所述的安全回路。安全总线系统通常具有控制单元、安全总线和一个或多个总线节点。
在2001年9月18日递交的专利申请EP01810903.3中对具有安全总线的安全系统做了说明。采用安全总线实现电梯设备的竖井门的安全和可靠的监视。
在2001年9月18日递交的另一专利申请EP01810904.1中披露了一种具有安全总线的安全系统，所述安全系统可以实现对轿厢和竖井门的状态的智能评价。
在一些推荐的实施方式中具有安全总线的安全系统具有至少一个总线节点，所述总线节点例如与一个安全器件连接，以便对安全器件的状态进行询问。因而可以提供安全器件的瞬时状态的信息。与在具有安全回路的通常的电梯设备相同可以分别根据安全器件的状态触发一种反应。
这种具有安全总线的安全系统必须具有安全的设计。否则例如将会出现不确定的状态或错误的解释。特别是安全总线对安全系统的安全器件的询问应是绝对安全和可靠的。
本发明的目的在于提出一种上述的经改进的安全系统，其中克服了现有技术的缺点或至少大大减少了现有技术中存在的缺点。
采用权利要求1和9的特征实现了本发明的目的。
在从属权利要求2-9中对本发明安全系统的有益的进一步设计做了描述。在从属权利要求10-14中对本发明方法的有益的进一步设计做了描述。
下面将对照实施例并结合附图对本发明做进一步的说明。图中示出：
图1为本发明的第一种安全系统的方框示意图；
图2A为本发明的第二种安全系统的方框示意图；
图2B为本发明的第二种安全系统的详图；
图3为本发明的第三种安全系统的详图。
图1示出第一种安全系统10，所述安全系统是电梯设备的组成部分。安全系统10包括控制单元11、至少一个总线节点13和一个总线12，以便建立控制单元11和总线节点13之间地联通。在图1中示出安全器件16，所述安全器件例如对竖井门或轿厢门的状态进行问询，或对门锁进行监视。结合本发明与安全有关的部件，例如门触点、门锁触点、缓冲触点、翻转触点、传感器、促动器、运行开关(例如在检查控制面板上的或复位控制机构上的)和应急掣停开关等被称作安全器件。总线节点13具有第一电路器件14和第二电路器件15。
根据本发明，控制单元11为总线节点13预给定一个额定值，例如电流强度或电压。控制单元11也起着“指令发送器”的作用。通过总线12向总线节点13传递数字指令或数字信息实现数字指令或数字信息额定值的预给定。由第一电路器件14根据预给定的额定值生成第一模拟信号。如图中箭头16.1所示，将第一模拟信号加在安全器件16上。第二电路器件15的设置和设计应使其如箭头16.2所示可以对在安全器件16上的第二模拟信号分接。总线节点13对第二模拟信号进行处理和生成数字反馈信息，所述数字信息通过总线12传递给控制单元11，或由控制单元11通过总线12对在总线节点13上所述数字信息进行调取。另外总线节点13可以生成诊断信息。
因此可以实施本发明如下的问询方案：
1.控制单元11预给定额定值，所述额定值作为数字信息或作为数字指令通过总线12被传递给总线节点13；
2.第一电路器件14对信息进行转换和生成相应值的第一模拟信号；
3.第一模拟信号被输送给安全器件16上或加在安全器件16上；
4.第二电路器件15对与第一模拟信号相关的或通过第一模拟信号导致的第二模拟信号进行采集；
5.由总线节点13对第二模拟信号进行处理，以便进行与第一模拟信号的定性和/或定量的比较；
6.总线节点13为控制单元11生成数字反馈信息。另外总线节点13生成数字诊断信息。
最好在控制单元11内进行该比较，以便可以得出针对安全器件16的可靠和安全的判定。控制单元例如可以判定出安全器件16是处于开路状态还是闭合状态。
也可以在对模拟信号进行处理的同时对第一模拟信号进行定性评价，其中所述评价是与安全无关的，和因此由总线节点完全或部分地实施该评价。该定性评价可以实现有关安全器件的质量状态的诊断(例如对一个触点的磨损状况和/或功能完好性进行判定)。该诊断最好在总线节点13上进行，以便将总线12上的数据通信量减少到最小程度和对与安全有关的控制单元11不会因此被加载。作为该诊断的结果生成数字诊断信息。
分别根据本发明实施方式和实施可以得出有关安全触点16的开关状态以及整个问询链路功能的结论。在本发明中问询链路系指从控制单元通过总线、总线节点、安全器件，和总线直至返回控制单元的链路。
当例如控制单元11预给定一个作为额定值的特定的电流，所述电流然后被加在安全器件16上时，控制单元11通过第二电路器件15和利用反馈信息对测出的相应的电流或例如与电流相关的电压进行判定。
在对模拟信号进行定量比较时，例如由控制单元求出信号S1与信号S*1相符(见图2B)。其中对换算系数加以考虑，或可以从表格中提取一个数值对。下面以一个简单的数值为例形象地加以说明。控制单元11预给定一个为1A的电流。电路器件14生成一个电流强度为1A的电流。该电流流过安全器件16。在评价侧由电路器件15测出一个为5V的电压，其中电路器件15的电阻为5欧姆，以便将电流转换成电压。在例如存储在总线节点13内的存储器内的表格中可以得出5V电压与1A电流相符。其中根据对数值对1A；5V的比较得出问询链路工作正常的判定。
优选定性比较(也被称作诊断)的设计应对一定的容限加以考虑。下面再回到举例的数值，只要电压例如与5V电压的偏差小于0.5V，问询链路即被视为功能正常。以此对这种问询链路存在的一定不精确性和损耗加以考虑。
该容限可以是绝对的或是相对的。也可以可变地设定该容限。
一旦电路器件15检测出的电压值超过容限范围，则将开始反应。例如由控制单元11进行反应。在出现较小的偏差时，例如由控制单元11触发维护呼唤。在偏差较大时，将被解释为“功能故障”，例如将导致电梯设备的应急掣停。
在图2A和2B示出第二种安全系统20，所述安全系统是电梯设备的组成部分。安全系统20包括控制单元21、至少一个总线节点23和实现控制单元21与总线节点23联通的通信总线22。在图2A和2B示出一个作为安全器件的开关26，所述开关例如对竖井门或轿厢门的状态进行问询，或对竖井门锁进行监视。总线节点23具有第一电路器件24和第二电路器件25。
第一电路器件24在所示的实施方式中包括一个处理器24.1，所述处理器如图中箭头22.1所示通过总线22接收数字信息。设置有一个写入器件24.2，所述写入器件生成“控制”信号Ss，所述控制信号Ss被加在可调整的电源24.3上和在此处生成电流。为此写入器件24.2例如包括一个数/模转换器。处理器24.1对数字信息进行评价，以便确定控制单元21预给定的是哪个额定值，和向写入器件24.2输出一个数字信号Dsoll。所述电流在此被称作第一信号S1。该第一信号S1与“控制”信号Ss相关。在开关26闭合时，电流S1通过连接26.1流入开关26和电流S*1通过连接26.2流入电路器件25.3。如果涉及的是一个理想的开关26，则电流S1与电流S*1相等，即在开关26上没有损耗。在本实施例中所述电路器件25.3涉及一种变换器，所述变换器将通过线路26.2输送的电流S*1转换成电压S2。所述电压S2在此被称作第二信号S2。所述变换器25.3例如包括一个电阻分压器和一个滤波器。在变换器25.3后面接有一个读出器件25.2，所述读出器件对第二信号S2进行处理。所述读出器件25.2将第二信号S2转换成数字值DIst，所述数字值被输送给处理器25.1。为此读出器件25.2例如包括一个模/数转换器。
根据第二实施方式的设计，总线节点23通过第一模拟信号S1与第二模拟信号S2的定性比较实现诊断。例如通过处理器25.1、通过处理器24.1或共同通过两个处理器24.1和25.1实现比较。仅通过一个处理器24.1或25.1进行的比较运算要求在第一电路器件24与第二电路器件25之间要有至少一个横向连接。该比较的结果作为数字诊断信息接着被输送给控制单元21。由控制单元21对在总线节点23上的数字诊断信息进行问询(挽方法)，或总线节点23通过连接22.2和总线22将诊断信息传递给控制单元(推方法)。除了在控制单元21内进行对照数字反馈信息进行定量比较外还进行所述的定性比较。
在总线节点23内进行定性比较的优点在于，总线22不会受到信号传输的加载，而是仅分别传递原则上说明定性比较结果的数字诊断信息，和为有待在在制单元实施的定量比较通过总线22向控制单元21传递反馈信息。
迄今描述的实施方式可以实现对包括安全器件的整个问询链路功能的可靠的判定。
本发明的实施方式的设计不仅进行模拟信号的比较，而且也进行对第二模拟信号S2的评价。分别根据转换器25.3的精确度和主要由模/数转换器的分辨率决定的读出器件25.2的分辨率，除了对整个问询链路进行纯安全检查外还进行评价。因此如果安全器件涉及的是一个开关，可以对触点状态进行评价(就诊断而言)，其中求出接触电阻。附加于上述方式或作为替代方案，也可以对开关的振动阻尼特性进行评价。为此由于通常在短暂峰值应力的情况下显现出振动阻尼特性和只有对峰值应力进行精密的评价才能对振动阻尼特性加以说明，所以分辨率必须特别充分。
在图3中示出另一实施方式。在图中示出一个总线节点33，所述总线节点对具有两个冗余开关36.1和36.2的安全器件36进行问询。第一电路器件34在所示的实施方式中包括一个处理器34.1，所述处理器通过连接32.1接收信息。设置有一个写入器件34.2，所述写入器件生成“控制”信号Ss，所述控制信号被加在两个可调整的电源34.3上，电源34.3生成一个电流，所述电流在此被称作第一信号S1。电源34.4生成一个电流，所述电流在此被称作第一信号S3。写入器件34.2例如具有数/模转换器，所述数/模转换器在接收数字额定值Ssoll时输出一个与之相关的“控制”信号Ss。第一模拟信号S1和S3又与“控制”信号Ss相关。在开关36.1闭合的情况下电流S1流过开关36.1和作为电流S*1流入电路器件35.3。在开关36.2闭合时电流S3流过开关36.2和作为电流S*3流入电路器件35.4。
在本例中电路器件35.3和35.4系指变换器，所述变换器用于将电流S*1和S*3转换成电压S2和S4。所述电压S2和S4在此被称作第二模拟信号S2和S4。变换器35.3和35.4例如包括电阻分压器和滤波器。读出器件35.2接在变换器35.3和35.4的后面，所述读出器件对第二模拟信号S2和S4进行处理。读出器件35.2将第二模拟信号S2和S4转换成数字值DIst，所述数字值被输送给处理器35.1，所述处理器将相应的数字反馈信息通过连接32.2输送给控制单元。读出器件35.2例如可以包括一个或两个模/数转换器。在只有一个模/数转换器的情况下，信号S2和S4以多路时分方式顺序地被转换。
通过图3中所示的电路，由于利用开关36.1和36.2可以对该安全度进行冗余设计和分别进行监视，所以也可以提高在安全器件36侧的安全程度。
根据本发明总线节点13，或者23或33的设计，总线节点具有两个电路器件14、15，或者24、25或34、35。通过双路设计可以实现冗余度。
根据本发明可以减少总线节点的安全度，其中采用仅具有一个处理器的总线节点。其中处理器适用于控制写入器件，以及用于处理读出器件的数字信息。因此可以部分省去出于安全技术原因分别根据应用领域规定的冗余设计，但仍能保证整个系统的功能完好性。由于减少了冗余设计，因而降低了成本。尽管如此，但也可以采取其它的措施保证整个系统的安全性能。例如具有减少冗余设计的这样的一个总线节点可以是根据上述申请EP01810903.3的具有安全总线的安全系统的组成部分。
根据本发明采用总线节点33对具有冗余的开关或触点36.1，36.2的安全器件36进行监视。可以对电路器件34，35的一部分单独进行设计，在图3中用电路器件34.3和34.4，或者35.3和35.4示出。如图中电路器件34.1和34.2，或者35.1和35.2所示，电路器件34、35的其它部分可以一起用于多个开关或触点36.1、36.2。
有些标准要求对传感器和/或开关进行冗余设计。图3中所示的实施方式特别适用于满足这些标准的要求。
但采用图3所示的电路也可以对两个不同的安全器件进行监视。第一安全器件36.1例如可以是一个锁触点，和所述第二安全器件36.2可以是一个完全独立于锁触点的缓冲触点。
根据本发明的另一实施方式，控制单元为双路设计，其中第一路对信号值(额定值)进行数字预给定和第二路从总线节点获得数字反馈信息。
本发明的另一实施方式的特征在于，电路器件14、24、34生成脉冲的第一模拟信号。
根据本发明，总线节点13、23、33可以包括其它的器件。例如可以设置有接口电路，所述接口电路实现通过总线12、22与控制单元11、21的联通。最好在此也以双路方式工作，即可以为接收侧(电路器件14、24、34)设置一个接口电路和为发送侧(电路器件15、25、35)设置一个接口电路。
在设置相应的接口和采用相应的通信协议的情况下，通过总线可以分别使不同的总线节点动作。为此每个总线节点具有一个识别字，例如自己的地址。控制单元然后与额定值一起也对所需的总线节点的地址进行预给定。因此控制单元只使有关的总线节点动作。
根据本发明的另一实施方式，第一电路器件14、24、34和第二电路器件15、25、35分别是一个集成电路。每个集成电路具有一个模拟的部分和一个数字的部分。
在本发明的另一实施方式中，替代电流可以将作为第一信号的电压加在安全器件上。电路器件15、25、35将电压转换成电流，或者可以在安全器件上将电压分接出。
根据本发明的另一实施方式，转换器25.3包括一个光电耦合器，所述光电耦合器将信号S*1转换成光信号。在光电耦合器的接收侧该光信号被转换成电压和被进一步处理。
根据本发明的另一实施方式，控制单元包括可以实现对时间过程进行监视的器件。如果额定值的预给定与反馈信号的接收之间的时间过长，则此点也表明在安全系统中存在故障或问题。
本发明的另一实施方式的特征在于，总线节点包括另外的电路器件，所述电路器件实现对诸如传感器、促动器或显示器等其它器件的连接。其中总线节点被视为是一个混合电路，所述混合电路对安全器件以及对与安全不相关的器件进行检查。
优选本发明的安全系统的设计用于由独立的电梯控制装置单独对电梯设备的至少一部分与安全相关的状态进行检查和在出现问题时触发反应，其中安全系统，或者控制单元直接作用于电梯控制装置。