Seguridad funcional y STO en accionamientos de ascensores

Los últimos códigos permiten que los dispositivos con clasificación SIL 3 reemplacen los contactores del motor.

¿Qué es seguridad? Merriam-Webster lo expresa de esta manera: "La seguridad es la condición para estar a salvo de sufrir o causar daños, lesiones o pérdidas". En la industria de los ascensores, la seguridad concierne a todos. Es la fuerza impulsora detrás del código que define cómo se construyen y mantienen los ascensores en el mundo moderno. La seguridad funcional requiere que el equipo funcione correctamente en respuesta a las entradas y se basa tanto en las entradas que señalan correctamente al equipo como en que el equipo responde de manera segura. Para los variadores de frecuencia (VFD) utilizados en los controladores de ascensores, esto implica que el VFD vea las entradas provenientes del sistema del controlador y luego responda de manera apropiada y segura. La seguridad funcional significa que cuando ocurren fallas aleatorias, sistemáticas o de causa común, el sistema de seguridad hace su trabajo sin mal funcionamiento, previniendo lesiones, contaminación o pérdida. Cuando un sistema es funcionalmente seguro, los dispositivos que componen el sistema deben poder apagarse en un estado seguro predeterminado.

A medida que los VFD se han vuelto cada vez más complejos y capaces, se han incorporado más funciones de seguridad directamente en ellos. Los avances en la tecnología de microprocesadores y otras tecnologías han permitido una funcionalidad de seguridad mucho más avanzada en el variador. Dependiendo de la configuración, esto puede permitir que el controlador del ascensor descargue parte de la responsabilidad de seguridad del sistema al variador. Algunos VFD tienen una clasificación de nivel de integridad de seguridad (SIL), como una versión de la unidad F5 de KEB America que puede ser un dispositivo con clasificación SIL 3.

Los códigos que utilizan los municipios para evaluar la seguridad de los ascensores bajo sus jurisdicciones cambian con frecuencia para mantenerse al día con la tecnología actual y el estado de la industria. Con el cambio al código de seguridad del ascensor ASME A17.1-2010 (o EN 81-2014, según la jurisdicción), se deben utilizar dos métodos separados para inhibir el flujo de corriente alterna (CA) a un motor de CA. Bajo estos nuevos códigos, se puede usar un dispositivo con clasificación SIL 3, como el variador KEB F5, como uno de los medios, en lugar de un contactor de motor, que era el método tradicional. KEB recomienda ponerse en contacto con las autoridades competentes competentes, así como con el OEM del controlador del ascensor, antes de realizar cualquier cambio. Los elementos críticos para la seguridad solo deben ser manipulados por personal autorizado y capacitado.

En la industria de los ascensores, KEB fabrica VFD que funcionan con motores de CA, ya sean motores de inducción (asíncronos) o motores de imanes permanentes (síncronos). Los motores asíncronos requieren un campo giratorio trifásico generado por un inversor para producir par. Los motores síncronos también requieren un campo giratorio trifásico para funcionar. El inversor utiliza transistores bipolares de puerta aislada (IGBT) para generar modulación de ancho de pulso (PWM) para crear este campo giratorio. En el caso de que falle un IGBT en el variador, se aplica un campo de CC al motor. Esto significa que, para un motor asíncrono, no se genera ningún campo de rotación y el eje del motor no girará.

Para un motor síncrono, también se aplicará un campo de CC y el motor se alineará con el campo de CC, si es posible. Esta alineación puede provocar una rotación de hasta la mitad de la rotación de un par de polos. Por ejemplo, un motor de 20 polos tiene 10 pares de polos, lo que significa que el motor que se alinea con un campo de CC podría girar hasta una vigésima parte de una revolución. El hecho de que el motor gire realmente después de la aplicación del campo de CC depende de factores externos, como el freno y la carga mecánica.

La función de seguridad Safe Torque Off (STO) es una función de seguridad integrada en el variador común que se utiliza en muchas aplicaciones de variadores industriales. En ascensores, STO asegura que el motor no se pueda arrancar involuntariamente. STO también detiene la generación de par si la función se activa mientras el motor está funcionando. En el variador KEB, la función STO evita que el inversor emita PWM cuando la unidad está desactivada, lo que evita que el motor se mueva cuando el inversor está desactivado. Si la función STO está activada, el variador detiene inmediatamente el PWM, evitando que se genere par en el motor. En Europa, EN 81-2014 tiene un lenguaje directo relacionado con STO como alternativa al contactor del motor.

El código norteamericano, A17.1-2010, no es tan específico pero permite el uso de un dispositivo con clasificación SIL. KEB ha trabajado con la organización Liftinstituut para certificar la implementación de la función STO en el lugar de un contactor de motor, de acuerdo con los estándares de ascensores relevantes.

El KEB F5 con funcionalidad STO se basa en el controlador que utiliza relés de guía forzada para controlar las entradas STO1 y STO2. La entrada de habilitación, ST, también se basa en relés guiados por la fuerza. Esta configuración permite que el sistema cumpla con la intención de A17. La Figura 1 muestra un ejemplo de cómo la función STO usa optoacopladores para controlar la salida PWM del variador. Cada entrada STO controla uno de los optoacopladores. Si alguna de estas entradas no está activa en algún momento, el variador no tendrá par en la salida. Esto permite los medios separados para cortar la energía al motor, como lo requiere el código.

A medida que la tecnología continúe avanzando, los sistemas de ascensores seguirán haciéndose más complejos, con una dependencia cada vez mayor de microprocesadores y dispositivos diseñados para manejar funciones de seguridad. El uso de un variador con características de seguridad funcional como STO se volverá común a medida que la industria evolucione y el código se actualice para mantenerse al día con la innovación. El KEB F5 con STO permite que un controlador aproveche esta creciente ola de tecnología.