Die vorliegende Erfindung betrifft eine zweikanalige Gabellichtschranke in "Failsafe"-Ausführung, die an einer Aufzugskabine angebracht ist und welche beim Eintauchen einer im Aufzugsschacht angebrachten, die Türzone definierenden Schaltfahne in den Schlitz der Gabellichtschranke eine entsprechende Schachtinformation erzeugt zwecks Einleitung des vorzeitigen Türöffnens und Ueberbrückung der sich dadurch öffnenden Türkontakte vor Fahrtende.
Das vorzeitige Einleiten des Türöffnens beim Einfahren einer Aufzugskabine in ein Zielstockwerk stellt hohe Anforderungen an Einrichtungen und Schaltungen, welche innerhalb einer Türzone bei den Haltestellen die Tür- und Schlosskontakte in der Endphase der einfahrenden Aufzugskabine überbrücken. Es gibt Vorschriften und Normen, welche die Funktion und teilweise die Ausführung solcher Vorrichtungen vorschreiben, bezw. empfehlen.
Baugruppen, welche diesen einschlägigen Sicherheitsbestimmungen entsprechen sind unter dem Begriff Failsafe-Baugruppe bekannt. Generell werden solche Apparateschaltungen als ausfallsicher ausgeführt, indem ein Fehler oder eine Kombination von Fehlern für die zu steuernde Einrichtung, in diesem Falle ein Aufzug, keinen gefährlichen Zustand verursachen kann.
Die europäische Patentanmeldung No. 0 357 888 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Erzeugung einer Schachtinformation bei Aufzügen mittels einer Sicherheitslichtschranke. Schaltungsinterne Testkreise überwachen statisch in der Ruhelage und dynamisch während der Fahrt des Aufzuges beim Ein- und Austauchen der Lichtschranke in die bezw. aus den Betätigungsfahnen im Schacht deren korrekte Funktion und geben im Fehlerfalle entsprechende Fehlersignale ab.
Das US-Patent No. 3 743 056 beschreibt einen Failsafe-Detektor, der eine ausfallsichere Schaltung aufweist und insbesondere gegen Fremdlicht und -Reflexe abgesichert ist.
Beide Schaltungen weisen den Nachteil auf, dass ein Fehler erst entdeckt wird, wenn die entsprechende Funktion gebraucht wird, und zudem ist letztere nicht redundant ausgeführt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Failsafe-Lichtschranke zu schaffen, deren Funktionssicherheit und -Bereitschaft vor jeder Fahrt des Aufzuges bekannt ist.
Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen gekennzeichnete Erfindung gelöst.
Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass ein allfälliger Fehler in der Lichtschranke vor Abfahrt des Aufzuges erkannt, die Fahrt und somit ein Notstop wegen offenem Sicherheitskreis zwischen zwei Stockwerken aus diesem Grunde verhindert wird.
In den Zeicnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und es zeigen
In der Fig.1 sind inform eines Blockschaltbildes alle Teile der Einrichtung und ihre Beziehungen zueinander dargestellt. Mit 1 ist der Schlitz der Gabellichtschranke bezeichnet, in welchen bei der Fahrt des Aufzuges die nicht dargestellten Schaltfahnen ein- und austauchen und dabei einen Lichtstrahl 11 unterbrechen. Beim Anhalten des Aufzuges auf einem Stockwerk ist der Lichtstrahl 11 durch die dort vorhandene Schaltfahne fortwährend unterbrochen. Mit 7 ist ein Oszillator bezeichnet, der eine impulsmässig betriebene IR-Sendediode SDA steuert.
Diese sendet ihr Licht durch ein Austrittsfenster 1.2 via den Zwischenraum im Schlitz 1 in ein Eintrittsfenster 1.3, hinter welchem ein Fototransistor T1 die Lichtpulse in Strompulse umwandelt, die dann in einem Empfänger und Signalverstärker 3 zu einem starken Signal aufbereitet werden. Am Ausgang des Empfängers und Verstärkers ist ein Messpunkt mit P1A bezeichnet. In einem Integrator 4 werden in der Folge die Signalpulse, getaktet mit dem Oszillatorsignal, zu einem Dauersignal aufintegriert, welches dann an einem Messpunkt P2A abgreifbar ist. Nicht mit der Oszillatorfrequenz konforme und andere allfällige Störsignale werden auf diese Art ausgetastet und eliminiert. Ein nachfolgender Schmitt-Trigger 5 ist auf bekannte Art für eine saubere Schaltflanke besorgt, welche an einem Messpunkt P3A verfolgt werden kann. Die nächste Schaltstufe mit einem Transistor T2 steuert via eine zyklisch dynamische Selbstüberwachung 6 (in der Folge ZDU 6 genannt) eine Relaisschaltstufe mit einem Transistor T3. Auf der Verbindung zwischen dem Transistor und einer Relaisspule A befindet sich noch ein Messpunkt P4A. Die Relaisspule A ist auf übliche Art mit einer Back-Diode beschaltet und betätigt vier Arbeits- und zwei Ruhekontakte a1 bis a6. Auf der positiven Seite ist die Relaisspule A via einen Widerstand R1A und einen Ruhekontakt b2 mit einer Speisespannung verbunden, welche von einem Spannungswandler und Störfilter 9 stammt. Die Relaiskontakte b1 bis b2 sind Bestandteil des Relais B im analog aufgebauten Kanal B der Failsafe-Lichtschranke. Die Kontaktkombinationen a4/b4, a5/b5 und a3/b3 präsentieren einenteils Statusinformationen und anderenteils Teile des Kontakt-Sicherheitskreises in der Aufzugssteuerung. Mit dem Kontakt a6 wird via einen Widerstand R3A eine LED 10 als optische Zustandskontrolle angesteuert. Vom Messpunkt P4A führt eine Verbindung zurück zur ZDU 6. Von ZDU 6 selbst führt ein Ausgang mit einem periodischen Testsignal TSA zu einer Ueberbrückung Stockwerkfahne 8, die ihrerseits einen Eingang Sperrsignal SPS und einen weiteren Eingang mit der von einer Fotodiode HDA stammenden Oszillatorfequenz aufweist. Von der Ueberbrückung Stockwerkfahne 8 wird, abhängig von den Eingangssignalen, ein Hilfssender HSA betrieben. Die von der Sendediode SDA ausgesendeten Lichtpulse beaufschlagen auch die Fotodiode HDA, deren Pulssignale fortwährend an dem entsprechenden Eingang der Ueberbrückung Stockwerkfahne 8 anliegen und von dieser beim Eintreffen eines Testpulses TSA oder eines Sperrsignales SPS an den Hilfssender HSA weitergegeben werden. Dessen Lichtpulse beaufschlagen dann den Fototransistor T1 (Fig.1), womit der als optischer Kurzschluss genannte Vorgang abgeschlossen ist.
Die Fig.2 zeigt die gegenseitige Anordnung der Sender SA und SB und der Empfänger EA und EB in den Gabelschenkeln 12 und 13 eines Gabelsensorgehäuses 14. Die Lichtstrahlen 11 der beiden Sender SA und SB sind zueinander entgegengesetzt gerichtet, so dass kein Streulicht eines Senders in einen Empfänger des benachbarten Kanals gelangen kann.
Anhand der Fig.3 bis 7 werden in der Folge die Funktionen der Failsafe-Lichtschranke mit ihrer ZDU 6 beschrieben.
Mit dem Signaldiagramm in der Fig.3 wird die normale Funktion der Failsafe-Lichtschranke (in der Folge FS-Lichtschranke genannt) dargestellt. Die erste vertikale, mit "in" markierte Linie stellt den Zeitpunkt dar, wo soeben eine Schaltfahne im Schacht den Lichtstrahl 11 in der FS-Lichtschranke unterbricht.
Die zweite vertikale, mit "aus" markierte Linie stellt den Zeitpunkt dar, wo die Schaltfahne im Schacht soeben aus der FS-Lichtschranke austritt und den Lichtstrahl 11 freigibt. Vor dem Eintauchen der Schaltfahne links von der "in"-Linie ist am Messpunkt P1A das pulsierende, von der Sendediode SDA stammende Signal vorhanden. Beim Eintauchen der Schaltfahne verschwindet das Signal plötzlich und der Integrator 4 (Fig.1) entlädt sich, was am Messpunkt P2A ersichtlich ist. Nach dem Unterschreiten des unteren Triggerschwellwertes wird P3A zu Null und in der Folge auch P4A, womit das Relais A an Spannung gelegt wird und das Relais A nach einer Zeit t an anziehen kann. Das Gleiche passiert natürlich auch im Kanal B mit dem Relais B. Wenn die beiden Relais A und B innerhalb einer vorgegebenen Zeit angezogen haben, ist die Funktion ordnungsgemäss abgelaufen, und es können, wenn der Aufzug beim Einfahren in eine Zielhaltestelle ist, die Steuerbefehle für das vorzeitige Türöffnen gegeben werden. Das Prinzip der Gleichzeitigkeitsprüfung beim Anziehen der Relais wird in der zum Stand der Technik erwähnten Anmeldeschrift beschrieben. Die Relais A und B bleiben so lange angezogen wie der Aufzug auf einem Stockwerk weilt und der Lichtstrahl 11 durch eine Schaltfahne unterbrochen bleibt. Beim Wegfahren des Aufzuges aus einem Stockwerk und dem damit verbundenen Austauchen der Schaltfahne aus der FS-Lichtschranke erscheint das pulsierende Signal an P1A sofort wieder, der Integrator 4 lädt sich auf, P3A schaltet beim Schwellwert auf Eins, P4A ebenfalls und das Relais A (und B) fällt ab nach einer Zeit t ab. Bei der Vorbeifahrt des Aufzuges an den Stockwerken ohne Halt ist es aus verschiedenen Gründen nicht erwünscht, dass dann jedesmal die Relais A und B anziehen und abfallen beim Ein- und Austauchen der Schaltfahnen in der FS-Lichtschranke. Aus diesem Grunde wird, beispielsweise vom Steuerungsrechner, ein Sperrsignal SPS gebildet, welches den bereits beschriebenen (Fig.1) optischen Kurzschluss herbeiführt und so die für eine Steuerfunktion noch nicht gebrauchten Schaltfahnen für die FS-Lichtschranke quasi unsichtbar macht. Im Signaldiagramm der Fig.5 ist der Effekt von SPS ersichtlich. Im Moment wo SPS aktiv wird, wird von der Ueberbrückung Stockwerkfahne 8 der Hilfssender HSA eingeschaltet und mit diesem der Fototransistor T1 befeuert. Da die Lichtpulse ihren Ursprung bei der Sendediode SDA haben und via Fotodiode HDA zur Ueberbrückung Stockwerkfahne 8 rückgeführt werden, bedeutet es für die nachfolgende Schaltung kein Unterschied zum Originalsignal und die Relais A und B bleiben abgefallen, beziehungsweise reagieren auf keine Schaltfahne, solange das Sperrsignal SPS aktiv ist. Diese zusätzlichen Optoelemente sind die Basis für die Durchführung der ZDU (zyklisch dynamische Selbstüberwachung) für die Fehlererkennung. Mit dem Begriff dynamisch wird die Funktionsweise der Ueberwachung angesprochen, welche analog wie eine Betriebsfunktion abläuft, und der Begriff zyklisch ist der Hinweis auf die periodische Wiederholung der Ueberwachungsfunktion im Sekundenrythmus. Es geht dabei darum, fehlerhafte Elemente und Fehler in der Funktion jederzeit sorfort zu erkennen. Im Diagramm der Fig.4 werden die von der ZDU 6 komenden Testsignale TSA des Kanals A und TSB des Kanals B dargestellt. Die Testsignale TSA und TSB weisen eine Pulslänge tp auf, welche beispielsweise um die Hälfte kürzer ist als die Relaisabfallzeit t ab (Fig.3). Ferner sind die Testsignale TSA und TSB zueinander zeitlich versetzt um eine Zeit tpv (Fig.8). Die Zeitversetzung dient dazu, dass die Ueberwachungsfunktionen kanalweise völlig separat ablaufen zwecks Vermeidung gegenseitiger Störbeeinflussung. Mit den Testsignalen TSA und TSB wird ein kurzzeitiges Austauchen aus der Schaltfahne simuliert, während dem der Aufzug in Ruhe auf dem Stockwerk steht. Die Funktionen entsprechen im Prinzip jenen wie sie im Diagramm der Figur 3 dargestellt sind mit dem Unterschied, dass sie invers ablaufen und zeitlich viel kürzer sind. Mit der ZDU 6 werden beim jeweiligen Funktionsdurchlauf alle an der Betriebsfunktion beteiligten Elemente geprüft. Im Fehlerfall wird der Ueberwachungszyklus unterbrochen, worauf mindestens ein Relais A oder B abfällt und damit die Sicherheitsschaltung des Aufzuges anspricht. Die ZDU 6 besteht im wesentlichen aus einer Anzahl voneinander abhängigen Zeitsignalschaltungen. Die Zeitsignale und -Schaltungen heissen t1A, t2A, t3A und t4A für den Kanal A und t1B, t2B, t3B, t4B und tVB für den Kanal B (Fig.7). In der Fig.6 sind die Einzelheiten der Relaisschaltstufe mit dem Schalttransistor T3 und dessen Ansteuerung mit einem Oder-Gatter dargestellt. Die Eingänge des Oder-Gatters bilden die Zeitsignale t1A und t3A.
Das Relais A liegt also an Spannung, wenn einer oder beide Eingänge gleich Eins sind beziehungsweise liegt nicht an Spannung, wenn beide Eingänge gleich Null sind. Die ZDU 6 bewirkt nun, dass periodisch beide Eingänge t1A und t3A kurzzeitig Null werden, ohne dass dabei das Relais A abfällt.
In Fig.7 sind die Zeitsignale t1A bis t4A beziehungsweise tVB und t1B bis t4B, sowie die beiden ODER-Tore und ein Flip-Flop QFF als Blöcke mit den entsprechenden Verbindungen untereinander dargestellt. Die dargestellten Blöcke sind der wesentliche Inhalt des Blockes ZDU 6 im Blockschaltbild der Fig.1. Der obere Teil des Blockschaltbildes zeigt die Elemente des A-Kanals und der untere Teil jene des B-Kanals. QFF ist ein gemeinsames Element und hat eine Synchronisationsaufgabe. Im B-Kanal ist eine zusätzliche Zeitsignalschaltung tVB vorhanden und mit der Aufgabe betraut, eine Pulsverschiebung zwecks Bildung eines QFF-Anfangssignal zu verursachen.
Der zeitliche Ablauf der genannten Signale ist im Diagramm der Fig.8 dargestellt. Zusätzlich zu den Zeitsignalen sind die Testsignale TSA und TSB, die Messpunkte P4A/B, die Relais A/B, sowie ein JK-Flip-Flop-Ausgang QFF aufgeführt. Das Zeitsignal t1A ist ein Ueberbrückungssignal und ist etwa doppelt so lang wie t1B. Die Zeitsignale t2A und t2B sind kurze Steuersignale für QFF und die Zeitsignale t3A und t3B sind die eigentlichen zyklusbestimmenden Signale. t3A und t3B werden gemeinsam mit der fallenden Flanke von QFF gestartet, weisen aber eine um tPV unterschiedliche Länge auf, wobei t3A < t3B ist. Der Zeitpunkt Null des Diagramms ist mit dem Eintauchen der Schaltfahne gegeben und mit der oben mit "in" markierten vertikalen Linie definiert. Als erstes wird t1A, welches identisch ist mit P3A, zu Eins, erzeugt den Schaltpuls t2A, welcher seinerseits QFF zu Eins macht. Gleichzeitig wird auch via P4A das Relais A eingeschaltet, welches nach einer Zeit t an anzieht. Im Kanal B wird zuerst das Zeitsignal tVB gestartet und erst nach dessen Ablauf zum Relais B durchgeschaltet, wodurch dieses beispielsweise 2ms später Spannung erhält. Das Ende des Zeitsignals tVB erzeugt den Schaltpuls t2B welcher dann QFF wieder zu Null macht. Die fallende Flanke von QFF ist nun das, beide Kanäle synchronisierende Startsignal für die Zeitsignale t3A und t3B. Die Zeitsignale t3A und t3B sind unterschiedlich lang, wobei t3A kürzer ist als t3B. Die Zeitdifferenz entspricht der Testsignalverzögerungszeit tPV im Diagramm der Fig.4. Nach Ablauf von t3A beginnt der erste Test im Kanal A, indem via t4A ein Testsignal TSA gebildet wird und das während seiner Dauer den Messpunkt P4A zu Eins macht und so für die Relaishaltung ein zeitliches Loch gleicher Dauer entsteht.
Dessen Dauer ist aber, wie bereits erwähnt nur etwa halb so lang wie die Abfallzeit des Relais A, so dass dieses nicht abfallen kann. Nach Ablauf von TSA wird wieder ein Schaltpuls t2A erzeugt, der nun t1A zu Eins macht. t1A hat eine Länge, welche die Funktion des nachfolgenden Testes im Kanal B zeitlich überdeckt. Der zeitliche Unterbruch in der Relaishaltung ist also im Effekt eine zeitliche Lücke der beiden Zeitsignale t1A und t3A (Fig.6). Nach einer Zeit tPV wird nun auch t3B zu Null und der gleiche Ablauf erzeugt nun den gleich langen Unterbruch in der Relaishaltung von Kanal B. Da nun aber im Kanal B das Zeitsignal tBV vorhanden ist, muss TSB um dessen Betrag kürzer sein, um den gleichlangen Unterbruch zu bewirken. Das zeitliche Loch in der Relaishaltung von Kanal B setzt sich also aus der Dauer von TSB und tVB zusammen. Am Ende von tVB wird via den Schaltpuls t2B QFF zu Null und startet von neuem die Zeitsignale t3A und t3B, womit ein neuer Zyklus beginnt. t1A kann nun, nachdem der Test im Kanal B vorüber ist, ohne Wirkung auslaufen und ist bereit für die nächste gleiche Funktion. Tritt nun irgend ein Fehler auf in der Schaltung, so muss die Reaktion auf die sichere Seite gehen, das heisst, ein Relais muss abfallen und dessen Kontakte die Störung an die Sicherheitskreise melden. Die periodische Untersuchung aller Komponenten erfasst Unterbrüche, Kurzschlüsse, intermittierende Ausfälle und Driften. Als erstes Beispiel sei angenommen, dass der Messpunkt P3A auf Null bleibt. Das könnte ein Kurzschluss im Transistor T2 sein oder ein diesen Effekt erzeugender Fehler in den vorangehenden Schaltkreisen. Wenn jetzt t3A abgelaufen ist, wird kein neues t1A gestartet, der Messpunkt P4A wird Eins und das Relais A fällt ab, weil weder t1A noch t3A am ODER-Eingang in der Schaltstufe vorhanden ist. Genau das gleiche passiert wenn, aus den gleichen Gründen, beispielsweise der Messpunkt P3A permanent auf Eins bleibt. Dann wird ebenfalls kein t1A und kein nachfolgendes Zeitsignal mehr gestartet, womit der gleiche Effekt erreicht wird. Zusammengefasst kann gesagt werden dass irgend eine Störung der Zeitsignalabläufe zwangsläufig zum Abfallen eines Relais A und/oder B führen. Die ZDU 6 produziert beim Stillstand des Aufzuges auf einem Stockwerk Schaltabläufe, wie sie auch betriebsmässig ablaufen. Deshalb handelt es sich hier um eine prophylaktische Fehlererkennung, weil Fehler in der Schaltung vor ihrer Auswirkung erkannt und so die Folgen gemildert werden. Denn ein Oeffnen des Sicherheitskreises während der Fahrt hat Notstops und eingeschlossene Fahrgäste zur Folge. Wird eine Störung erkannt, so wird ein Start des Aufzuges blockiert und eingestiegene Fahrgäste können die Kabine wieder verlassen. Fallen während der Fahrt des Aufzuges bei freien Lichtstrecken in der FS-Lichtschranke Komponenten derart aus, dass beispielsweise die Lichtstrecke des Kanals A trotz vorhandenem Sperrsignal SPS als unterbrochen simuliert wird, dann zieht Relais A an und aktiviert sofort die ZDU 6.
Dann zieht auch Relais B an. Für die Zeitdifferenz, in der die beiden Relais nacheinander anziehen wird die Antivalenz der abgehenden Relaiskontakte gestört, womit der Fehler an die Steuerung gemeldet ist. Nach einer Zykluszeit tz fallen beide Relais wieder ab, weil der gestörte Kanal den vom ZDU 6 gesteuerten Signalwechsel nicht vollzieht. In dem gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Zeitsignalschaltungen mittels RC-beschalteten allgemein bekannten monostabilen CMOS-Multivibratoren ausgeführt, und für die Flip-Flop-Schaltung wurde ein ebenso bekanntes Dual J-K Flip-Flop verwendet. Die in der Beschreibung erwähnten Messpunkte dienen nur der Funktionserklärung und werden in der praktischen Ausführung nicht als herausgeführte elektrische Anschlüsse ausgeführt. Die dargestellte Schaltung und Arbeitsweise der FS-Lichtschranke kann auch in anderen Bereichen der Technik Anwedung finden wo ausfallsichere Apparate vorgeschrieben sind wie beispielsweise bei Werkzeugmaschienen, Eisenbahnen, Alarm- und Sicherungsanlagen.
Die Bauart muss sich nicht auf die Gabelform beschränken; es kann ein entsprechender Sensor auch als Näherungssensor nach dem Reflexprinzip ausgeführt sein.