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摘要: 本文采用双MCU（LPC2378、C8051F020）与继电器逻辑控制电路相结合，实现电梯制动系统控制和制动器动作的有效监控。
关键字：电梯、制动系统、协同控制
1.引言
《电梯制造与安装安全规范》（GB7588－2003）第12.4.2.3.1条规定：“切断制动器电流，至少应用两个独立的电气装置来实现，不论这些装置与用来切断电梯驱动主机电流的电气装置是否为一体。当电梯停止时，如果其中一个接触器的主触点未打开，最迟到下一次运行方向改变时，应防止电梯再运行。”根据上述规定在设计电梯制动器回路时，应重点考虑两个问题：
1.1控制制动器线圈电源的回路中至少应有两个独立的电气装置；
1.2这两个控制制动器线圈的电气装置应是相互独立的，即两个电气装置之间应没有相互控制关系。
2.系统架构
为实现两个控制制动器线圈电源的电气装置相互独立，如果其中有一个电气装置的主触点发生粘联未释放，则电梯应不能换向运行。进行设计电梯制动器回路时，应有监控电路对这两个电气装置的动作进行监控。如监控过程中发现触点未释放，应控制电梯的再启动运行。
电梯制动系统采用一“直流接触器”和一“交流接触器”作为控制电梯制动系统的两个独立电气装置。采用两块独立的芯片分别控制两接触器的通断，主控芯片采用ARM LPC2378芯片（以下简称“MCU1”），协同控制芯片采用C8051F020芯片（以下简称“MCU2”），两块芯片通过软指令分别对各自控制的电气装置独立控制、通过串口通讯协同工作，从而实现电梯制动回路的有效工作。
图1 电梯制动系统控制原理图
图1所示，MCU1控制报闸接触器（SB）的通断，同时采集监测报闸接触器（SB）状态；MCU2控制驱动继电器（YX_MCU2）的通断，从而控制运行接触器的通断，同时采集监测运行接触器（YXJ）状态。
3.制动器电气控制回路设计
3.1 制动器线圈（BZ）控制回路
图2所示，电梯制动器控制回路中，BZ受YXJ的常开触点和SB的两副常开触点控制。如图所示， SB的两副常开触点串联在BZ两侧可以有效防止因触点动作不同步，以及控制回路短路造成BZ意外带电，从而导致制动器意外打开发生事故。
图2 制动器线圈电气控制回路
（YXJ：运行继电器，SB：报闸接触器）
3.2 报闸接触器（SB）控制回路
图3 报闸接触器电气控制回路
（MSJ：门锁继电器，AQJ：安全继电器）
如图3所示，SB线圈受电梯门锁继电器（MSJ）常闭触点、安全继电器（AQJ）常闭触点及电梯主控制系统控制，主控芯片ARM LPC2378通过软指令控制SB线圈回路的通断。
3.3 运行继电器（YXJ）控制回路
图4 运行接触器电气控制回路
（MSJ：门锁继电器，AQJ：安全继电器）
图4，YXJ线圈受安全继电器（AQJ）常闭触点、门锁继电器（MSJ）常闭触点和驱动继电器（YX_MCU2）常开触点的控制，回路采用220V交流电源。
图5 运行继电器电气控制回路
（YX_MCU2：驱动继电器）
MCU2通过软指令控制YX_MCU2线圈回路的通断。图5，MCU2协控回路输出24V直流信号，为实现MCU2对大功率交流接触器YXJ的有效控制，在YXJ和MCU2协控回路之间增加了YX_MCU2实现二次控制。
4.双MCU系统协同工作实现
4.1 双MCU协同工作流程
系统上电后，MCU1、MCU2分别初始化。RunFlag是电梯制动系统的有效标识位，是MCU1、MCU2控制SB、YX_MCU2的有效标识位，RunFlag由MCU1置位和清零。
MCU1、MCU2之间采用串行方式通讯，相互获取对方芯片控制的接触器状态。MCU1通过串行通讯获取YXJ状态，采集监测SB状态，并发送至MCU2。而后进行SB、YXJ状态比较，状态一致，RunFlag置位，判断电梯有无运行指令，有，MCU1驱动SB吸合。
同时，MCU2通过串行通讯获取SB、RunFlag状态，采集监测YXJ状态，并发送至MCU1。状态一致，RunFlag为真，MCU2驱动YX_MCU2吸合。
制动器线圈（BZ）回路通电，制动器打开，电梯运行。
当MCU1、MCU2监测到SB、YXJ状态不一致时，MCU1将RunFlag清零，分别驱动SB和YX_MCU2释放，制动器BZ失电下闸，电梯停止运行。此外，MCU1无电梯运行指令时，MCU1驱动SB释放，SB、YXJ状态不一致，MCU2驱动YX_MCU2释放，电梯停止运行。
MCU1与MCU2控制流程图6所示：
图6 MCU1、MCU2协同控制流程图
4.2 双MCU通讯设计
MCU1与MCU2之间采用UART串行通讯方式，波特率为15200。数据通讯格式为：
MCU1发送到MCU2的数据格式：
Byte2 Byte1 Byte0
位 - Bit7–bit2 Bit1 Bit0 -
值 校验码 保留 SB_flag RunFlag 校验码
MCU2发送到MCU1的数据格式：
Byte7 Byte1 Byte0
位 - Bit7–bit1 Bit0 -
值 校验码 保留 YXJ_flag 校验码
注：1.RunFlag: 電梯制动系统状态标志，RunFlag=0，电梯停止；RunFlag=1 电梯运行；
2.YXJ_flag： 驱动继电器YXJ状态，YXJ_flag=0，断开；YXJ_flag=1，闭合。
5.试验
为验证系统设计可靠性，设计了电梯运行、电梯停止、SB粘联、YXJ粘联四种工况对电梯制动系统进行了试验，并逐一用示波器对SB、YXJ和RunFlag波形进行了电压信号跟踪。
在电梯运行时分别按下SB、YXJ接触器的动触点，保持接触器不释放，模拟两接触器SB、YXJ不同的吸合状态。电梯停止召唤电梯，电梯不能再启动。图7所示制动系统试验有效验证了双MCU协同控制电梯制动系统的可靠性。
（1）电梯运行 （2）电梯停止
（3）SB粘联（4）YXJ粘联
图7制动系统试验波形
（通道1：SB状态；通道2：YXJ状态；通道4：制动系统状态）
6.结束语
采用继电器逻辑控制电路和双MCU设计电梯制动系统，很好的解决了采用不同信号源分别控制电梯制动系统的两个独立电气装置，有效的杜绝了因某一接触器触点粘联而导致的电路故障。我们将上述设计应用于自行开发的电梯控制系统中，很好的实现了电梯的制动系统控制，经验证，此种设计能有效的防止单一接触器粘联导致电梯制动器意外开闸而造成的电梯溜车事故的发生。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键字：电梯、制动系统、协同控制
1.引言
《电梯制造与安装安全规范》（GB7588－2003）第12.4.2.3.1条规定：“切断制动器电流，至少应用两个独立的电气装置来实现，不论这些装置与用来切断电梯驱动主机电流的电气装置是否为一体。当电梯停止时，如果其中一个接触器的主触点未打开，最迟到下一次运行方向改变时，应防止电梯再运行。”根据上述规定在设计电梯制动器回路时，应重点考虑两个问题：
1.1控制制动器线圈电源的回路中至少应有两个独立的电气装置；
1.2这两个控制制动器线圈的电气装置应是相互独立的，即两个电气装置之间应没有相互控制关系。
2.系统架构
为实现两个控制制动器线圈电源的电气装置相互独立，如果其中有一个电气装置的主触点发生粘联未释放，则电梯应不能换向运行。进行设计电梯制动器回路时，应有监控电路对这两个电气装置的动作进行监控。如监控过程中发现触点未释放，应控制电梯的再启动运行。
电梯制动系统采用一“直流接触器”和一“交流接触器”作为控制电梯制动系统的两个独立电气装置。采用两块独立的芯片分别控制两接触器的通断，主控芯片采用ARM LPC2378芯片（以下简称“MCU1”），协同控制芯片采用C8051F020芯片（以下简称“MCU2”），两块芯片通过软指令分别对各自控制的电气装置独立控制、通过串口通讯协同工作，从而实现电梯制动回路的有效工作。
图1 电梯制动系统控制原理图
图1所示，MCU1控制报闸接触器（SB）的通断，同时采集监测报闸接触器（SB）状态；MCU2控制驱动继电器（YX_MCU2）的通断，从而控制运行接触器的通断，同时采集监测运行接触器（YXJ）状态。
3.制动器电气控制回路设计
3.1 制动器线圈（BZ）控制回路
图2所示，电梯制动器控制回路中，BZ受YXJ的常开触点和SB的两副常开触点控制。如图所示， SB的两副常开触点串联在BZ两侧可以有效防止因触点动作不同步，以及控制回路短路造成BZ意外带电，从而导致制动器意外打开发生事故。
图2 制动器线圈电气控制回路
（YXJ：运行继电器，SB：报闸接触器）
3.2 报闸接触器（SB）控制回路
图3 报闸接触器电气控制回路
（MSJ：门锁继电器，AQJ：安全继电器）
如图3所示，SB线圈受电梯门锁继电器（MSJ）常闭触点、安全继电器（AQJ）常闭触点及电梯主控制系统控制，主控芯片ARM LPC2378通过软指令控制SB线圈回路的通断。
3.3 运行继电器（YXJ）控制回路
图4 运行接触器电气控制回路
（MSJ：门锁继电器，AQJ：安全继电器）
图4，YXJ线圈受安全继电器（AQJ）常闭触点、门锁继电器（MSJ）常闭触点和驱动继电器（YX_MCU2）常开触点的控制，回路采用220V交流电源。
图5 运行继电器电气控制回路
（YX_MCU2：驱动继电器）
MCU2通过软指令控制YX_MCU2线圈回路的通断。图5，MCU2协控回路输出24V直流信号，为实现MCU2对大功率交流接触器YXJ的有效控制，在YXJ和MCU2协控回路之间增加了YX_MCU2实现二次控制。
4.双MCU系统协同工作实现
4.1 双MCU协同工作流程
系统上电后，MCU1、MCU2分别初始化。RunFlag是电梯制动系统的有效标识位，是MCU1、MCU2控制SB、YX_MCU2的有效标识位，RunFlag由MCU1置位和清零。
MCU1、MCU2之间采用串行方式通讯，相互获取对方芯片控制的接触器状态。MCU1通过串行通讯获取YXJ状态，采集监测SB状态，并发送至MCU2。而后进行SB、YXJ状态比较，状态一致，RunFlag置位，判断电梯有无运行指令，有，MCU1驱动SB吸合。
同时，MCU2通过串行通讯获取SB、RunFlag状态，采集监测YXJ状态，并发送至MCU1。状态一致，RunFlag为真，MCU2驱动YX_MCU2吸合。
制动器线圈（BZ）回路通电，制动器打开，电梯运行。
当MCU1、MCU2监测到SB、YXJ状态不一致时，MCU1将RunFlag清零，分别驱动SB和YX_MCU2释放，制动器BZ失电下闸，电梯停止运行。此外，MCU1无电梯运行指令时，MCU1驱动SB释放，SB、YXJ状态不一致，MCU2驱动YX_MCU2释放，电梯停止运行。
MCU1与MCU2控制流程图6所示：
图6 MCU1、MCU2协同控制流程图
4.2 双MCU通讯设计
MCU1与MCU2之间采用UART串行通讯方式，波特率为15200。数据通讯格式为：
MCU1发送到MCU2的数据格式：
Byte2 Byte1 Byte0
位 - Bit7–bit2 Bit1 Bit0 -
值 校验码 保留 SB_flag RunFlag 校验码
MCU2发送到MCU1的数据格式：
Byte7 Byte1 Byte0
位 - Bit7–bit1 Bit0 -
值 校验码 保留 YXJ_flag 校验码
注：1.RunFlag: 電梯制动系统状态标志，RunFlag=0，电梯停止；RunFlag=1 电梯运行；
2.YXJ_flag： 驱动继电器YXJ状态，YXJ_flag=0，断开；YXJ_flag=1，闭合。
5.试验
为验证系统设计可靠性，设计了电梯运行、电梯停止、SB粘联、YXJ粘联四种工况对电梯制动系统进行了试验，并逐一用示波器对SB、YXJ和RunFlag波形进行了电压信号跟踪。
在电梯运行时分别按下SB、YXJ接触器的动触点，保持接触器不释放，模拟两接触器SB、YXJ不同的吸合状态。电梯停止召唤电梯，电梯不能再启动。图7所示制动系统试验有效验证了双MCU协同控制电梯制动系统的可靠性。
（1）电梯运行 （2）电梯停止
（3）SB粘联（4）YXJ粘联
图7制动系统试验波形
（通道1：SB状态；通道2：YXJ状态；通道4：制动系统状态）
6.结束语
采用继电器逻辑控制电路和双MCU设计电梯制动系统，很好的解决了采用不同信号源分别控制电梯制动系统的两个独立电气装置，有效的杜绝了因某一接触器触点粘联而导致的电路故障。我们将上述设计应用于自行开发的电梯控制系统中，很好的实现了电梯的制动系统控制，经验证，此种设计能有效的防止单一接触器粘联导致电梯制动器意外开闸而造成的电梯溜车事故的发生。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。