Control de puertas de elevadores de carga: una oportunidad para la tecnología inalámbrica

Una comparación entre los sistemas de control de puertas de montacargas con cableado y los sistemas inalámbricos

por Steven Reynolds, P. Eng y Henry E. Peelle, III, DM

Introducción

Hasta la fecha, las tecnologías inalámbricas han encontrado una aplicación limitada en la industria de los ascensores. Si bien algunos fabricantes de elevadores de acceso han aplicado la tecnología inalámbrica para los dispositivos de llamada / envío y algunos han aplicado Bluetooth ™ para controlar la configuración, no ha habido un uso generalizado de la tecnología inalámbrica para los controles de los elevadores. Si bien la adopción de la tecnología inalámbrica es limitada, no existe ninguna prohibición de la tecnología inalámbrica en los códigos vigentes. los Código de seguridad ASME A17.1 / CSA B44 para ascensores y escaleras mecánicas no prohíbe el uso de tecnología inalámbrica para funciones de ascensor. Si bien el código prohíbe el uso de dispositivos inalámbricos auxiliares como controles remotos de televisión y etiquetas de identificación por radiofrecuencia que no estén directamente vinculados al ascensor, el código permite dispositivos o sistemas inalámbricos vinculados directamente a la función del ascensor.

OBJETIVOS DE APRENDIZAJE

Después de leer este artículo, debería haber aprendido que:
♦ ASME A17.1 / CSA B44 permite tecnología inalámbrica
♦ La tecnología inalámbrica puede reducir significativamente el número y la complejidad del cableado del hueco del ascensor y la parte superior de la cabina.
♦ Los controladores de puerta de carga inalámbricos individuales para cada puerta y portón pueden eliminar un controlador centralizado montado en la sala de máquinas
♦ Los controladores de puerta inalámbricos pueden usar una red de área personal inalámbrica (WPAN) en una configuración de "malla" en lugar de una configuración de "estrella"
♦ Los controladores de puerta inalámbricos deben cumplir y probarse con los estándares de la Comisión Federal de Comunicaciones.

Con el uso proliferado de la tecnología inalámbrica en aplicaciones como teléfonos móviles, Wi-Fi y Bluetooth, los problemas asociados con la inmunidad del control de ascensores se han vuelto importantes. ASME A17.1-2000 / CSA B44-00 incluyó requisitos para la inmunidad a interferencias electromagnéticas en todos los equipos de control, según la norma EN 12016 de la Confederación Europea de Marketing. Esta norma garantiza que el ascensor no se moverá inesperadamente cuando se imponga ruido irradiado en el ascensor. sistema de control. Sorprendentemente, la adopción de pruebas de inmunidad hace 10 años no resultó en la adopción de tecnología inalámbrica aplicada al ascensor. 

Hoy, la comunicación inalámbrica es tan confiable como las redes cableadas. Otras industrias, incluida la automatización industrial, emplean sistemas inalámbricos que incorporan dispositivos con clasificación de nivel de integridad de seguridad (SIL), con clasificaciones SIL tan altas como las requeridas por ASME A17.1 / CSA B44. Ha llegado el momento de utilizar la tecnología inalámbrica en aplicaciones de control de ascensores. Este artículo analiza una de esas aplicaciones, el uso de sistemas inalámbricos para los sistemas de control de puertas de elevadores de carga. Debido a los muchos cables empleados en los sistemas tradicionales y la madurez de la tecnología inalámbrica, la aplicación inalámbrica es ideal para las puertas de los elevadores de carga.

En este artículo se analizan los sistemas tradicionales de control de puertas de elevadores de carga cableados. Esto luego se contrasta con un sistema inalámbrico, centrándose en la reducción significativa en el número de cables necesarios durante la instalación. Lo que sigue es una discusión de los métodos y protocolos de comunicación. Antes de concluir, el artículo revisa las pruebas regulatorias y el cumplimiento.

Control de puerta de ascensor de carga tradicional

Para explicar las ventajas de una conexión inalámbrica, es necesario comprender los sistemas tradicionales cableados. La mayoría de las puertas y portones de los elevadores de carga son operados individualmente por sus propios motores. Como resultado, cada puerta y portón tiene su propio conjunto de límites de posición o codificadores. Además, cada puerta y portón tiene su propio conjunto de botones para abrir, cerrar y detener la puerta. Cada puerta de rellano también tiene un interruptor de zona, un enclavamiento de puerta y un dispositivo de desbloqueo de emergencia. La puerta del automóvil también tiene un dispositivo de inversión y un interruptor de puerta. El cableado de estos dispositivos regresa a la sala de máquinas, como circuitos en serie o en paralelo, y termina en un controlador de puerta ubicado en una sala de máquinas.    

La Tabla 1 enumera la cantidad de conductores que regresan a la sala de máquinas para un juego de puertas delanteras y una puerta para un solo automóvil. Se excluyen los cables de dispositivos individuales en cada puerta y portón.

La primera columna de la tabla enumera los dispositivos eléctricos que necesitan cableado para las puertas y el portón. La segunda columna enumera el total de cables del hueco del ascensor para conectar el controlador de puerta / portón ubicado en la sala de máquinas a la puerta del rellano más cercana (ya sea la puerta superior o inferior, según la ubicación de la sala de máquinas). Este es también el mismo número de cables necesarios para conectar cada puerta de rellano a la siguiente puerta en línea y así sucesivamente, hasta que todas las puertas estén conectadas. La tercera columna enumera el número total de cables de viaje para conectar el controlador de puerta / portón a la puerta del automóvil. La cuarta columna enumera los cables necesarios para conectar el controlador de puerta / portón al controlador del ascensor. 

A medida que el control del ascensor inicia la operación de la puerta, el control de la puerta / portón debe comunicarse entre sí. Las señales enviadas como salidas desde el control del elevador al control de puerta / portón son inicio de leva de retirada, operación de inspección, inicio de apertura de puerta, inicio de cierre de puerta, empujón y zumbador de advertencia de cierre. Las señales recibidas como entradas al control del ascensor desde el sistema de puertas son la posición de la puerta (cerrada y abierta), el inicio del dispositivo de inversión, el estado de puerta cerrada y bloqueada (enclavamiento) y el estado de puerta cerrada (contacto de puerta).

La Figura 1 ilustra el número de conexiones en una aplicación típica de montacargas cableado. Como se indicó, un sistema típico de puerta de ascensor de carga de tres paradas requiere 66 conexiones cableadas (22 X 3) para las puertas de rellano, 22 cables para la puerta de la cabina, tres cables de alimentación y 16 cables para las conexiones de controlador a controlador, para un total de 107 conexiones de cables. Al considerar los requisitos del Código Eléctrico Nacional de que todos los cables fijos corren en conductos o canaletas y las prohibiciones de las uniones contra las conexiones precableadas, se dedica una cantidad considerable de tiempo de campo al cableado.

Control inalámbrico de la puerta del elevador de carga

Cuando se detiene en un piso, la puerta del automóvil y la puerta del rellano están directamente adyacentes. Sin embargo, eléctricamente, están mucho más separados. Las conexiones por cable entre la puerta de la cabina y la puerta del rellano atraviesan el cable de viaje hasta la sala de máquinas y bajan por el hueco del ascensor hasta el rellano. Dependiendo de la longitud del recorrido del ascensor, esta distancia podría ser significativa. Si bien la comunicación en serie por cable reduce el número discreto de conexiones entre las puertas del rellano y entre el control de la sala de máquinas y las puertas del rellano y la puerta de la cabina, la ruta de conexión entre los dispositivos sigue siendo muy larga. La comunicación en serie a menudo requiere tipos de cables especiales y, en algunos casos, cables blindados.

Aunque las conexiones por cable fijas entre la puerta de la cabina y la puerta del rellano adyacente están muy separadas, de forma inalámbrica, están muy juntas. En su forma más simple, la única vía de comunicación necesaria es entre la puerta del vehículo y la puerta del rellano adyacente. Sin embargo, existen ventajas en un sistema capaz de monitorear todo el sistema de puertas. La información sobre las condiciones de la puerta identifica problemas con los operadores de puertas. La información de posición de la puerta proporciona una verificación del estado cerrado o abierto independientemente del enclavamiento. Las señales que indican la activación de los dispositivos de desbloqueo de emergencia o que muestran que el automóvil se encuentra en más de un lugar indican problemas que necesitan respuesta.

The Peelle Co. seleccionó una red de malla utilizando controles descentralizados para minimizar la energía requerida para la comunicación por radio. En un sistema descentralizado, cada puerta de rellano y puerta de cabina tiene su propio control inalámbrico. En la red de malla, cada control de puerta de rellano "transfiere" los datos a la siguiente puerta de la fila. Cada línea de puertas recibe su propio canal de comunicación único y una dirección única, generalmente el número de piso. La Figura 2 ilustra una red de malla y contrasta la malla con la red en estrella más familiar.

La iniciación del cierre, en un sistema inalámbrico descentralizado, se produce cuando el control del ascensor deja entrar una señal de inicio de cierre discreta a la sala de máquinas. La señal de cierre viaja por el cable móvil y es recibida por el controlador de la puerta del automóvil. La operación secuencial requiere que la puerta de la cabina se cierre antes que la puerta del rellano. Al recibir la señal de cierre y después de cualquier espera o advertencia, la puerta del automóvil se cerrará. En el sistema inalámbrico, cuando la puerta de la cabina se ha cerrado en 2/3, el control de la puerta de la cabina comunicará de forma inalámbrica una señal de cierre a la puerta de rellano adyacente, iniciando el cierre de la puerta de rellano.

La comunicación inalámbrica entre la puerta del rellano y la puerta de la cabina se puede extender a cualquier número de iniciaciones o controles. Los botones pulsadores de apertura y cierre de la puerta de aterrizaje, cuando se inician, pueden transmitir su estado de forma inalámbrica al control de la puerta de la cabina desde el control local de la puerta de aterrizaje al que están conectados. El control de la puerta de la cabina luego indica al control del ascensor que un usuario presionó un botón para abrir o cerrar a través de conexiones de cable de viaje. La figura 3 muestra esta ruta de comunicación entre un pulsador de rellano y el controlador de ascensor.

Se puede transmitir cualquier cantidad de señales de forma inalámbrica desde el controlador de la puerta del rellano al controlador de la puerta de la cabina y, posteriormente, al controlador del ascensor, tales como:

• Posición de la puerta del rellano: completamente abierta, completamente cerrada o cualquier punto intermedio
• Pulsadores de apertura, cierre y parada de pasillo
• Zona de puerta de aterrizaje
• Condición del dispositivo de desbloqueo
• Detector o dispositivo de inversión de puerta
• Condición del motor, sobrecarga o sobrecarga

En un sistema inalámbrico con controladores descentralizados, los dispositivos locales en cada rellano y en el automóvil están conectados a su controlador respectivo. La comunicación inalámbrica elimina las interconexiones entre las puertas de rellano. Sin embargo, la descentralización requiere el tendido de líneas eléctricas, ya que cada control descentralizado acciona directamente los motores de la puerta del rellano y de la puerta del automóvil. La Tabla 2 enumera la cantidad de conductores que regresan a la sala de máquinas para un juego de puertas delanteras y una puerta para un solo automóvil que emplean controles inalámbricos descentralizados. Se excluye el cableado de dispositivos individuales en cada puerta y puerta de cabina.

Como se muestra en la columna uno, los controles cableados e inalámbricos utilizan los mismos dispositivos eléctricos. La segunda columna enumera los cables del hueco del ascensor que conectan las puertas del rellano con la sala de máquinas. Dado que el cableado de los dispositivos individuales es local para el controlador individual de la puerta de rellano, las únicas conexiones son para la alimentación y los circuitos de enclavamiento. La tercera columna enumera el número total de cables de viaje que conectan el controlador del ascensor al controlador de la puerta de la cabina. Los dispositivos locales a la puerta del automóvil se conectan directamente al control inalámbrico de la puerta del automóvil montado en la parte superior del automóvil. El cableado a la sala de máquinas consta únicamente de cables de alimentación, pulsadores y de señal. Sin control de puerta ubicado en la sala de máquinas, los cables de señal regresan directamente al controlador del ascensor, eliminando las interconexiones de controlador a controlador.

La Figura 4 ilustra el número de conexiones para la aplicación inalámbrica incorporada. Como se muestra, un elevador de carga de tres paradas que usa control inalámbrico descentralizado reduce la cantidad de conexiones cableadas a 24 para las puertas de rellano y 22 para la puerta de la cabina, y elimina las conexiones de controlador a controlador en la sala de máquinas. El sistema inalámbrico reduce el cableado en un 57% en comparación con un sistema cableado (consulte la Figura 1). Menos conexiones y cables reducen el nivel de complejidad, resolución de problemas y oportunidades de error. Esto se traduce directamente en ahorros sustanciales en instalaciones de campo.

Protocolos de comunicación inalámbrica

Una red de área personal inalámbrica (WPAN) interconecta cada control inalámbrico descentralizado mediante una red de malla, como se describió anteriormente. Una WPAN es análoga a una red de área local que se usa comúnmente para redes de computadoras cableadas. Peelle seleccionó el estándar de comunicación 802.15.4 del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE), que define la red y los protocolos de comunicación de datos para WPAN. Este estándar incluye la prevención de colisiones de comunicaciones para garantizar comunicaciones confiables y seguras. Este protocolo de acceso múltiple con detección de portadora (CSMA) utiliza un procedimiento de escucha-envío-acuse de recibo. CSMA permite que el control inalámbrico reciba y envíe comunicaciones de manera confiable mientras está en presencia de otros dispositivos inalámbricos.

En el protocolo de detección de portadora, el dispositivo inalámbrico transmisor escucha primero otras ondas portadoras. Luego, el dispositivo espera una pausa en las transmisiones en curso antes de enviar. Los dispositivos con protocolo de acceso múltiple son igualmente capaces de recibir cualquier dato transmitido. Sin embargo, el uso de una red de malla limita la recepción de la transmisión a la siguiente puerta del rellano en la línea. Cuando la siguiente puerta de rellano en línea recibe datos transmitidos, acusa recibo al dispositivo emisor. Esta puerta de rellano puede luego transmitir datos a la siguiente puerta en línea, de nuevo siguiendo el protocolo de escucha-envío-confirmación.

Si bien todos los dispositivos inalámbricos recibirán, en secuencia, por ejemplo, una señal de inicio de cierre, no todas las puertas de rellano responderán e iniciarán el cierre. Como se describió anteriormente, se asigna un canal único a cada línea de cada ascensor; solo los dispositivos configurados para ese canal único pueden recibir una señal cercana que se origina en un dispositivo programado para comunicarse a lo largo de ese canal.

Luego, un interruptor de zona de puerta limita qué puerta de una línea responde a la señal de cierre. Cuando el automóvil llega a un rellano y baja la leva que se retira, desbloqueando la puerta del hueco, también activa un interruptor de zona. Este interruptor de zona limita cualquier señal de apertura y cierre recibida a lo largo del canal a esa puerta en particular. La metodología de cambio de zona no es nueva; Los interruptores de zona son comunes en sistemas cableados de todo tipo. Sin embargo, el uso del control descentralizado permite la comunicación de estado por cada puerta a lo largo de un canal. Esto permite detectar si hay más de un interruptor de zona activo, como sería el caso cuando el automóvil está en un rellano y el personal autorizado activa un dispositivo de desbloqueo de emergencia en otro rellano. El control descentralizado en red en malla suspenderá el funcionamiento de la puerta.

Requisitos normativos y de certificación

Para cumplir con los requisitos de ASME A17.1 / CSA B44, los controles inalámbricos deben estar listados y certificados según ASME A17.5 / CSA B44.1 y pasar las pruebas de inmunidad electromagnética en niveles asociados con "circuitos de seguridad" de acuerdo con EN 12016. ASME A17.5 / CSA B44.1 establece los criterios mínimos de seguridad para el equipo de control de ascensores. Además, cuando se prueba de acuerdo con EN 12016, el control probado no debe:

• Hacer que los dispositivos de protección eléctrica importantes sean ineficaces
• Permitir el movimiento del automóvil más allá de la zona de nivelación cuando los contactos de la puerta o el enclavamiento están abiertos
• Permitir que las velocidades excedan los límites prescritos en el código
• Permita que el automóvil vuelva al funcionamiento normal si está en derivación
• Haga que los enclavamientos, los contactos de la puerta, los interruptores de acceso o los interruptores de derivación sean ineficaces

Si bien se aplican requisitos similares en EN 81, eso también requiere pruebas según EN 12015. A diferencia de EN 12016, que prueba la sensibilidad del controlador a las emisiones radiadas, EN 12015 prueba y limita la cantidad de emisiones radiadas y conducidas por línea que puede generar un controlador.

Los requisitos de prueba también provienen de la Comisión Federal de Comunicaciones, Industry Canada y la Comisión Europea, que regulan el uso del espectro y otros requisitos de interferencia electromagnética. Los estándares federales y globales aplicables a los controladores inalámbricos incluyen:

• Código o regulaciones federales - Concesión de autorización de equipo, FCC Parte 15 Subparte C, Radiadores intencionales
• Industry Canada - Certificado de aceptación para Canadá
• Equipos terminales de radio y telecomunicaciones europeos - Directiva R & TTE
• IEEE 802.15.4: protocolo de comunicación de datos inalámbrica estándar internacional

Conclusión

Este artículo revisó la aplicación de una tecnología madura pero en gran parte infrautilizada, en este caso, la comunicación inalámbrica con los controles de las puertas de los elevadores de carga. El cableado representa una parte importante del tiempo de instalación. Los sistemas de control que emplean comunicación inalámbrica pueden reducir drásticamente la cantidad de cables y puntos de conexión. La descentralización elimina el control de la sala de máquinas, ahora esencial con la adopción generalizada de unidades sin sala de máquinas. Como se describe, la comunicación inalámbrica no solo proporciona un control robusto y simplificado, sino que también es un importante ahorro de costes.

Preguntas de refuerzo del aprendizaje

Utilice las preguntas de refuerzo del aprendizaje a continuación para estudiar para el Examen de evaluación de educación continua disponible en línea en www.elevatorbooks.com o en la página 94 de este número.
♦ ¿Qué ventajas ofrece la tecnología inalámbrica en un sistema de control de puerta de ascensor de carga complejo?
♦ ¿Qué tipo de disposición de red se utilizó para los controladores inalámbricos de puertas de montacargas y por qué?
♦ Enumere parte de la información transmitida de forma inalámbrica de un controlador de puerta a otro.
♦ ¿Qué es la zonificación del piso y qué hace el cambio de zona?
♦ ¿Qué certificaciones y listados se requieren para los dispositivos elevadores inalámbricos?