PESSRA en ascensores y escaleras mecánicas: descripción general

Información básica destinada a ser una guía rápida para los profesionales de campo de ascensores y escaleras mecánicas sobre estos importantes sistemas electrónicos que se están volviendo comunes

By Lakshmanan Raja y Teck Eng Ng

La electrónica está haciendo grandes avances en la industria de ascensores y escaleras mecánicas, que ahora está a la par con su desarrollo en otras industrias. En nuestra industria, lo que solía ser un control cableado basado en relés ha sido reemplazado por interruptores electrónicos (por ejemplo, transistores) y luego mejorado con la introducción de microcontroladores y microprocesadores. Como resultado, el controlador actual de ascensores y escaleras mecánicas es como una caja negra, que conecta varios subsistemas a través de cableado eléctrico e interfaces electrónicas en las que los profesionales de campo solo pueden ver las señales de entrada y salida. La operación está bien coordinada por programas integrados invisibles para el usuario y los profesionales de mantenimiento. En los últimos años, se han desarrollado e implementado cada vez más sistemas electrónicos programables (PES) para garantizar la seguridad del usuario. Estos sistemas se conocen como PES en aplicaciones relacionadas con la seguridad (PESSRA). Si tales dispositivos se utilizan en ascensores, el término tiene "para ascensores" añadido al final (PESSRAL). Si se utiliza en escaleras mecánicas, la adición se convierte en "para escaleras mecánicas" (PESSRAE).

Este artículo presenta una descripción general de los sistemas PESSRAL / PESSRAE, con la cobertura de la arquitectura del dispositivo, su confiabilidad e información sobre cómo elegir los niveles de confiabilidad correctos. A continuación, analiza las funciones de seguridad que deben ejecutar los dispositivos PESSRA y los estados seguros que deben alcanzarse. También incluye información sobre los requisitos de prueba de tipo sobre la verificación del nivel de confiabilidad. Finalmente, concluye con las ventajas y desafíos de usar PESSRA.

Inclusión en el código

En los controladores de ascensores y escaleras mecánicas, los dispositivos electrónicos se han utilizado tradicionalmente sólo en el control de funcionamiento y movimiento, con los controles relacionados con la seguridad cableados y controlados por relés. En los últimos tiempos, podemos ver la influencia electrónica expandida en el procesamiento de la entrada de dispositivos relacionados con la seguridad. En tal control, la lógica clásica cableada se transforma en un control basado en funciones. Los requisitos funcionales se basan más en resultados y su implementación está abierta con diferentes arquitecturas de hardware y software en una variedad de formas. Las fases de desarrollo de los controladores de ascensores y escaleras mecánicas se presentan en la Figura 1. A medida que más y más fabricantes de ascensores y escaleras mecánicas utilizaban dispositivos PESSRA en sus controladores, el código llegó a incluir los requisitos para ellos. Las fechas oficiales de inclusión de PESSRA en los códigos de EE. UU. Y Europa se dan en la Tabla 1.

Arquitectura del dispositivo

La arquitectura genérica de un controlador PESSRA se muestra en la Figura 2. Consta de sensores de entrada, un dispositivo electrónico programable y un actuador de salida. No hay una conexión cableada directa entre las señales de seguridad en el lado de entrada y el lado de salida. Las señales de entrada son procesadas por los dispositivos electrónicos programables, que luego controlan el actuador en el lado de salida. Ejemplos de dispositivos electrónicos programables son: microprocesadores / microcontroladores, controladores lógicos programables, arreglos de puertas programables en campo, circuitos integrados de aplicaciones específicas y otros dispositivos basados ​​en computadora (sensores inteligentes, transmisores y actuadores).

Nivel de integridad de seguridad (SIL)

La fiabilidad del dispositivo de seguridad es siempre muy importante. Cuando el sistema electrónico con hardware y software se utiliza para tomar decisiones relacionadas con la seguridad del usuario, su confiabilidad se mide con SIL. SIL es una medida de confiabilidad numérica o tasa de falla indicativa del sistema PESSRA que ejecuta la función de seguridad.

Existen dos tipos de funciones de seguridad: “modo de alta demanda” o “modo continuo” (probabilidad de fallas por hora) y “modo de baja demanda” (probabilidad de falla por año). Con referencia a IEC 61508-4 Cláusula 3.5.16, se requiere la definición de alta demanda cuando la demanda en una función relacionada con la seguridad es mayor que una vez al año y la definición de baja demanda cuando es menos frecuente. Las características clave de una función de seguridad en modo de alta demanda son:

• Generalmente proporciona alguna función de control durante el funcionamiento normal.
• La falla de la función de seguridad generalmente conduce a una situación peligrosa.
• La frecuencia de las demandas que se le imponen es alta, más de una vez al año o incluso continua.

Ejemplo: Frenos normales de la máquina de tracción

Las características clave de una función de seguridad en modo de baja demanda son:

• Generalmente no se usa durante el funcionamiento normal.
• La falla de la función de seguridad da como resultado la pérdida de protección, pero no es peligrosa en sí misma.
• La frecuencia de las demandas que se le imponen es baja, menos de una vez al año.

Ejemplo: equipo de seguridad

La mayoría de los dispositivos PESSRA utilizados en ascensores y escaleras mecánicas pertenecen a la segunda categoría del tipo de función de seguridad en modo de demanda. Las probabilidades de falla bajo demanda para funciones de tasa de demanda baja se dan en la Tabla 2, que es de IEC 61508-1. Los controladores SIL 4 son muy confiables, ya que su falla bajo demanda es muy baja, oscilando entre 10-5 y 10-4. SIL 1 es el más bajo y su falla bajo demanda varía de 10-2 a 10-1. SIL 3 es el nivel más alto utilizado para la industria de ascensores y escaleras mecánicas.^{[ 3 ]}

El siguiente ejemplo da una idea del SIL y su tasa de fallas: El interruptor de parada de emergencia requiere SIL 3 según EN 81-20 y ASME A17.1. Entonces, su tasa de falla aceptable debe estar entre 10-4 y 10-3. Si asumimos que la demanda es una vez al año, es aceptable fallar una vez entre 1,000 y 10,000 años.

Decidir la clasificación SIL

Ahora conocemos el SIL, pero ¿cómo decidimos qué nivel podría ser adecuado para una función de seguridad en particular? Podemos decidir eso con tres pasos:

1. La frecuencia de aparición de peligros debe calcularse en función del análisis de riesgos.
2. Compare la tasa de ocurrencia con la tasa tolerable (de R2P2 [a] o cualquier otro estándar aceptable).
3. La diferencia (es decir, la brecha) debe llenarse con el PESSRA SIL (nivel de confiabilidad) apropiado

El siguiente ejemplo explicará lo anterior: suponga que el ascensor experimenta un movimiento incontrolado una vez cada cinco años. La frecuencia de ocurrencia de peligros (# 1) es 1/5 año, que es igual a 0.2 / año. Siempre que ocurra un movimiento incontrolado, la probabilidad de que ocurra un incidente fatal (# 2) es 0.01. La probabilidad de una tasa de incidentes fatales para nuestro sistema es el producto de # 1 y # 2: 0.2 / año X 0.01 / año = 2 X 10-3 / año (dos incidentes fatales en 1,000 años). Sin embargo, la tasa de mortalidad tolerable para el público generalmente utilizada en seguridad funcional es de 10-5 / año. ^{[ 8 ]}

Aquí, hay una brecha entre las tasas tolerables y reales. El controlador PESSRA utilizado para cerrar la brecha debe satisfacer:

Tasa de fallas = tasa tolerable / tasa real = 10-5 / (2 X 10-3) = 5 X 10-3 Los controladores SIL 2 tienen una tasa de fallas entre 10-3 y 10-2. Estos controladores podrán cumplir con nuestra tasa de falla requerida de 5 x 10-3. La Figura 3 ayuda a mostrar el proceso de cálculo.

Sin embargo, para ascensores y escaleras mecánicas, los SIL para las diversas funciones de seguridad han sido decididos por los códigos desarrollados por la industria (Figura 4). Hay 51 funciones de seguridad definidas para ascensores con respectiva clasificación SIL en ISO 22201-1. De la misma forma, existen 26 funciones de seguridad definidas para escaleras mecánicas con respectiva clasificación SIL en ISO 22201-2. Además, el código también definió el estado de seguridad, que debe alcanzar el controlador PESSRA siempre que se solicite la función de seguridad. Hay 18 y 10 estados seguros definidos para ascensores y escaleras mecánicas en ISO 22201-1 / -2. Ejemplos de estados seguros son: quitar energía de la máquina de tracción, limitar el rango de desplazamiento y la velocidad, etc.

Verificación SIL

Dado que la confiabilidad del sistema PESSRA depende del SIL, su verificación es muy importante. Lo realiza un organismo autorizado, que es el laboratorio que realiza tanto las pruebas como la certificación. Es un fabricante que opera un sistema de garantía de calidad completo definido y aprobado por una autoridad nacional, o un tercero certificado acreditado por una autoridad nacional para el alcance de ascensores, escaleras mecánicas, pasillos rodantes y dispositivos de seguridad correspondientes.

La solicitud de examen de tipo debe ser realizada por el fabricante del componente o el representante autorizado del fabricante y debe dirigirse a un laboratorio de pruebas autorizado.

Para realizar la verificación de SIL y las pruebas de tipo, el cuerpo aprobado requiere dos placas de circuito impreso: una desnuda y con componentes completos y la otra con detalles como el diseño y la definición de entrada / salida si el circuito de seguridad solo tiene componentes electrónicos. Para PESSRA, se deben proporcionar detalles sobre el software, una descripción funcional (incluida la arquitectura del software y la interacción hardware / software), descripción de los datos, variables e interfaces, etc. Para obtener más detalles, consulte EN 81-50, cláusula 5.6 y anexo B.

El cuerpo aprobado realizará las pruebas mecánicas necesarias, como pruebas de vibración, golpes y temperatura, y una prueba funcional sobre la codificación y el diseño del software.

Mantenimiento y reparación

Dado que los controladores PESSRA se ocupan de la seguridad, su mantenimiento y reparación es muy importante. El fabricante proporcionará el manual de instrucciones, que contiene información sobre la realización de la prueba de verificación funcional y:

• Detalles de identificación, etiquetado y certificación de los componentes PESSRA
• Detalles de montaje, conexión, ajuste y formación
• Frecuencia de verificación funcional

Con respecto al mantenimiento y reparación de un dispositivo PESSRA, el manual de instrucciones deberá proporcionar los detalles sobre lo siguiente:

• Pruebas de prueba, y actividades de mantenimiento preventivo y de averías a realizar.
• Medidas y técnicas de mantenimiento únicas
• Intervalo de tiempo de las actividades de mantenimiento
• Equipo de prueba utilizado; actividades de diagnóstico y reparación de averías
• Actividades de revalidación
• Requisito de notificación de fallas y mantenimiento

Ventajas y desafíos

A medida que avance el control de ascensores y escaleras mecánicas, habrá más aplicaciones de los sistemas PESSRA. Las ventajas de PESSRA sobre el control cableado son:

• Los dispositivos PESSRA tienen componentes inteligentes programables capaces de autocontrol y detección temprana de fallas. Esta capacidad proporciona advertencias tempranas sobre posibles fallas del sistema, lo que conducirá a una mejor confiabilidad del sistema.
• Los dispositivos PESSRA están conectados a través de un bus de comunicación, por lo que la omisión de un dispositivo individual debe realizarse a través de medios de software. Por lo tanto, se puede evitar el desvío no autorizado y la manipulación de las características de seguridad mediante cables de puente. Además, se puede lograr un ahorro de espacio con menos cableado.
• PESSRA es un dispositivo electrónico, por lo que los voltajes de operación serán bajos; por lo tanto, se puede evitar una descarga eléctrica.

Sin embargo, las ventajas vienen con ciertos desafíos, como:

• El control PESSRA implica un diseño tanto de hardware como de software, por lo que será muy propietario, y el OEM tendrá una ventaja sobre terceros.
• Se necesita personal capacitado tanto en hardware como en software para diseñar, probar y verificar el funcionamiento del sistema.

Conclusión

Este artículo proporciona la información básica y una guía rápida sobre PESSRA para el profesional de campo de ascensores y escaleras mecánicas. Para obtener un conocimiento más profundo, consulte "Referencias".

Referencias

[1] EN 81-20: 2014 Normas de seguridad para la construcción e instalación de ascensores. Ascensores para el transporte de personas y mercancías. Parte 20: Ascensores de pasajeros y de mercancías.
[2] EN 81-50: 2014 Reglas de seguridad para la construcción e instalación de ascensores. Exámenes y pruebas. Parte 50: Reglas de diseño, cálculos, exámenes y pruebas de componentes de ascensores.
[3] ISO 22201: 2009 Ascensores (Ascensores) - Diseño y desarrollo de sistemas electrónicos programables en aplicaciones relacionadas con la seguridad para ascensores (PESSRAL).
[4] ISO 22201-2: 2013 Ascensores (ascensores), escaleras mecánicas y pasillos móviles - Sistemas electrónicos programables en aplicaciones relacionadas con la seguridad Parte 2: escaleras mecánicas y pasillos móviles (PESSRAE).
[5] ISO / TR 22201-3: 2013 Ascensores (ascensores), escaleras mecánicas y pasillos móviles
- Sistemas electrónicos programables en aplicaciones relacionadas con la seguridad Parte 3: Guía de ciclo de vida para sistemas electrónicos programables relacionados con PESSRAL y PESSRAE.
[6] EN 61508-1: 2010 Seguridad funcional de sistemas eléctricos / electrónicos / electrónicos programables relacionados con la seguridad Parte 1: Requisitos generales.
[7] EN 61508-4: 2010 Seguridad funcional de sistemas eléctricos / electrónicos / electrónicos programables relacionados con la seguridad Parte 4: Definiciones y abreviaturas.
[8] Smith, David J. y Kenneth GL Simpson. Manual de sistemas críticos de seguridad: Una guía directa para la seguridad funcional, IEC 61508 (2010 Ed.) Y estándares relacionados, incluido el proceso IEC 61511 y la maquinaria IEC 62061 e ISO 13849 (Elsevier, 2010).
[9] HSE, Reducción de riesgos. "Protegiendo a las personas". Proceso de toma de decisiones de HSE. Crown, Londres (2001).