PESSRA في المصاعد والسلالم المتحركة - نظرة عامة

تهدف المعلومات الأساسية إلى أن تكون دليلًا سريعًا للمتخصصين في مجال المصاعد والسلالم المتحركة حول هذه الأنظمة الإلكترونية المهمة التي أصبحت شائعة

By لاكشمانان رجا و Teck Eng Ng

تحقق الإلكترونيات تقدمًا كبيرًا في صناعة المصاعد والسلالم المتحركة ، والتي أصبحت الآن على قدم المساواة مع تطورها في الصناعات الأخرى. في صناعتنا ، تم استبدال ما كان في السابق تحكمًا سلكيًا قائمًا على الترحيل بمفاتيح إلكترونية (على سبيل المثال ، الترانزستورات) ، ثم تم تحسينها أكثر من خلال إدخال المتحكمات الدقيقة والمعالجات الدقيقة. ونتيجة لذلك ، فإن المصعد الحالي وجهاز التحكم في السلم المتحرك يشبه الصندوق الأسود ، حيث يربط العديد من الأنظمة الفرعية معًا من خلال الأسلاك الكهربائية والواجهات الإلكترونية التي يستطيع المحترفون الميدانيون فيها رؤية إشارات الإدخال والإخراج فقط. يتم تنسيق العملية بشكل جيد من خلال برامج مدمجة غير مرئية للمستخدم ومتخصصي الصيانة. في السنوات الأخيرة ، تم تطوير ونشر المزيد والمزيد من الأنظمة الإلكترونية القابلة للبرمجة (PESes) لضمان سلامة المستخدم. تُعرف هذه الأنظمة باسم PES في التطبيقات المتعلقة بالسلامة (PESSRA). إذا تم استخدام مثل هذه الأجهزة في المصاعد ، فإن المصطلح يضاف إلى النهاية (PESSRAL). في حالة استخدامها في السلالم المتحركة ، تصبح الإضافة "للسلالم المتحركة" (PESSRAE).

تقدم هذه المقالة نظرة عامة على أنظمة PESSRAL / PESSRAE ، مع تغطية بنية الجهاز وموثوقيتها ومعلومات حول اختيار مستويات الموثوقية المناسبة. ثم يناقش وظائف السلامة التي يتعين على أجهزة PESSRA تنفيذها والحالات الآمنة التي يتعين تحقيقها. ويتضمن أيضًا معلومات حول متطلبات اختبار النوع في التحقق من مستوى الموثوقية. أخيرًا ، يختتم بمزايا وتحديات استخدام PESSRA.

التضمين في الكود

في أجهزة التحكم في المصاعد والسلالم المتحركة ، تُستخدم الأجهزة الإلكترونية تقليديًا فقط في التشغيل والتحكم في الحركة ، مع التحكم في الضوابط المتعلقة بالسلامة بطريقة صلبة والتحكم في المرحل. في الآونة الأخيرة ، يمكننا أن نرى التأثير الإلكتروني يتوسع في معالجة المدخلات من الأجهزة المتعلقة بالسلامة. في مثل هذا التحكم ، يتم تحويل المنطق الكلاسيكي الثابت إلى عنصر تحكم قائم على الوظائف. تعتمد المتطلبات الوظيفية على المزيد من النتائج ، وتنفيذها مفتوح مع بنية مختلفة للأجهزة والبرامج بطرق متنوعة. يتم عرض مراحل التطوير لوحدات التحكم في المصاعد والسلالم المتحركة في الشكل 1. نظرًا لأن المزيد والمزيد من مصنعي المصاعد والسلالم المتحركة يستخدمون أجهزة PESSRA في وحدة التحكم الخاصة بهم ، فقد جاء الرمز ليشمل المتطلبات الخاصة بهم. تواريخ الإدراج الرسمية لـ PESSRA في الرموز الأمريكية والأوروبية موضحة في الجدول 1.

هندسة الجهاز

يظهر الشكل العام للهندسة المعمارية العامة لوحدة التحكم PESSRA. وهي تتكون من مستشعرات إدخال وجهاز إلكتروني قابل للبرمجة ومشغل إخراج. لا يوجد اتصال مباشر بين إشارات الأمان على جانب الإدخال وجانب الإخراج. تتم معالجة إشارات الإدخال بواسطة الأجهزة الإلكترونية القابلة للبرمجة ، والتي تتحكم بعد ذلك في المشغل على جانب الإخراج. ومن الأمثلة على الأجهزة الإلكترونية القابلة للبرمجة: المعالجات الدقيقة / وحدات التحكم الدقيقة ، وأجهزة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة ، ومصفوفات البوابة القابلة للبرمجة الميدانية ، والدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيقات والأجهزة الأخرى القائمة على الكمبيوتر (أجهزة الاستشعار الذكية ، وأجهزة الإرسال والمشغلات).

مستوى سلامة السلامة (SIL)

دائمًا ما تكون موثوقية جهاز الأمان مهمة جدًا. عند استخدام نظام الإلكترونيات مع الأجهزة والبرامج لاتخاذ القرارات المتعلقة بسلامة المستخدم ، يتم قياس موثوقيته باستخدام SIL. SIL هو مقياس موثوقية رقمي أو معدل فشل إرشادي لنظام PESSRA الذي ينفذ وظيفة الأمان.

يوجد نوعان من وظائف الأمان: "وضع الطلب العالي" أو "الوضع المستمر" (احتمال الفشل في الساعة) ، و "وضع الطلب المنخفض" (احتمال الفشل سنويًا). بالإشارة إلى IEC 61508-4 البند 3.5.16 ، يتم استدعاء تعريف الطلب المرتفع عندما يكون الطلب على وظيفة متعلقة بالسلامة أكبر من مرة في السنة وتعريف انخفاض الطلب عندما يكون أقل تواتراً. الخصائص الرئيسية لوظيفة الأمان عالية الطلب هي:

• يوفر بشكل عام بعض وظائف التحكم أثناء التشغيل العادي.
• عادة ما يؤدي الفشل في وظيفة السلامة إلى موقف خطير.
• تواتر الطلبات المفروضة عليها مرتفع ، أكثر من مرة في السنة أو حتى مستمرة.

مثال: مكابح عادية لآلة الجر

الخصائص الرئيسية لوظيفة الأمان في وضع الطلب المنخفض هي:

• لا يتم استخدامه بشكل عام أثناء التشغيل العادي.
• يؤدي فشل وظيفة الأمان إلى فقدان الحماية ولكنه ليس خطرًا في حد ذاته.
• تواتر الطلبات المفروضة عليها منخفض ، أقل من مرة في السنة.

مثال: معدات السلامة

تنتمي معظم أجهزة بسرا المستخدمة في المصاعد والسلالم المتحركة إلى الفئة الثانية من نوع وظيفة الأمان في وضع الطلب. ترد احتمالات الفشل عند الطلب للوظائف ذات معدل الطلب المنخفض في الجدول 2 ، وهو من IEC 61508-1. تعتبر وحدات التحكم SIL 4 موثوقة للغاية ، نظرًا لأن فشلها عند الطلب منخفض جدًا ، ويتراوح من 10-5 إلى 10-4. SIL 1 هي الأدنى ، ويتراوح فشلها عند الطلب من 10-2 إلى 10-1. SIL 3 هو أعلى مستوى يستخدم في صناعة المصاعد والسلالم المتحركة.^[3]

يعطي المثال التالي فكرة عن SIL ومعدل الفشل الخاص به: يتطلب مفتاح إيقاف الطوارئ SIL 3 لكل EN 81-20 و ASME A17.1. لذلك ، يجب أن يكون معدل الفشل المقبول بين 10-4 و 10-3. إذا افترضنا أن الطلب مرة واحدة في السنة ، فمن المقبول أن تفشل مرة واحدة بين 1,000 و 10,000 سنة.

تحديد تصنيف SIL

الآن نحن نعرف SIL ، ولكن كيف نقرر المستوى الذي قد يكون مناسبًا لوظيفة أمان معينة؟ يمكننا أن نقرر ذلك بثلاث خطوات:

1. يجب حساب تكرار حدوث المخاطر بناءً على تحليل المخاطر.
2. قارن معدل الحدوث بالمعدل المقبول (من R2P2 [أ] أو أي معيار آخر مقبول).
3. يجب ملء الفرق (أي الفجوة) بمستوى PESSRA SIL المناسب (مستوى الموثوقية)

سيوضح المثال التالي ما سبق: افترض أن المصعد يخضع لحركة غير منضبطة مرة واحدة كل خمس سنوات. معدل حدوث الخطر (# 1) هو 1/5 سنة ، أي ما يعادل 0.2 / سنة. عندما تحدث الحركة غير المنضبطة ، فإن احتمال وقوع حادث مميت (# 2) هو 0.01. إن احتمال معدل الحوادث المميتة لنظامنا هو ناتج # 1 و # 2: 0.2 / سنة X 0.01 / سنة = 2 X 10-3 / سنة (حادثتان قاتلتان في 1,000 سنة). ومع ذلك ، فإن معدل الوفيات المسموح به للجمهور والمستخدم بشكل عام في السلامة الوظيفية هو 10-5 / سنة. ^[8]

هنا ، هناك فجوة بين المعدلات المقبولة والفعلية. يجب أن تفي وحدة التحكم PESSRA المستخدمة لسد الفجوة بما يلي:

معدل الفشل = المعدل المسموح به / المعدل الفعلي = 10-5 / (2 X 10-3) = 5 X 10-3 SIL 2 لديها معدل فشل بين 10-3 و10-2. ستكون وحدات التحكم هذه قادرة على تلبية معدل الفشل المطلوب لدينا وهو 5 × 10-3. يساعد الشكل 3 في إظهار عملية الحساب.

ومع ذلك ، بالنسبة للمصاعد والسلالم المتحركة ، تم تحديد SILs لوظائف السلامة المختلفة من خلال الرموز التي طورتها الصناعة (الشكل 4). هناك 51 وظيفة أمان محددة للمصاعد مع تصنيف SIL الخاص بها في ISO 22201-1. بالطريقة نفسها ، هناك 26 وظيفة أمان محددة للسلالم المتحركة مع تصنيف SIL الخاص بها في ISO 22201-2. بالإضافة إلى ذلك ، حدد الكود أيضًا حالة السلامة ، والتي يجب أن تحققها وحدة التحكم PESSRA كلما تم وضع طلب على وظيفة السلامة. هناك 18 و 10 حالات آمنة محددة للمصاعد والسلالم المتحركة في ISO 22201-1 / -2. أمثلة على الحالات الآمنة هي: إزالة الطاقة من آلة الجر ، والحد من نطاق السفر والسرعة ، وما إلى ذلك.

التحقق من SIL

نظرًا لأن موثوقية نظام PESSRA تعتمد على SIL ، فإن التحقق منه مهم جدًا. يتم إجراؤها من قبل هيئة معتمدة ، وهي المختبر الذي يقوم بإجراء كل من الاختبار والشهادة. إما أن تكون شركة مصنعة تعمل بنظام ضمان الجودة الكامل المحدد والمعتمد من قبل سلطة وطنية ، أو طرف ثالث معتمد معتمد من قبل سلطة وطنية لنطاق المصاعد والسلالم المتحركة والمشي المتحرك وأجهزة السلامة المقابلة.

يجب تقديم طلب فحص النوع من قبل الشركة المصنعة للمكون أو الممثل المعتمد للشركة المصنعة ويجب توجيهه إلى مختبر اختبار معتمد.

لإجراء التحقق من SIL واختبار النوع ، تتطلب الهيئة المعتمدة لوحين للدوائر المطبوعة: واحدة عارية وبها مكونات كاملة والأخرى بتفاصيل مثل التخطيط وتعريف الإدخال / الإخراج إذا كانت دائرة السلامة تحتوي على مكونات إلكترونية فقط. بالنسبة لـ PESSRA ، يجب تقديم تفاصيل عن البرامج والوصف الوظيفي (بما في ذلك بنية البرنامج وتفاعل الأجهزة / البرامج) ووصف البيانات والمتغيرات والواجهات وما إلى ذلك. لمزيد من التفاصيل ، راجع EN 81-50 ، الفقرة 5.6 والمرفق ب.

ستقوم الهيئة المعتمدة بإجراء الاختبارات الميكانيكية اللازمة مثل اختبارات الاهتزاز والصدمات ودرجة الحرارة ، والاختبار الوظيفي على ترميز البرامج وتصميمها.

الصيانة والإصلاح

نظرًا لأن وحدات تحكم PESSRA تتعامل مع السلامة ، فإن صيانتها وإصلاحها أمر مهم للغاية. يجب على الشركة المصنعة توفير دليل التعليمات ، الذي يحتوي على معلومات حول إجراء اختبار التحقق الوظيفي و:

• تفاصيل التعريف ، والوسم ، وإصدار الشهادات لمكونات PESSRA
• تفاصيل التجميع والتوصيل والتعديل والتدريب
• تردد التحقق الوظيفي

فيما يتعلق بصيانة وإصلاح جهاز بسرا ، يجب أن يحتوي دليل التعليمات على التفاصيل التالية:

• اختبار الإثبات ، وتنفيذ أنشطة الصيانة الوقائية والأعطال
• إجراءات وتقنيات الصيانة الفريدة
• الفاصل الزمني لأنشطة الصيانة
• معدات الاختبار المستخدمة ؛ أنشطة تشخيص الأعطال وإصلاحها
• أنشطة لإعادة التحقق
• متطلبات الإبلاغ عن الصيانة والفشل

المزايا والتحديات

مع تقدم التحكم في المصاعد والسلالم المتحركة ، سيكون هناك المزيد من تطبيقات أنظمة PESSRA. مزايا PESSRA على التحكم السلكي هي:

• تحتوي أجهزة بيسرا على مكونات ذكية قابلة للبرمجة وقادرة على المراقبة الذاتية والكشف المبكر عن الأعطال. توفر هذه الإمكانية إنذارات مبكرة حول أخطاء النظام المحتملة ، مما يؤدي إلى تحسين موثوقية النظام.
• أجهزة بسرا موصولة من خلال ناقل اتصال ، لذا فإن تجاوز الجهاز الفردي يجب أن يتم من خلال الوسائل البرمجية. وبالتالي ، يمكن تجنب التجاوز غير المصرح به والعبث بميزات السلامة بواسطة كبلات العبور. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن توفير المساحة من خلال تقليل الأسلاك.
• بسرا هو جهاز إلكتروني ، لذا فإن جهد التشغيل سيكون منخفضًا ؛ وبالتالي ، يمكن تجنب الصدمة الكهربائية.

ومع ذلك ، تأتي المزايا مع بعض التحديات ، مثل:

• يتضمن التحكم في PESSRA تصميم الأجهزة والبرامج ، لذلك سيكون مملوكًا للغاية ، مع وجود ميزة OEM على الأطراف الثالثة.
• هناك حاجة إلى موظفين مهرة في كل من الأجهزة والبرامج لتصميم واختبار والتحقق من تشغيل النظام.

خاتمة

تقدم هذه المقالة معلومات أساسية ودليلًا سريعًا عن بيسرا للمحترفين في مجال المصاعد والسلالم المتحركة. لمزيد من المعلومات ، راجع "المراجع".

مراجع حسابات

[1] EN 81-20: 2014 قواعد السلامة لبناء وتركيب المصاعد - مصاعد لنقل الأشخاص والبضائع الجزء 20: مصاعد الركاب والبضائع.
[2] EN 81-50: 2014 قواعد السلامة لبناء وتركيب المصاعد - الاختبارات والاختبارات الجزء 50: قواعد التصميم والحسابات والاختبارات والاختبارات لمكونات الرفع.
[3] مصاعد ISO 22201: 2009 (مصاعد) - تصميم وتطوير الأنظمة الإلكترونية القابلة للبرمجة في التطبيقات المتعلقة بالسلامة للمصاعد (PESSRAL).
[4] ISO 22201-2: 2013 المصاعد (المصاعد) ، السلالم المتحركة والممرات المتحركة - الأنظمة الإلكترونية القابلة للبرمجة في التطبيقات المتعلقة بالسلامة الجزء الثاني: السلالم المتحركة والمشي المتحرك (PESSRAE).
[5] ISO / TR 22201-3: 2013 مصاعد (مصاعد) ، سلالم متحركة ومشايات متحركة
- الأنظمة الإلكترونية القابلة للبرمجة في التطبيقات المتعلقة بالسلامة الجزء 3: دليل دورة الحياة للأنظمة الإلكترونية القابلة للبرمجة المتعلقة بـ PESSRAL و PESSRAE.
[6] EN 61508-1: 2010 السلامة الوظيفية للأنظمة الإلكترونية المتعلقة بالسلامة الكهربائية / الإلكترونية / القابلة للبرمجة الجزء الأول: المتطلبات العامة.
[7] EN 61508-4: 2010 السلامة الوظيفية للأنظمة المتعلقة بالسلامة الكهربائية / الإلكترونية / القابلة للبرمجة الجزء الرابع: التعريفات والاختصارات.
[8] سميث وديفيد جيه وكينيث جي إل سيمبسون. كتيب أنظمة السلامة الحرجة: دليل مباشر إلى الأمام للسلامة الوظيفية ، IEC 61508 (إصدار 2010) والمعايير ذات الصلة ، بما في ذلك العملية IEC 61511 والآلات IEC 62061 و ISO 13849 (Elsevier ، 2010).
[9] الصحة والسلامة والبيئة ، تقليل المخاطر. "حماية الناس". عملية صنع القرار في الصحة والسلامة والبيئة. كراون ، لندن (2001).