El futuro del sistema de seguridad de ascensores

Un examen de la tecnología que puede llevar la seguridad de los ascensores al siguiente nivel.

Este trabajo fue presentado en Madrid 2016, Congreso Internacional de Tecnologías de Transporte Vertical, y publicado por primera vez en el libro Elevator Technology 21 de la IAEE, editado por A. Lustig. Es una reimpresión con permiso de la Asociación Internacional de Ingenieros de Ascensores. (sitio web: www.elevcon.com).

El sistema de seguridad actual de los ascensores no ha cambiado en muchos años. Lo que se ha cambiado son las aplicaciones. Los edificios ahora alcanzan 1 km de altura, lo que impone grandes exigencias a los componentes de seguridad, como el limitador de velocidad y el equipo de seguridad. Por otro lado, la modernización sigue siendo uno de los negocios más importantes y no solo en Europa. Los requisitos de espacio y las funcionalidades son los desafíos.

Wittur Group, como actor clave de la industria de ascensores para componentes y sistemas de seguridad, participa activamente en la creación de nuevos productos. Los equipos de seguridad que no necesitan un limitador de velocidad mecánico convencional son una de esas soluciones. Los niveles de seguridad y las funcionalidades deben considerarse de otra manera.

El mundo de los ascensores también está trabajando en otros conceptos nuevos, como el funcionamiento de varias cabinas en huecos que no sean puramente verticales y que estén accionadas por accionamientos electromagnéticos. Esto requiere una revolución completa del sistema de seguridad. Un producto clave sería un freno de seguridad electrónico en la cabina, que tendría que cumplir normas y reglamentos.

1. Tecnología de vanguardia del sistema de equipo de seguridad

El sistema de seguridad de un ascensor consta de una variedad de diferentes componentes mecánicos y eléctricos responsables de la seguridad del pasajero, el personal de mantenimiento y el propio sistema de elevación. En términos de riesgo para las personas dentro del automóvil, los siguientes componentes son esenciales:

• Freno de motor: para mantener el automóvil en el aterrizaje y frenar el automóvil en caso de emergencia.
• Equipo de seguridad: para detener y mantener el automóvil en caso de exceso de velocidad o caída libre.
• Amortiguador: para absorber la energía del impacto.
• Interruptores de seguridad: para abrir la cadena de seguridad.

Los ascensores modernos tienen, además de estas, funciones de seguridad adicionales, como contra el movimiento incontrolado (UCM) lejos del piso del rellano con las puertas abiertas, que se realiza parcialmente con los mismos componentes enumerados anteriormente.

El propio sistema de paracaídas consta de varios componentes mecánicos:

• Equipo de seguridad (tipo instantáneo o progresivo)
• Sincronización mecánica de los paracaídas
• Gobernador de exceso de velocidad
• Cuerda del limitador de velocidad
• Dispositivo de tensión del lazo de cuerda
• Enlace entre la cuerda del gobernador y la sincronización

Las desventajas del sistema actual no son solo la gran cantidad de componentes y su interacción mecánica confiable. Otro aspecto es el alto costo de instalación. Además, la falta de mantenimiento representa un potencial de alto riesgo, que puede comprometer su confiabilidad. Aparte de las desventajas mencionadas anteriormente, la enorme necesidad de espacio de los componentes es un problema que juega un papel importante, especialmente en la modernización.

2. Impacto de la mecatrónica en el equipo de seguridad

2.1 El concepto de un equipo de seguridad electromecánico

Los componentes y sistemas de seguridad mecatrónicos se utilizan en muchas máquinas industriales. Al transferir estos elementos a todo el sistema de engranajes de seguridad mecánico actual, se puede simplificar y, por lo tanto, mejorar. A continuación se describen tanto los beneficios como los desafíos de dicho sistema.

La tarea del sistema del gobernador es activar el paracaídas en exceso de velocidad. El enfoque mecatrónico comparable consiste en activar un actor (imán) en un paracaídas electromecánico a través de la electrónica de seguridad y los sensores correspondientes.

Dicho sistema sustituye al limitador de velocidad, así como al lazo de cable y su dispositivo de tensión. La electrónica de seguridad está integrada en el control del ascensor y corta, entre otros, el circuito de seguridad en caso de exceso de velocidad. Al mismo tiempo, el sensor (por ejemplo, un codificador de cinta magnética) se puede utilizar para obtener información sobre la posición del automóvil.

2.2 Diseño de un paracaídas electromecánico

El principio del diseño patentado se basa en un paracaídas de rodillos con fuerza de resorte ajustable. El rodillo está más bajo en su posición inicial. El resorte de accionamiento, que está diseñado como resorte de compresión, se mantiene tenso mediante un imán. Si el imán cae, el resorte presiona el rodillo contra el raíl guía, y éste corre de forma independiente hasta su posición final. El acoplamiento del rodillo se realiza mecánicamente mediante el resorte, que se mantiene tensado eléctricamente. Teniendo en cuenta esto, se puede asumir que el paracaídas cumple con la norma EN 81. El resorte de accionamiento está totalmente comprimido durante la situación de agarre del paracaídas. El reinicio del paracaídas se realiza simplemente levantando el coche. El imán debe ser alimentado de antemano para asegurar la placa guía en su posición normal.

EN 81-20 Capítulo 5.6.2.1.5: Comprobación eléctrica describe los requisitos generales en términos de parada de la máquina después de la activación del paracaídas. Debido a que ya no hay sincronización mecánica, se ha previsto un interruptor de seguridad separado para cada dispositivo. Las pruebas han demostrado que, con imanes diseñados apropiadamente, la sincronización eléctrica responde mejor que la sincronización mecánica. Esta es otra ventaja en términos de carga desigual del automóvil.

El concepto a prueba de fallas requiere una batería de respaldo (UPS) para evitar una participación involuntaria.

3. Potencial de más componentes electrónicos en ascensores

La introducción de sistemas electrónicos programables en aplicaciones relacionadas con la seguridad para ascensores (PESSRAL) como enmienda normativa en EN 81 permite el uso de componentes electrónicos para diseñar dispositivos de seguridad. Se basa en la norma internacional IEC 61508: Seguridad funcional de sistemas eléctricos / electrónicos / electrónicos programables relacionados con la seguridad.

3.1 Integración de un paracaídas electromecánico en un sistema de ascensor

Se requieren sensores y electrónica de seguridad para lanzar nuevos componentes como GLGS-22U. Estos componentes ya están disponibles en el mercado.

Un aspecto importante de más electrónica en los ascensores del futuro es la monitorización. Como resultado, cada vez que se comprueba el estado del ascensor o de ciertos componentes importantes, se pueden establecer medidas preventivas para mejorar la seguridad. Esto conduce a nuevos componentes y el ascensor (así como el negocio) cambiará.

Teniendo en cuenta el uso de otras ventajas de la electrónica de seguridad (por ejemplo, la realización de los interruptores de fin de carrera del eje), es necesario proporcionar una serie de señales a dicha electrónica de seguridad para garantizar las funcionalidades de elevación, como la unidad de inspección y la unidad de recuperación. Se puede lograr una simplificación adicional mediante el uso de bus de campo CAN seguro.

Lo que debe tenerse en cuenta al aplicar GLSG-22U es el problema de la evacuación de emergencia (por ejemplo, en una situación de pérdida de energía). En tal caso, el movimiento del automóvil solo es posible en dirección ascendente.

Si dicho equipo de seguridad electromecánico se construye en forma de doble acción (incluido el frenado hacia arriba) teniendo en cuenta las pautas y medidas adecuadas, también se puede utilizar en ascensores de acuerdo con EN 81-21: Nuevos ascensores de pasajeros y mercancías en edificios existentes con respecto a la realización el espacio de seguridad en ambas direcciones.

Ventajas de 3.2

Hay muchas ventajas al usar un equipo de seguridad tan nuevo:

• Menos componentes (asignación de espacio, riesgos funcionales, reducción de costos de instalación y servicio, etc.)
• Integración sencilla a las eslingas del coche.
• Disposición múltiple simplificada de GLSG-22U (por ejemplo, cuatro unidades sincronizadas eléctricamente)
• Sincronización en tiempo real
• Sin influencias negativas para el sistema, p. Ej., La altura del recorrido
• Sin velocidad peligrosa por imprecisiones en el sistema limitador de velocidad
• El sistema de autocontrol reconoce situaciones críticas (mayor seguridad).
• Disposición de varios coches en un eje (más fácil de implementar)

Pensando en el siguiente nivel de sistemas de seguridad, teniendo en cuenta las oportunidades que la electrónica puede ofrecer, una consecuencia sería un freno de seguridad con fuerza de frenado controlada que combina todas las funcionalidades necesarias en un solo componente:

• Deceleración controlada (menos fuerza de frenado) en caída libre, exceso de velocidad en dirección ascendente o descendente, parada de emergencia, desaceleración terminal de emergencia y UCM
• Freno de retención en el aterrizaje (no es necesario volver a nivelar durante la carga)
• Función de rescate automático: frenado del automóvil "suavemente" y exactamente en un aterrizaje definido

Colocar un freno de este tipo directamente sobre el coche aumentaría el nivel de seguridad del pasajero, especialmente en los ascensores de tracción, porque existe un cierto riesgo de pérdida de tracción que, en el peor de los casos, conduce a accidentes mortales (UCM).

Otro aspecto es una alta desaceleración, que puede ocurrir al frenar un automóvil (con el freno de motor), que está suspendido, por ejemplo, con una correa dentada u otro medio de alta tracción, debido a que hay un menor deslizamiento en el polea de tracción. La desaceleración peligrosa (> 1 g) también ocurre cuando no hay un automóvil completamente cargado (solo una persona en el automóvil) y el equipo de seguridad se agarra.

Cada vez más, los arquitectos desean realizar edificios que no tengan una forma puramente vertical. Tales demandas necesitan soluciones elevadoras sin cables (accionadas, por ejemplo, por un motor lineal). Es posible que varios coches pasen entrecruzados a través de los mismos ejes. El concepto de seguridad detrás de un ascensor de este tipo necesita un freno colocado directamente en la cabina.

4.1 Concepto de cubrir funcionalidades de otra manera

En el Anexo III: Lista de componentes de seguridad para ascensores de la Directiva de ascensores 2014/33 / UE, en el punto 2 se prescribe un dispositivo que evita que la cabina se caiga o UCM (refiriéndose al punto 3.2 del Anexo I: Requisitos esenciales de salud y seguridad. ) Además, en el Anexo I, Capítulo 3: Riesgos para las personas en el automóvil, se define un dispositivo que, en caso de corte de energía o falla de los componentes, evite la caída libre del elevador o UCM.

La fuerza de frenado de un paracaídas en comparación con otros frenos que actúan solo en la condición de cable de ascensor es extremadamente alta. Debido al hecho de que la fuerza de frenado (que ahora no está controlada) aplicada es demasiado alta en comparación con la masa desequilibrada actual entre el automóvil y el contrapeso, pueden ocurrir lesiones a los pasajeros cuando se activa en caso de exceso de velocidad. Por otro lado, el evento de caída libre es, en la práctica, afortunadamente muy raro. Teniendo en cuenta las declaraciones anteriores y la posibilidad de un control preventivo de los componentes de seguridad antes de la falla, se puede excluir el evento de caída libre del automóvil. La consecuencia es que la fuerza de frenado requerida de un freno de seguridad de automóvil se reducirá significativamente (probablemente más del 40%). Esto también significa que el diseño de este freno es más compacto.

Siguiendo este concepto y la posibilidad de garantizar técnicamente la seguridad funcional con altos estándares basados ​​en IEC 61508, la Directiva de ascensores puede necesitar una revisión en el futuro.

Dado que los edificios ya alcanzan 1 km de altura, existen desafíos técnicos asociados para los componentes de seguridad. La velocidad nominal de dichos ascensores es de al menos 10 mps. La EN 81 define velocidades de frenado de aproximadamente el 115% de la velocidad nominal, lo que da una impresión diferente sobre las velocidades peligrosas en los ascensores.

Los sensores y el monitoreo, combinados con las oportunidades que la electrónica de seguridad puede ofrecer, llevarán la seguridad de los ascensores al siguiente nivel.

4.2 Ventajas de un freno de automóvil controlado

Este concepto de freno en el automóvil mejora claramente la seguridad basándose en las siguientes ventajas resumidas:

• El automóvil se mantiene estable en una posición nivelada (se excluye el UCM).
• Mayor seguridad para los pasajeros (desaceleración controlada en cualquier situación)
• Sistema permanente de autocomprobación-rutinas (mejora de la seguridad)
• Oportunidades de mantenimiento preventivo (supervisión remota 24 horas al día, 7 días a la semana)
• Nuevas posibilidades arquitectónicas (ejes verticales y horizontales combinados - varios coches)
• La funcionalidad confiable no se ve afectada por la altura del recorrido.
• Menos componentes
• Nuevas funciones (procedimientos de rescate automático)

5. Conclusión

La integración de más mecatrónica en ascensores es una necesidad. Las capacidades en términos de aumentar el nivel de seguridad de los pasajeros deben verse como una oportunidad. Sin embargo, las normas y directivas deben considerar estas posibilidades y la comprensión y el conocimiento sobre estos nuevos componentes deben enseñarse en la industria de los ascensores.

Más sensores en los ascensores cambiarán el aspecto y las funcionalidades de los componentes. Por lo tanto, los conceptos de servicio y mantenimiento también cambiarán. El nivel de comunicación de los componentes individuales y su interoperabilidad a través de la tecnología de bus de campo son clave y ayudarán a formar los ascensores inteligentes del futuro cercano. Los conceptos de seguridad, incluidos los frenos de seguridad controlados, son necesarios para cubrir estos requisitos y nuevas funcionalidades.

Referencias
[1] Nitidem, E. “Innovadora tecnología de control por cable para la seguridad de los ascensores” Presentación de VFA, Interlift Augsburg (2015).
[2] Kriener, K. “Neue Spielräume am Beispiel einer elektro-mechanischen Fangvorrichtung” (2015).
[3] Heilbronner Aufzugstage (2016).