Sistemas de frenado de escaleras mecánicas inteligentes con base eléctrica

por Kevin Seaborne, Lutfi Al-Sharif y David Austin

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Resumen

El sistema de frenado de una escalera mecánica es el dispositivo de seguridad más importante, ya que todos los demás dispositivos de seguridad dependen de él para detener la escalera mecánica por completo. La mayoría de las escaleras mecánicas emplean sistemas de frenado de circuito abierto convencionales que aplican la misma fuerza de frenado independientemente de la carga en la escalera mecánica y la dirección de viaje. Esto conduce a grandes variaciones en la distancia de parada, pero lo que es más importante, provoca una parada severa en condiciones de carga ligera. La consecuencia de esto es el alto riesgo de caídas de pasajeros en condiciones de parada de carga ligera, con las consiguientes lesiones. La norma europea de escaleras mecánicas EN 115:2008 estipula que el valor máximo de deceleración medido en el sentido de la marcha debe ser inferior a 1 m/s2. La motivación de esta cláusula es reducir el riesgo de caídas de los pasajeros. Las escaleras mecánicas de servicio público transportan un mayor número de pasajeros y, por lo tanto, tienen un mayor riesgo de caídas de pasajeros y, especialmente, caídas por avalanchas. Este artículo describe el diseño, implementación y prueba de un sistema de frenado inteligente de base eléctrica aplicado a una escalera mecánica de servicio público que reduce significativamente el riesgo de caídas de pasajeros y cumple con los requisitos de la norma. De particular importancia son los sistemas de respaldo y las evaluaciones de riesgo implementados para brindar la garantía de seguridad necesaria y garantizar una operación segura en caso de falla del sistema.

Introducción

El sistema de frenado dentro de la escalera mecánica es, en efecto, el dispositivo de seguridad más importante. Todas las demás funciones de seguridad eléctrica dependen del sistema de frenado para detener la escalera mecánica. La pérdida de la funcionalidad del sistema de frenado resultará en la pérdida de todas las demás características de seguridad eléctrica y dará lugar a una situación peligrosa que se desarrolla dentro de la escalera mecánica.

Un sistema de frenos debe cumplir con dos requisitos contradictorios: detener la escalera mecánica dentro de una distancia aceptable para evitar lesiones (p. ej., que los pasajeros queden atrapados) y no detenerse con demasiada brusquedad para provocar caídas de los pasajeros. Este es el dilema al que se enfrenta el diseñador del sistema de frenado. En las escaleras mecánicas de servicio público, esto es aún más crítico debido a la gran cantidad de pasajeros (hasta 58,000 pasajeros por día en algunos casos) [1]. De hecho, la principal motivación para desarrollar sistemas de frenado inteligente en escaleras mecánicas (y especialmente para escaleras mecánicas de servicio público) es el requisito de abordar el problema de las caídas de pasajeros debido a la parada abrupta de la escalera mecánica.

Cabe recordar que la mayoría de las paradas en las escaleras mecánicas son paradas no planificadas, normalmente tras la activación de un dispositivo de seguridad. Por esta razón, un pasajero que viaja en una escalera mecánica nunca espera que se detenga (a diferencia de un ascensor que se detiene en cada rellano). En consecuencia, muchos pasajeros no se sujetan al pasamanos, y este punto aumenta aún más la importancia de asegurarse de que la parada de la escalera mecánica no sea brusca.

Este artículo describe el desarrollo y las pruebas de un sistema de frenado inteligente basado en electricidad para escaleras mecánicas de servicio público. El sistema garantiza una parada suave al mismo tiempo que cumple con los requisitos de distancia de parada establecidos por los estándares para la carga completa en la dirección hacia abajo. El diseño del sistema también garantiza que se anticipen fallas dentro del sistema y que no conduzcan a una situación peligrosa.
El principal problema de los sistemas de frenado convencionales se analiza en la siguiente sección. Los tipos de sistemas de frenado inteligentes se describen en la siguiente sección. A continuación, se describen las ventajas de los sistemas inteligentes de frenado de escaleras mecánicas. A esto le sigue una descripción general del principio de funcionamiento del frenado eléctrico inteligente de escaleras mecánicas, y luego el diseño y la evaluación de riesgos del sistema. A continuación, se presentan los resultados de las pruebas en obra de las primeras escaleras mecánicas equipadas con el sistema.

Sistemas de frenado convencionales frente a sistemas de frenado inteligentes

La mayoría de las escaleras mecánicas de servicio público tienen dos frenos mecánicos: el freno operativo y el freno auxiliar. El freno operativo suele actuar sobre el eje del motor. El freno auxiliar actúa directamente sobre el eje de transmisión principal de la escalera mecánica (protegiendo así contra una falla de la cadena de transmisión). Estos dos frenos componen el actual sistema de frenado convencional.

Los sistemas de frenado de escaleras mecánicas convencionales aplican el freno inmediatamente y por completo tan pronto como se interrumpe la línea de seguridad. Se basan en frenos mecánicos para detener la escalera mecánica. Por obvias razones de seguridad, el freno es siempre un freno mecánico que se aplica por resorte y se eleva (ya sea hidráulica o electromagnéticamente). El hecho de que el freno se aplique por resorte asegura que el freno aún se aplicará en caso de una falla de energía o falla del sistema de control.

El principal problema de los sistemas de frenado convencionales es que tienen que hacer frente a una serie de parámetros variables. Estos incluyen la dirección de viaje (arriba y abajo); carga (sin carga a plena carga); desgaste en las pastillas/zapatas de freno; cambios de temperatura y contaminación de las pastillas/zapatas de freno. Los frenos generalmente están diseñados/ajustados para manejar la carga completa en la dirección hacia abajo, de modo que la distancia de frenado no exceda el valor establecido por los estándares (por ejemplo, 1500 mm para una escalera mecánica de 0.75 m/s).[2] Sin embargo, esta configuración da como resultado una parada brusca cuando la escalera mecánica se detiene sin condiciones de carga, así como una distancia de parada muy corta cuando la escalera mecánica se carga en dirección ascendente. Una vez ajustado y configurado, el par aplicado por el sistema de frenado convencional es el mismo independientemente de la carga en la escalera mecánica o la dirección de desplazamiento. La parada abrupta que se produce en condiciones sin carga puede provocar la caída de los pasajeros. Si se reduce el ajuste de par en el sistema de frenado mecánico para reducir la brusquedad de la parada y eliminar el riesgo de caídas de los pasajeros, la escalera mecánica no podrá detener la carga completa en dirección descendente dentro de la distancia de parada requerida establecida por las normas. .

Este es el dilema del sistema de frenado de las escaleras mecánicas. Por lo tanto, la principal motivación para desarrollar un sistema de frenado inteligente es la necesidad urgente de abordar el problema anterior y eliminar el riesgo de caídas de los pasajeros sin dejar de cumplir las distancias de parada estipuladas por las normas. La relación entre el riesgo de caídas de pasajeros y la cinemática de la parada de la escalera mecánica se ha investigado exhaustivamente en [3] y [7]. Se ha demostrado que el valor máximo de desaceleración durante una parada es el mejor indicador del riesgo de caída de los pasajeros. El uso del valor máximo de desaceleración durante una parada como indicador del riesgo de caídas de pasajeros en una escalera mecánica se ha vuelto ampliamente utilizado dentro de la industria y está incorporado en los estándares [2] y [4]. El uso de sistemas de frenado inteligentes es uno de los métodos más exitosos para cumplir con este requisito de máxima desaceleración.

Un sistema de frenado convencional es una forma de sistema de control de bucle abierto, como se muestra en la Figura 1. El par del freno se establece en un valor específico y, por lo tanto, cualquier variación en los parámetros de "perturbación" provocaría grandes variaciones en la salida. La salida en este caso es tanto el valor de la desaceleración como el valor de la distancia de frenado.

Los sistemas de frenado inteligentes, por otro lado, aplican el par de frenado a la escalera mecánica de forma gradual, durante un período de tiempo, para permitir una parada gradual y controlada. Los sistemas se pueden configurar para mantener la desaceleración constante o la distancia total de frenado constante, las cuales están interrelacionadas.

Un sistema de frenado inteligente monitoriza el valor de la variable que intenta controlar (velocidad en este caso) durante la secuencia de frenado. Luego ajusta continuamente el esfuerzo de frenado para seguir la curva de velocidad establecida. Incluso si se introduce una "perturbación" en el sistema (en forma de una carga variable, por ejemplo), el circuito de retroalimentación alimenta esta información al sistema y el esfuerzo de frenado se cambia para adaptarse. Este es un ejemplo de un sistema de circuito cerrado (Figura 2).

Como se ve en la discusión anterior, un sistema de frenado inteligente requiere los medios para variar el par de frenado dependiendo de las condiciones de carga y dirección predominantes durante un ciclo de frenado. Hay dos tecnologías diferentes para lograr esta variación, como se explica en la siguiente sección.

Tipos de sistemas de frenado inteligente

Los sistemas de frenado inteligente generalmente se dividen en dos categorías: de base hidráulica y de base eléctrica.

Sistemas de base hidráulica

Los sistemas de base hidráulica requieren que uno de los frenos convencionales se levante hidráulicamente. Los sistemas hidráulicos controlan la presión hidráulica que levanta las pastillas de freno del disco. Esto se puede hacer usando una válvula linealmente proporcional o usando modulación de encendido/apagado variando la relación de trabajo (es decir, relación de encendido/apagado). Los sistemas de frenado inteligente con base hidráulica están más allá del alcance de este documento. Se discuten con más detalle en [5].

Sistemas de base eléctrica

Los modernos sistemas de control de escaleras mecánicas están equipados con variadores de velocidad que se utilizan para iniciar la escalera mecánica y hacerla funcionar a diferentes velocidades durante el día. Este accionamiento también se puede utilizar para implementar la función de frenado inteligente. Los sistemas basados ​​en electricidad emplean el accionamiento de velocidad variable (generalmente un accionamiento VF) para detener la escalera mecánica y luego aplicar los frenos mecánicos como dispositivos de sujeción. En este caso, los frenos mecánicos que se utilizan para el frenado convencional se convierten en meros frenos de estacionamiento que se aplican una vez que la escalera mecánica se ha detenido. El inversor utilizado en este sistema no emplea retroalimentación de circuito cerrado y se basa en el hecho de que el motor seguirá la velocidad establecida por la frecuencia enviada por el variador.

Beneficios de los sistemas de frenado inteligente con base eléctrica

Los beneficios de los sistemas de frenado inteligentes eléctricos se dividen en tres categorías principales:

1. Reducción del riesgo de caídas de los pasajeros: el beneficio más importante de un sistema de frenado inteligente basado en electricidad es que puede controlar de cerca el perfil de la curva de tiempo-velocidad de frenado. Esto permite que el sistema controle con precisión el valor de la desaceleración máxima, que está fuertemente correlacionada con el riesgo de caídas de los pasajeros.[3] Este requisito de desaceleración máxima también es un requisito estándar EN 115 y, por lo tanto, el sistema de frenado inteligente basado en electricidad garantiza el cumplimiento de la norma europea. Vale la pena señalar que, según la experiencia práctica pasada, cumplir con este requisito es extremadamente difícil con un sistema de frenado convencional.
2. Capacidad de diferenciar entre diferentes tipos de disparos de dispositivos de seguridad: Como cualquier parada de dispositivo de seguridad sería iniciada por el controlador programable en forma de una señal enviada al variador de velocidad, es posible variar la distancia de parada y el valor de desaceleración máxima según la naturaleza del dispositivo de seguridad que inicia la parada. Como ejemplo, los requisitos de distancia de parada en respuesta a la activación de un interruptor de peine requerirán una distancia de parada más corta en comparación con un dispositivo de protección de exceso de velocidad. En el primer caso, se dará preferencia a una distancia de parada más corta siempre que el valor de la deceleración máxima esté dentro de los límites, mientras que en el segundo caso sería preferible un valor bajo de la deceleración máxima con una distancia de parada más larga. Esta característica puede denominarse Distancia de parada diferenciada del dispositivo de seguridad (SDDSD). Esta función no se ha implementado en este sistema en esta etapa, pero se considerará en futuras versiones.
3. Como los frenos mecánicos solo se utilizan como frenos de estacionamiento, se mantendrán índices de desgaste más bajos. Sin embargo, esto requiere un control regular del rendimiento de los frenos mecánicos (p. ej., durante las inspecciones semestrales).

Principio de funcionamiento de los sistemas de frenado inteligente de base eléctrica

En la Figura 3 se muestra un diagrama de bloques de un sistema de frenado convencional. La línea de seguridad actúa directamente sobre los contactores finales (aunque a través de los contactos del controlador programable). Tan pronto como se dispara cualquier dispositivo de seguridad, los contactores principales se disparan y, por lo tanto, cortan la alimentación del motor de accionamiento y aplican el freno mecánico.

Los sistemas de frenado inteligente de base eléctrica, por otro lado, interponen el controlador programable entre el final de la línea de seguridad y los contactores principales. Como se muestra en la Figura 4, la línea de seguridad envía su señal al controlador programable cuando se requiere una parada. Luego, el controlador programable envía un comando de "descenso de rampa" al inversor y mantiene los contactores principales activados hasta que la escalera mecánica se detiene, donde luego dispara los contactores principales y aplica los frenos mecánicos como frenos de estacionamiento. . Como característica de respaldo, se utilizan dos temporizadores de seguridad que se activan por la interrupción de la línea de seguridad y hacen que los frenos se apliquen al final de un período específico, independientemente de si la escalera mecánica se ha detenido o no.

Entonces, la secuencia de eventos durante una parada se puede resumir en los siguientes dos caminos paralelos. Una vez que un dispositivo de seguridad se dispara en la línea de seguridad, se envía una señal al controlador programable y al relé de seguridad simultáneamente. El controlador programable envía una señal al variador de velocidad para reducir la velocidad. Una vez que la escalera mecánica se ha detenido, los frenos mecánicos se aplican como frenos de estacionamiento. Durante este tiempo, el temporizador de seguridad se está agotando y aplicará los frenos mecánicos si la escalera mecánica no se ha detenido al final del período de tiempo especificado. Esto es necesario para protegerse contra una falla dentro del controlador programable o el controlador de velocidad variable.

Vale la pena señalar que el uso del variador de velocidad como medio de frenado no es un concepto nuevo y, de hecho, se ha utilizado en ascensores durante los últimos 30 años. Sin embargo, los motivos del retraso en su aplicación a las escaleras mecánicas del metro de Londres son los siguientes:

1. Las normas de seguridad han requerido tradicionalmente que la línea de seguridad actúe directamente sobre los contactores principales que accionan el motor. Tal requisito hace que sea imposible emplear un frenado inteligente basado en electricidad. Este requisito se eliminó en EN 115:2008 y ya no es un obstáculo para la implementación del sistema de frenado inteligente basado en electricidad. [2, 6] Existe una diferencia fundamental entre el uso de sistemas de frenado inteligentes basados ​​en electricidad en ascensores y escaleras mecánicas. La mayoría de las paradas de los ascensores son paradas funcionales en los rellanos y, en estos casos, las normas aceptan el uso de frenado eléctrico. Sin embargo, la mayoría de las paradas de una escalera mecánica son paradas de dispositivos de seguridad y, en estos casos, el uso de frenado eléctrico solo ha sido permitido recientemente por las normas (como se discutió en el punto anterior).
2. El requisito de un alto nivel de integridad del sistema en general. Se debe proporcionar una garantía que demuestre que, en caso de falla de cualquier componente, dicha falla no conducirá a una situación peligrosa. Esto se ha abordado en la siguiente sección.

Arquitectura del Sistema

La última sección describió la arquitectura básica y el principio de funcionamiento de un sistema de frenado inteligente básico basado en electricidad. Esta sección analiza en detalle las posibles arquitecturas del sistema, lleva a cabo una evaluación de riesgos de alto nivel y recomienda medidas de protección adicionales.

El enfoque que se ha tomado es el siguiente:

1. Construir el sistema a partir de bloques básicos y evaluar el riesgo causado por la falla en cualquier bloque.
2. Si una sola falla conduce a una situación peligrosa, el sistema debe mejorarse para eliminarla.
3. Los pasos anteriores se repiten hasta que no queden fallas individuales que conduzcan a una situación peligrosa.

La ventaja de tratar los componentes del sistema como bloques grandes evita la necesidad de examinar el software dentro de estos bloques con todo detalle. La evaluación de riesgos garantiza que el sistema tolera cualquier falla dentro del bloque bajo consideración, ya sea una falla de hardware o de software.

Es importante enfatizar que este enfoque no es una alternativa a una evaluación de riesgos detallada del fabricante en torno a este sistema.

Estructura del Sistema

Luego de varias iteraciones, se llegó a una arquitectura óptima para el sistema que asegura aún más que una falla en cualquier componente del sistema no conduzca a una situación peligrosa. Este sistema final se describe en esta sección.

Un análisis más detallado del sistema básico discutido en la última sección muestra que, en caso de falla del controlador o del variador, la escalera mecánica continuará funcionando después de recibir una señal de parada durante aproximadamente 2 s hasta que el temporizador de seguridad aplique los frenos. A una velocidad de 0.75 m/s, la distancia adicional recorrida es de 1500 mm, lo que es excesivo y podría conducir a una situación peligrosa. Por lo tanto, se introdujo la siguiente mejora en el sistema. Todos los sistemas modernos de control de escaleras mecánicas del metro de Londres comprenden dos controladores lógicos programables: el controlador principal y el controlador auxiliar. Los dos controladores cumplen con el requisito de redundancia en la detección de las funciones de sobrevelocidad y subvelocidad de escalones y pasamanos. Para hacer esto, ambos controladores reciben de forma independiente la señal de velocidad real de la escalera mecánica y, por lo tanto, están en una ubicación ideal para proporcionar un mecanismo de verificación adicional que podría abordar las limitaciones del sistema básico discutido en la última sección.

Cada controlador comprueba la velocidad de la escalera mecánica a intervalos regulares tras la activación de un dispositivo de seguridad. Los controladores comparan la velocidad real de la escalera mecánica con una curva "envolvente" hipotética, para asegurarse de que la escalera mecánica está desacelerando. Si cualquiera de los controladores detecta una discrepancia en cualquier punto, disparará los contactores principales y aplicará los frenos mecánicos. Esta verificación adicional se muestra en formato de diagrama de flujo en la Figura 5.

La Figura 5 también ilustra las diversas líneas de defensa (funcional; primera línea de defensa usando el temporizador de seguridad; segunda y tercera líneas de defensa proporcionadas por la función de verificación del controlador programable). Esto también se muestra en el diagrama de línea de tiempo (como una curva de perfil de velocidad-tiempo) en la Figura 6.

En la Figura 7 se muestra un diagrama de bloques de los diversos componentes y conexiones del sistema completo. Los componentes reciben descripciones de carácter genérico. El diagrama de bloques muestra la conexión adicional desde el extremo de la línea de seguridad al controlador programable auxiliar para proporcionar la señal independiente necesaria para permitir que el controlador programable auxiliar lleve a cabo la función de verificación de la curva de velocidad.

Consideración de seguridad

Hay tres puntos sobresalientes que surgen del enfoque para desarrollar el sistema:

1. Se han construido varias líneas de defensa dentro del sistema para asegurar que, en caso de falla de una línea de defensa, el sistema recurra a la siguiente línea de defensa.
2. En caso de falla del sistema de frenado eléctrico, el controlador puede volver a un sistema de frenado convencional.
3. Independientemente de lo anterior, se debe realizar un FMEA (análisis de modos y efectos de fallas) en el sistema para garantizar que siempre se cumpla la siguiente premisa de seguridad EN 115: una sola falla dentro del sistema no debe conducir a una situación peligrosa. Si se ha detectado una falla, el sistema no debe reiniciarse en el siguiente ciclo y debe generarse un error. [2, 6]

Un FMEA implica evaluar todos los posibles modos de falla, identificar qué fallas conducen a una situación peligrosa y modificar el diseño para eliminar el riesgo que surge de tales fallas. Este FMEA se ha realizado sobre las partes eléctricas y mecánicas del sistema. Como un ejemplo simple, la pérdida de la conexión de retroalimentación no debe conducir a una situación peligrosa y debe provocar que el sistema se detenga y emita una alarma.

Criterios de aprobación/falla para sistemas de frenado inteligentes basados ​​en electricidad

Los criterios de aprobación/falla para cualquier sistema de frenado se dividirán en dos categorías principales: distancia de frenado y desaceleración máxima durante la parada.

1. Distancia de frenado: esto generalmente se especifica como un valor mínimo de distancia de frenado sin carga y un valor máximo de distancia de frenado en condiciones de carga completa en la dirección hacia abajo. Como ejemplo, para una velocidad nominal de 0.75 m/s, la distancia de frenado mínima en condiciones sin carga es de 400 mm, y la distancia de frenado máxima de 1500 mm en condiciones de carga completa en la dirección hacia abajo.
2. Deceleración máxima durante la parada: La deceleración máxima durante una parada es el mejor indicador del riesgo de caída de los pasajeros. Actualmente está fijado en un valor máximo de 1 m/s2 en el sentido de la marcha (filtrado paso bajo a 4 Hz).

La justificación del requisito de distancia máxima de parada es la protección de los pasajeros después de un atrapamiento. La justificación del requisito de distancia mínima para detenerse es la reducción del riesgo de caídas de los pasajeros, aunque este es un método muy burdo para garantizarlo. Históricamente, el segundo criterio (es decir, la desaceleración máxima) es un requisito relativamente nuevo. En efecto, el uso de la desaceleración máxima es un indicador mucho mejor del riesgo de caídas de pasajeros que la distancia mínima de frenado. Sin embargo, el requisito de distancia mínima de frenado permanece en los estándares.

Para un sistema de frenado inteligente basado en electricidad, lograr el criterio de máxima desaceleración es sencillo. Dado que el sistema de frenado inteligente basado en electricidad puede lograr efectivamente la misma distancia de frenado en condiciones de carga completa y sin carga, es más apropiado establecer el criterio de distancia de frenado como una distancia de frenado con una tolerancia. Por ejemplo, se puede afirmar que el sistema puede alcanzar una distancia de parada de 1100 mm ±20 mm.

resultados de la prueba

Tras el diseño y la implementación del sistema, las primeras pruebas en el sitio se llevaron a cabo en julio de 2009. Los resultados de las pruebas de peso se muestran en la Tabla 1. Para cada escenario de frenado, se muestra la distancia de parada a plena carga, así como la no valor de desaceleración máxima de la carga (prueba de peso posterior).

Los valores de desaceleración máxima se midieron utilizando el acelerómetro en la unidad EVA625 fabricada por PMT (muestreada a 256 muestras por segundo y filtrada en paso bajo a 4 Hz en los ejes X y Z combinados en la dirección de viaje). Los valores de las desaceleraciones máximas que se muestran en la tabla se toman de estas lecturas del acelerómetro.

Además de la lectura del acelerómetro, se utilizó una segunda unidad eva625 para medir los perfiles de velocidad-tiempo para obtener información. Los perfiles de velocidad se midieron utilizando la unidad de rueda tacométrica manual con el dispositivo EVA625. La frecuencia de muestreo de la rueda tacométrica manual es de 64 muestras por segundo. La unidad tiene un filtro de paso bajo integrado de 4 Hz.

Los perfiles de velocidad-tiempo capturados por el uso de la rueda tacométrica manual proporcionan una buena visión general de las ventajas del uso del frenado eléctrico en comparación con los frenos convencionales. Las lecturas de la rueda tacométrica manual tienen la ventaja de que proporcionan lecturas con referencia temporal en relación con el inicio de una parada, aunque se toman del pasamanos en lugar de la banda del peldaño (y, por lo tanto, proporcionan una menor precisión). La variación frente a la carga del perfil de tiempo de la velocidad de parada se puede ver claramente en la Figura 8 para el freno auxiliar y en la Figura 9 para el freno operativo. Sin embargo, como se muestra en la Figura 10, hay muy poca variación en el perfil de tiempo de velocidad y la distancia de frenado en diferentes condiciones de carga cuando la escalera mecánica se detiene bajo la influencia del inversor. Este es un resultado excelente y reivindica el uso del variador de velocidad como base para el sistema de frenado inteligente de escaleras mecánicas. La distancia de parada en todas las condiciones de carga es de unos 1100 mm.

Sin embargo, es importante tener en cuenta que se está produciendo cierto deslizamiento al final del período de frenado del inversor en todas las cargas, como se muestra en la Figura 10. Se están realizando algunos ajustes finos para eliminar este deslizamiento.

El resultado importante de la tabla es el bajo valor de la deceleración máxima con el frenado inteligente basado en electricidad (menos de 0.5 m/s2). Este también es un resultado excelente y muestra el éxito del sistema de frenado inteligente basado en electricidad.

Tipos de paradas

Como se discutió en las secciones anteriores, el sistema recurrirá a una parada de frenado mecánico convencional en caso de falla del sistema de frenado de base eléctrica. Por ejemplo, si el inversor recibe una instrucción para reducir la velocidad y detener la escalera mecánica pero no lo hace, el sistema hará que se apliquen los frenos mecánicos.

El hecho de que el sistema pueda, en determinados casos planificados o no, recurrir a los frenos mecánicos para detener la escalera mecánica ha hecho necesaria la clasificación de los tipos de paradas bajo las que se detendrá la escalera mecánica. Estos se describen a continuación:

• Parada tipo I: La escalera mecánica se detiene bajo la influencia del inversor. Este sería el tipo de parada esperado en condiciones normales de parada. Esto también puede considerarse un tipo de parada controlada.
• Parada de tipo II: la escalera mecánica se detiene bajo la influencia del freno operativo, con un retraso aplicado a la aplicación del freno auxiliar. Esta parada suele tener lugar si falla el sistema de frenado eléctrico.
• Parada de tipo III: la escalera mecánica se detiene bajo la influencia tanto del freno operativo como del freno auxiliar (sin ningún retraso). Esta parada se producirá tras la activación de cierto tipo de dispositivos de seguridad (por ejemplo, sobrevelocidad de banda escalonada).

Conclusiones

Los sistemas de frenado inteligentes basados ​​en electricidad emplean el variador de velocidad para reducir la velocidad de la escalera mecánica y detenerla. El principal beneficio de los sistemas de frenado inteligente es que pueden reducir o incluso eliminar el riesgo de caídas de pasajeros derivadas de paradas no planificadas. También ofrecen el beneficio potencial de diferenciar la distancia de parada entre los diferentes tipos de dispositivos de seguridad.

Se ha llevado a cabo un análisis del sistema y una evaluación de riesgos en un sistema de frenado inteligente genérico de base eléctrica. El sistema se ha mejorado gradualmente para eliminar cualquier falla potencial de un solo punto. El sistema final tiene tres líneas de defensa para proteger contra fallas que conducen a una situación peligrosa.

Los requisitos de EN 115:2008 se han evaluado con respecto al sistema de frenado inteligente basado en electricidad para confirmar que no impiden su uso.

El sistema final ha sido probado en el sitio. Los resultados muestran claramente que el sistema de frenado inteligente basado en electricidad es una solución ideal para abordar la variación en la distancia de frenado con variaciones de carga y la reducción del riesgo de caídas de pasajeros. El sistema ha logrado eliminar las variaciones entre carga completa y sin carga, así como reducir el valor máximo de desaceleración durante una parada con carga ligera a alrededor de 0.5 m/s2, que está muy por debajo del valor máximo permitido de 1 m/s2.

El uso de un convertidor de frecuencia es fundamental para la implementación de sistemas de frenado inteligentes basados ​​en electricidad. Cuando el inversor ya está presente en el sistema de control, el costo incremental de implementar el sistema de frenado inteligente basado en electricidad se compensa con creces por los beneficios de seguridad en términos de reducción o eliminación del riesgo de caídas de pasajeros debido a paradas no planificadas.

Agradecimiento

Los autores agradecen la contribución del cliente para este proyecto, London Underground Ltd., que apoyó este trabajo, y de KONE Escalators UK, que suministró e instaló el sistema de frenado inteligente basado en electricidad.

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Referencias

[1] Lutfi Al-Sharif, "Gestión de activos de escaleras mecánicas de servicio público", Elevator Technology 9, Actas de la Conferencia internacional sobre tecnología de ascensores (Elevcon '98) Zúrich, Suiza, octubre de 1998.

[2] BSI, "BS EN-115: 2008, Seguridad de escaleras mecánicas y andenes móviles, Parte 1: Construcción e instalación". 2008.

[3] Lutfi Al-Sharif, “Investigación experimental sobre la relación entre la comodidad del pasajero en una escalera mecánica con parada y la cinemática de la parada”, Actas de la 6ª Conferencia Internacional Jordana de Ingeniería Mecánica (JIMEC'6), 22 - 24 de octubre de 2007, Ammán – Jordania.

[4] ASME, “ASME A17.1-1993: Código de seguridad para ascensores y escaleras mecánicas”, Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos, 1993.

[5] Lutfi Al-Sharif, "Sistemas de frenado inteligentes para escaleras mecánicas de servicio público", Actas de la 1.ª conferencia internacional Building Electrical Technology Professional Network (BETNET), BETNET 2004, octubre de 2004, Hong Kong, China.

[6] CEN, “EN115, Normas de seguridad para la construcción e instalación de escaleras mecánicas y transportadores de pasajeros”, 1995.

[7] Wolfgang Stein y Reiner Ludwig "Frenos para escaleras mecánicas y andenes móviles", Lift Report, año 29, número 1/2003.

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Este artículo de educación continua aparece en Enfoque educativo, volumen 3, que se puede encontrar en Elevator Books