دوائر مرحلات الأمان

العمود الفقري المنطقي لـ UCMP

بواسطة لاكشمانان رجا

صُمم نظام الحماية من الحركة غير المقصودة لكابينة المصعد (UCMP) لمنع أو إيقاف حركة كابينة المصعد بعيدًا عن مستوى الهبوط عندما يكون باب الهبوط غير مُقفل وباب الكابينة مفتوحًا، نتيجةً لعطلٍ واحد في آلة المصعد أو نظام التحكم في القيادة. يتألف نظام UCMP من ثلاثة عناصر أساسية: آلية كشف تراقب الحركة غير المقصودة، وآلية تحكم، وآلية إيقاف تعمل على إيقاف الكابينة بأمان عند اكتشاف هذه الحركة.

في هذه المقالة، نركز على آلية التحكم: دائرة مرحل الأمان، التي تشكل العمود الفقري المنطقي للتحكم في UCMP من خلال توفير المراقبة الزائدة، واكتشاف الأعطال، وقدرات الاستجابة الآمنة.

لفهم منطق دائرة مرحل الأمان هذه، نبدأ بدائرة تحكم بسيطة في بدء وإيقاف المحرك ونحسنها خطوة بخطوة للوصول إلى دائرة مرحل الأمان. 

قبل أن نتعمق أكثر، من الضروري أن نتعرف على بعض المصطلحات المهمة: 

• المرحلات - تُشبه المرحلات والموصلات المفاتيح الآلية. من خلال التحكم في التيار المار في ملفها، يمكننا تحديد وقت تشغيلها وإيقافها. قد تحتوي على زوج واحد أو أكثر من نقاط التلامس، والتي يمكن أن تكون مفتوحة عادةً أو مغلقة عادةً.
• عادة المفتوحة (NO) والوصلات المغلقة عادةً (NC) — بالنسبة للمرحلات والموصلات الكهربائية، NC / لا يعتمد ذلك على حالة التلامس الكهربائي عندما لا يكون ملف المفتاح متصلاً بأي مصدر كهربائي. أما بالنسبة للمفاتيح الميكانيكية، فهو حالة تلامسها في وضع الخمول، أي عندما لا تُطبَّق أي طاقة ميكانيكية خارجية على آلية تشغيل المفتاح. 
• نقاط التلامس الموجهة بالقوة/نقاط التلامس المرتبطة ميكانيكيًا - هذا نوع خاص من تصميم نقاط تلامس المرحلات، حيث ترتبط جميع نقاط التلامس ميكانيكيًا بوصلة صلبة داخل المرحل. يضمن هذا التصميم أنه في حال تعطل إحدى نقاط التلامس أو التصاقها، لا يمكن لباقي النقاط تغيير حالتها بشكل مستقل. بعبارة أخرى، تتم مزامنة حركتها ميكانيكيًا، مما يسمح بالكشف عن أي عطل في نقاط التلامس. 

تحكم بسيط في التشغيل والإيقاف

نبدأ مناقشتنا بدائرة بسيطة، وهي دائرة التحكم في بدء وإيقاف المحرك الموضحة في الشكل 1. مرحل التحكم هو صباحا يمثل هذا الموصل الذي يتحكم في الطاقة الموصلة للمحرك. أما زر التشغيل فهو زر ضغط. لا الاتصال، والإيقاف عبارة عن زر ضغط آخر مع NC اتصل. 

عند توصيل جميع المكونات بشكل صحيح وتشغيل الطاقة، يؤدي الضغط على زر التشغيل إلى إغلاق الدائرة الكهربائية وتوصيل ملف المرحل. A إلى مصدر الطاقة. يؤدي ذلك إلى تنشيط المرحل، مما يتسبب في فتح نقاط التلامس المفتوحة عادةً. A1 في الدرجة الأولى و A2 في الدرجة الثانية، للإغلاق. منذ الاتصال A1 يتم توصيلها عبر زر التشغيل، حيث توفر الطاقة اللازمة للملف وتحافظ على المرحل في حالة التشغيل بعد تحرير زر التشغيل. الاتصال A2 يقوم بتوصيل موصل المحرك M إلى مصدر الطاقة. عند الضغط على زر الإيقاف، يتم قطع خط الإمداد إلى المرحل. Aمما يؤدي بدوره إلى قطع الإمداد عن M الموصل. هذا يفصل الطاقة عن المحرك. 

وهنا يبرز سؤال مهم. عندما نضغط على زر الإيقاف، ما مدى ثقتنا في أن الطاقة ستُفصل عن موصل المحرك؟

إضافة التكرار 

يحدث العطل الأمني ​​الأكثر أهمية في الدائرة الموضحة في الشكل 1 عندما يكون المرحل A يعلق في وضع التشغيل بسبب اللحام التلامسي. ونتيجة لذلك، M يتم تزويد الموصل بالطاقة بشكل مستمر من خلال الدائرة المغلقة بشكل دائم A2 عند التلامس، يصبح الضغط على زر الإيقاف غير فعال. لمعالجة هذه المشكلة، أضفنا مرحلًا ثانيًا، مرحلًا B، من أجل التكرار، كما هو موضح في الشكل 2.

هناك أيضًا احتمال أن يكون زر الإيقاف عالقًا ميكانيكيًا، مما يمنعه من العمل عند الحاجة. لذلك، يُنصح باستخدام مفتاح إيقاف يتضمن زرين. NC تُستخدم نقاط تلامس، وكلا نقطتي التلامس موصولتان على التوالي. بالتالي، إذا تعطلت إحداهما ميكانيكيًا، فستقوم الأخرى على الأقل بفتح الدائرة عند الضغط على زر الإيقاف. وهكذا، تُضاف خاصية التكرار في الدائرة الموضحة في الشكل 2 لمرحل التحكم ومفتاح الإيقاف. 

يكمن العيب الرئيسي في الدائرة الموضحة في الشكل 2 في أنه إذا تعطل أي من المرحلين A أو B نتيجةً للحام التلامسي، فستستمر الدائرة في العمل كما هو مُصمم لها. وينطبق الأمر نفسه على تلامس مفتاح الإيقاف. مع ذلك، لن يدرك المستخدم عطل أحد المكونات إلا بعد تعطل كليهما. وهذا أمر خطير، فكيف يُمكننا معالجة هذه المشكلة؟ 

مراقبة التكرار – اكتشاف الأعطال

إن وجود أنظمة احتياطية دون مراقبة فعّالة وكشف أعطال دقيق يُفقدها جدواها، إذ يسمح بتراكم الأعطال دون أن يلاحظها المستخدم. ولمعالجة هذه المشكلة، من الضروري تطبيق دائرة لكشف الأعطال.

في ترتيبات الدائرة الموضحة في الشكل 3، المرحل C يُستخدم لمراقبة حالة المرحلات A و B للكشف عن أي علامات للحام التلامسي. قد يكون مصطلح "المراقبة" غامضًا، لذا من المهم توضيح وتيرة هذه المراقبة. في هذه الترتيبات، يتم الكشف قبل كل دورة بدء تشغيل. سأشرح ذلك في الفقرة التالية.

لنفترض أن المكونات موصلة وفقًا للمخطط في الشكل 3، وأن الطاقة قيد التشغيل. المرحل C في الدرجة الثانية سيتم تشغيلها من خلال NC اتصال A2 ، B2 من المرحل A والتتابع B. يؤدي الضغط على زر التشغيل الآن إلى إغلاق نقاط التلامس وتوصيل ملفات المرحلات. A و B إلى مصدر الطاقة من خلال C1 يؤدي التلامس في الدرجة الأولى إلى تنشيط المرحلين، اللذين يفتحان بعد ذلك نقاط التلامس الخاصة بهما في الدرجة الثانية، مما يتسبب في تشغيل المرحل. C لفصل الطاقة (ملاحظة: عنصر تأخير الوقت المتصل عبر ملف المرحل C سيؤخر ذلك من انفصاله بسرعة كبيرة قبل الترحيل A و B تشغيل.) فصل الطاقة C لن يقوم المرحل بفصل الطاقة عن المرحل A والمرحل B ملف في الدرجة الأولى بسبب المسار ذاتي التثبيت عبر C1 وزر البدء الذي تشكل بواسطة A1 ، B1 نقاط التلامس. مع تنشيط المرحلين A وB وفصل الطاقة عن المرحل C، M يتم توصيل الموصل الموجود في الدرجة الثالثة بمصدر الطاقة.

عند الضغط على زر الإيقاف، فإنه يفصل الطاقة فعليًا عن كلا المرحلين A و B الملفات في الدرجة الأولى. إذا حدث لحام تلامسي في أي من المرحلين A أو مرحل B، لا يزال يتم فصل الطاقة عن موصل M كما هو مقصود بسبب التكرار.  

قد يتسبب التلامس الملحوم في تعطل هذا المرحل تحديدًا في وضع التشغيل. وهذا يمنع وصول التيار الكهربائي إلى المرحل. C الملف في الدرجة الثانية. بدون المرحل C بعد تزويدها بالطاقة، لا يمكن بدء العملية التالية بسبب C1 يتم التلامس في الدرجة الأولى. وبهذه الطريقة، يتم تجنب أي عطل ناتج عن لحام التلامس في المرحلات. A or B يتم اكتشافه بواسطة المرحل Cويكون هذا الكشف فعالاً خلال دورة بدء التشغيل اللاحقة.

تستطيع الدائرة الموضحة في الشكل 3 مراقبة حالة مرحل الإخراج. ماذا عن مشاكل التلامس العالق في عناصر التحكم المدخلة، مثل مفتاح الإيقاف وزر التشغيل؟ تُعالج هذه المشاكل في الدائرة الموضحة في الشكل 4. 

الدائرة النهائية مع التكرار وكشف الأعطال

في الدائرة الموضحة في الشكل 4، يُستخدم مفتاحا إيقاف في الخطين 1 و2، مما يوفر تحكمًا ثنائي القنوات. يتيح ذلك خيارات لمراقبة كل مفتاح وضمان وجود نظام احتياطي. تم تحديث زر التشغيل إلى تصميم يحتوي على مجموعتين من المفاتيح: واحدة NC والآخر لاوالتي تتصل ببعضها البعض بواسطة وصلة صلبة. وبالتالي، تتم مراقبة NC تعكس نقاط اتصال زر التشغيل بدقة الحالة الحقيقية لموضع نقطة الاتصال الأخرى (كما هو الحال في المرحل الموجه بالقوة).

عند الضغط على زر الإيقاف، إذا كان أحد NC إذا كانت نقاط التلامس ملحومة أو عالقة في وضع الإغلاق، فسيظل المرحل في تلك القناة (المسار) المحددة نشطًا بينما ستنطفئ المرحلات في القنوات الأخرى. ونتيجة لذلك، M سيتم فصل الموصل عن مصدر الطاقة كما هو مُخطط له. في الوقت نفسه، سيمنع المرحل المُفعّل باستمرار بسبب التلامس العالق لمفتاح الإيقاف... C منع المرحل من التنشيط، وبالتالي منع عملية بدء التشغيل التالية.

إذا ظل زر التشغيل عالقًا في وضع التشغيل، فسيمنع ذلك نقطة التلامس المغلقة عادةً من الإغلاق. ونتيجة لذلك، سيتوقف... C يمنع هذا العطل تنشيط المرحل في الدورة التالية، مما يعيق عملية بدء التشغيل التالية. لذلك، تحتوي الدائرة الموضحة في الشكل 4 على عناصر احتياطية في مرحلات التحكم، ومفاتيح التلامس، وأنظمة المراقبة لمنع تراكم الأعطال في دورة بدء التشغيل التالية.

ملاحظة: في هذه المقالة، سيتم شرح عملية لحام موصل المحرك. M لا يُؤخذ هذا الأمر في الاعتبار ضمن نطاق النقاش. ينصبّ التركيز هنا حصراً على فهم منطق عمل دائرة مرحل الأمان وتطبيقها ضمن نظام UCMP.

تطبيق في برنامج UCMP

مثال على دائرة مرحل أمان تستخدم المرحلات أ ، ب و C يتم وصف وسيلة UCMP أدناه، بافتراض أن وحدة التحكم في المصعد تقوم بالمهام التالية.

• أثناء فتح الباب المتقدم، وعندما يقترب المصعد من الطابق المحدد، يقوم جهاز التحكم بتفعيل وصلة الباب (DB) بعد التأكد من أن الكابينة داخل منطقة التسوية الآمنة. ويتم هذا التأكيد من خلال تشغيل المفتاحين S1 وS2، اللذين يتم التحكم بهما بواسطة لوحة التسوية.
• بالإضافة إلى ذلك، يتم تنشيط إشارة جسر الباب عندما يتجاوز فرق المستوى بين عتبة السيارة وعتبة الهبوط المسافة المقبولة وفقًا للرمز ±20 مم، وذلك لأغراض إعادة التسوية. 

في أي من هذه الحالات، إذا وصلت السيارة إلى وضع لا يكون فيه المفتاح S1 أو S2 متصلاً بلوحة التسوية، فسيتم فتح نقطة التلامس الخاصة بالمفتاح، وسيبدأ النظام عملية التوقف عن طريق فتح نقاط التلامس الخاصة بالأبواب. وبالتالي، يتم منع الحركة غير المقصودة. 

تتألف نقاط التلامس لتوصيل الأبواب من سلسلة من أكسنومك، بكسنومك، كسنومكس و D2. 

يمكن استخدام مجموعة A3 وB3 لإعطاء إشارة تأكيد إلى وحدة تحكم المصعد بأن لوحة التسوية الخاصة بطابق معين متصلة بـ S1 و S2 المفاتيح، أي أن السيارة أقرب إلى الهبوط وداخل منطقة فتح القفل (انظر الشكل 5). 

إذا قمت بفحص الدائرة عن كثب، ستلاحظ أنها مرتبطة بدائرة مرحل الأمان التي ناقشناها سابقًا. 

في هذا التكوين، S1 و S2 تُستخدم كمفاتيح إيقاف، بينما DB يعمل زر التحكم كزر بدء التشغيل. نقاط التلامس الخاصة بـ S1 و S2 وتُشكّل درجاتها المتناظرة دائرة تحكم ثنائية القنوات. وتُستخدم في هذه الدائرة مرحلات موجهة بالقوة. C يُستخدم المرحل للكشف عن الأعطال ومراقبتها. عند حدوث قصر في الدائرة الكهربائية، S1 و S2 تلامسات بسبب مفاتيح معيبة أو عندما DB يبقى نظام التحكم قيد التشغيل باستمرار بسبب عطل في نظام التحكم بالمصعد، ثم... C لن يتم تشغيل المرحل، وبالتالي يتم منع دورة التشغيل التالية. هذا يمنع تراكم الأعطال ويضمن وجود نظام احتياطي دائمًا. سيتم توصيل دائرة قفل الباب إذا كانت جميع نقاط تلامس المفاتيح ومرحلات التحكم سليمة، وسيتم فتح التوصيل إذا كان أي من المكونات معيبًا. وهكذا، يتم إيقاف نظام UCMP.

خاتمة 

بدأنا في هذه المقالة بضوابط الإيقاف والتشغيل البسيطة، ثم أضفنا تدريجيًا أنظمة احتياطية لكل من ضوابط الإدخال والإخراج، إلى جانب كشف الأعطال. يساعد هذا النهج القراء على فهم وتقدير منطق التحكم في وحدات مرحلات الأمان، المستخدمة لكشف حركة العربات غير المقصودة في المصاعد. على الرغم من أن نظام الكشف باستخدام مرحل الأمان موثوق، إلا أن نظام مراقبة حركة العربات في المصاعد (UCMP) لا يعمل بشكل صحيح إلا إذا كانت وسائل الإيقاف المستخدمة لهذا الغرض تعمل بشكل سليم. في حال استخدام مجموعات فرامل احتياطية، يجب اختبار كل مجموعة فرامل ومفاتيح المراقبة الخاصة بها وفقًا لمتطلبات الكود، وفحصها بانتظام. 

مراجع حسابات

[1] EN 81-20:2020 — قواعد السلامة لبناء وتركيب المصاعد – مصاعد نقل الأشخاص والبضائع – الجزء 20: مصاعد الركاب والبضائع

[2] EN 60947-5-1:2004، معدات التبديل والتحكم ذات الجهد المنخفض - الجزء 5-1: أجهزة دوائر التحكم وعناصر التبديل - أجهزة دوائر التحكم الكهروميكانيكية (IEC 60947-5-1:2003) 

[3] IEC 61810-3:2015 – المرحلات الكهروميكانيكية الأولية – الجزء 3: المرحلات ذات نقاط التلامس الموجهة قسراً (المرتبطة ميكانيكياً)

[4] د. ماكدونالد، السلامة العملية للآلات، أكسفورد، المملكة المتحدة: نيونس، 2004.