Circuitos de relé de seguridad

La columna vertebral lógica de la UCMP

por Lakshmanan Raja

El sistema de Protección contra Movimientos Involuntarios de Cabina (UCMP) está diseñado para prevenir o detener el desplazamiento de la cabina del ascensor fuera del nivel de planta cuando la puerta de planta está desbloqueada y permanece abierta, como resultado de un fallo en la máquina del ascensor o en el sistema de control de accionamiento. El sistema UCMP consta de tres elementos principales: un mecanismo de detección que monitoriza el movimiento involuntario, un mecanismo de control y un mecanismo de detención que actúa para detener la cabina de forma segura cuando se detecta dicho movimiento.

En este artículo, nos centramos en el mecanismo de control: el circuito de relé de seguridad, que forma la columna vertebral lógica del control UCMP al proporcionar monitoreo redundante, detección de fallas y capacidades de respuesta a prueba de fallas.

Para entender la lógica de este circuito de relé de seguridad, comenzamos con un circuito de control de motor de arranque-parada simple y lo mejoramos paso a paso hasta llegar al circuito de relé de seguridad. 

Antes de profundizar más, es esencial familiarizarnos con cierta terminología importante: 

• Relés: Los relés y contactores son como interruptores automáticos. Al controlar la corriente que llega a su bobina, podemos decidir cuándo encenderlos o apagarlos. Pueden tener uno o más pares de contactos, que pueden ser normalmente abiertos o normalmente cerrados.
• Normalmente abierto (NO) y contactos normalmente cerrados (CAROLINA DEL NORTE) — Para relés y contactores eléctricos, el NC/NA Se basa en el estado del contacto eléctrico cuando su bobina no está conectada a ninguna fuente de alimentación. En el caso de los interruptores mecánicos, es el estado de sus contactos en reposo, cuando no se aplica energía mecánica externa al mecanismo de activación del interruptor. 
• Contactos guiados por fuerza/Contactos enlazados mecánicamente: Se trata de un tipo especial de diseño de contacto de relé en el que todos los contactos están interconectados mecánicamente mediante una conexión rígida dentro del relé. Esta construcción garantiza que, si un contacto se atasca o se suelda, los demás no puedan cambiar de estado de forma independiente. En otras palabras, su movimiento está sincronizado mecánicamente, lo que permite detectar una falla en un contacto. 

Control simple de arranque y parada

Comenzamos nuestra discusión con un circuito simple, el circuito de control del motor de arranque y parada que se muestra en la Figura 1. El relé de control es SOY Representa el contactor que controla la alimentación del motor. El arranque es un pulsador con el NO contacto, y la parada es otro pulsador con el NC contacto. 

Cuando todos los elementos están cableados correctamente y la energía está encendida, al presionar el botón de inicio se cierra su contacto y se conecta la bobina del relé. A a la fuente de alimentación. Esto energiza el relé, provocando que sus contactos normalmente abiertos, A1 en el primer peldaño y A2 En el segundo peldaño, para cerrar. Desde el contacto A1 Se conecta al botón de arranque, proporciona la energía necesaria a la bobina y mantiene el relé en estado de encendido después de soltar el botón de arranque. Contacto A2 conecta el contactor del motor M A la fuente de alimentación. Al presionar el botón STOP, se interrumpe la alimentación del relé. A, lo que, a su vez, desconecta el suministro a la M Contactor. Esto quita la energía del motor. 

Aquí surge una pregunta importante: al pulsar el botón de parada, ¿qué tan seguros estamos de que se desconectará la alimentación del contactor del motor?

Añadiendo redundancia 

La falla de seguridad más significativa en el circuito descrito en la Figura 1 ocurre cuando el relé A se queda atascado en la posición energizada debido a la soldadura por contacto. Como resultado, el M El contactor se energiza continuamente a través del contactor permanentemente cerrado. A2 contacto, y presionar el botón de PARADA deja de ser efectivo. Para solucionar este problema, añadimos un segundo relé. B, para redundancia, como se muestra en la Figura 2.

También existe la posibilidad de que el botón de PARADA esté bloqueado mecánicamente, impidiendo que funcione cuando sea necesario. Por lo tanto, un interruptor de parada con dos... NC Se utilizan contactos, y ambos contactos están conectados en serie. Por lo tanto, si uno se atasca mecánicamente, al menos el otro abrirá el circuito al presionar el tope. De esta manera, se añade redundancia al circuito mostrado en la Figura 2 para el relé de control y el interruptor de parada. 

La desventaja importante del circuito de la Figura 2 es que, si el relé A o el relé B se atascan debido a la soldadura de contactos, el circuito seguirá funcionando correctamente. Lo mismo ocurre con el contacto del interruptor de parada. Sin embargo, el usuario no se dará cuenta del fallo de uno de los componentes hasta que ambos se atasquen. Esto es peligroso, ¿y cómo podemos solucionarlo? 

Monitoreo de redundancia: detección de fallas

La redundancia sin una monitorización y detección de fallos adecuadas compromete su propósito. Permite que los fallos se acumulen y pasen desapercibidos para el usuario. Para solucionar este problema, es fundamental implementar un circuito de detección de fallos.

En los circuitos que se muestran en la Figura 3, el relé C Se utiliza para monitorear el estado de los relés. A y B Para detectar cualquier signo de soldadura por contacto. El término "monitoreo" puede ser ambiguo, por lo que es importante aclarar la frecuencia de este monitoreo. En estos sistemas, la detección se realiza antes de cada ciclo de arranque. Lo explicaré en el siguiente párrafo.

Supongamos que los componentes están cableados según el esquema de la Figura 3 y que la alimentación está activada. El relé... C En el segundo peldaño se encenderá a través del NC conmigo A2, B2 del relevo A y relé B. Ahora al presionar el botón de inicio se cierran sus contactos y se conectan las bobinas de los relés. A y B A la fuente de alimentación a través de la C1 contacto en el primer peldaño. Esto energiza ambos relés, que abren sus respectivos contactos en el segundo peldaño, lo que provoca que el relé... C para desenergizar (Nota: El elemento de retardo de tiempo conectado a través de una bobina de relé C Retrasará su despegue demasiado rápido antes del relevo. A y B encender.) Desactivar el C El relé no quita la energía del relé A y el relevo B bobina en el primer peldaño debido a la trayectoria de autosujeción a través de C1 y el botón de inicio formado por A1, B1 contactos. Con los relés A y B energizados y el relé C desenergizado, el M El contactor en el tercer peldaño está conectado a la fuente de alimentación.

Cuando se presiona el botón de parada, se elimina efectivamente la energía de ambos relés. A y B bobinas en el primer peldaño. Si se produjo una soldadura de contacto en cualquiera de los relés A o relé B, la energía al contactor M todavía se elimina como estaba previsto debido a la redundancia.  

El contacto soldado puede provocar que ese relé en particular se quede atascado en la posición de encendido. Esto impide que la alimentación llegue al relé. C Bobina en el segundo peldaño. Sin el relé. C Al energizarse, la siguiente operación de arranque no es posible debido a la C1 Contacto en el primer peldaño. De esta manera, cualquier fallo debido a la soldadura de contactos en los relés... A or B es detectado por relé C, y esta detección es efectiva durante el ciclo de inicio posterior.

El circuito que se muestra en la Figura 3 permite monitorear las condiciones del relé de salida. ¿Qué ocurre con los problemas de contactos atascados en los controles de entrada, como el interruptor de parada y el botón de arranque? Estos problemas se solucionan en el circuito que se muestra en la Figura 4. 

Circuito final con redundancia y detección de fallos

Para el circuito ilustrado en la Figura 4, se utilizan dos contactos de interruptor de parada en los peldaños 1 y 2, que funcionan como control de dos canales. Esto ofrece opciones para supervisar cada contacto y garantizar la redundancia. El botón de arranque se ha actualizado a un diseño con dos conjuntos de contactos: uno NC y el otro NO, que están conectados mediante un enlace rígido. Por lo tanto, monitorear la NC Los contactos del botón de inicio reflejan con precisión el estado real de la posición del otro contacto (igual que un relé guiado por fuerza).

Cuando se presiona el botón de parada, si uno de sus NC Si los contactos están soldados o atascados en la posición cerrada, el relé de ese escalón (canal) específico permanecerá energizado, mientras que los relés de los demás canales se desactivarán. Como resultado, M El contactor se desconectará de la alimentación según lo previsto. Al mismo tiempo, el relé permanentemente energizado, debido al contacto atascado del interruptor de parada, impedirá que... C que el relé se active, impidiendo así la siguiente operación de arranque.

Si el botón de arranque permanece atascado en la posición de encendido, impedirá que su contacto normalmente cerrado se cierre. Como resultado, esto detendrá el... C El relé se energiza en el siguiente ciclo, lo que dificulta el siguiente arranque. Por lo tanto, el circuito de la Figura 4 cuenta con redundancia en relés de control, contactos de conmutación y monitoreo para evitar la acumulación de fallas en el siguiente ciclo de arranque.

Nota: Para este artículo, la soldadura del contactor del motor M No se considera dentro del alcance de esta discusión. El enfoque aquí se centra únicamente en comprender la lógica y el funcionamiento del circuito del relé de seguridad y su aplicación en el sistema UCMP.

Solicitud en UCMP

Un ejemplo de un circuito de relé de seguridad que emplea relés A, B y C A continuación se describe un método UCMP, asumiendo que el controlador del ascensor realiza las siguientes tareas.

• Durante la apertura anticipada de puertas, al aproximarse el ascensor a un rellano designado, el controlador activa el contacto de puenteo de puertas (DB) tras confirmar que la cabina se encuentra dentro de la zona de nivelación segura. Esta confirmación se realiza mediante la activación de los interruptores S1 y S2, accionados por la placa de nivelación.
• Además, la señal de puenteo de puerta se activa cuando la diferencia de nivel entre el umbral de la cabina y el umbral del rellano supera la distancia aceptable por el código de ±20 mm, para fines de nivelación. 

En cualquiera de estos escenarios, si la cabina llega a una posición donde S1 o S2 no están acoplados a la placa niveladora, el contacto del interruptor correspondiente se abre y el sistema inicia una parada abriendo los contactos de puenteo de la puerta. De esta forma, se evita el movimiento involuntario. 

Los contactos de puente de puerta comprenden la combinación en serie de A4, B4, C4 y D2. 

La combinación de las series A3 y B3 se puede utilizar para dar una señal de confirmación al controlador del ascensor de que la placa niveladora de un piso en particular está acoplada con el S1 y S2 interruptores, es decir, el coche está más cerca del rellano y dentro de la zona de desbloqueo (ver Figura 5). 

Si examina el circuito de cerca, notará que está relacionado con el circuito de relé de seguridad que analizamos anteriormente. 

En esta configuración, S1 y S2 sirven como interruptores de parada, mientras que DB El control actúa como botón de inicio. Los contactos de S1 y S2 y sus respectivos peldaños crean un circuito de control de dos canales. Los relés utilizados en este circuito son guiados por fuerza. C El relé se utiliza para la detección y monitorización de fallos. Siempre que se produzca un cortocircuito en el... S1 y S2 contactos debido a interruptores defectuosos o cuando el DB El control está siempre activado debido a una falla en el control del ascensor, entonces C El relé no se activa, lo que impide el siguiente ciclo de operación. Esto evita la acumulación de fallos y garantiza la redundancia. El circuito de la cerradura de la puerta se puentea si todos los contactos del interruptor y el relé de control funcionan correctamente, y el puente se abre si alguno de los componentes falla. De esta manera, se logra la detención del UCMP.

Conclusión 

En este artículo, comenzamos con controles sencillos de parada y arranque, y luego, gradualmente, añadimos redundancia a los controles de entrada y salida, junto con la detección de fallos. Este enfoque ayuda a los lectores a comprender y valorar la lógica de control de los módulos de relés de seguridad, que se utilizan para detectar movimientos involuntarios de la cabina en ascensores. Si bien el sistema de detección que utiliza el relé de seguridad es fiable, un sistema UCMP solo puede funcionar correctamente si los medios de frenado utilizados para tal fin funcionan correctamente. Si se utilizan conjuntos de frenos redundantes, cada conjunto de frenos y sus interruptores de monitorización deben probarse según los requisitos del código e inspeccionarse periódicamente. 

Referencias

[1] EN 81-20:2020 — Reglas de seguridad para la construcción e instalación de ascensores. Ascensores para el transporte de personas y mercancías. Parte 20: Ascensores para pasajeros y mercancías.

[2] EN 60947-5-1:2004, Aparamenta de baja tensión y equipos de control — Parte 5-1: Dispositivos de circuito de control y elementos de conmutación — Dispositivos de circuito de control electromecánicos (IEC 60947-5-1:2003) 

[3] IEC 61810-3:2015 – Relés electromecánicos elementales – Parte 3: Relés con contactos guiados forzadamente (vinculados mecánicamente)

[4] D. Macdonald, Seguridad práctica de maquinaria, Oxford, Reino Unido: Newnes, 2004.