Una protezione secondaria dell'ascensore molto importante

L'anello debole del sistema di sicurezza degli ascensori e come superarne gli svantaggi

In genere, si ritiene che il sistema di sicurezza degli ascensori sia molto sicuro, affidabile e completo, ma ha un collegamento molto debole. Se tale collegamento non funziona, il sistema potrebbe crollare completamente (ELEVATOR WORLD, luglio 2011, "How Elevator Door Interlocks and Brake Circuits Influence Each Other and Cross-Cycle Protection"). Gestire questo collegamento è molto importante nell'ambito generale della sicurezza degli ascensori.

Protezione multilivello e multiangolo

La protezione di sicurezza multilivello viene generalmente utilizzata nel sistema di controllo degli ascensori. Ad esempio, durante la velocità eccessiva dell'ascensore in discesa, il limitatore di velocità deve avviare l'arresto dell'ascensore mediante un dispositivo di sicurezza elettrico prima che la velocità della cabina raggiunga la velocità di intervento del limitatore di velocità. Se questa protezione fallisce e si verifica un'ulteriore accelerazione, il limitatore di velocità deve avviare l'arresto dell'ascensore mediante un dispositivo di sicurezza con spegnimento elettrico. Se anche questa protezione non funziona e si verifica un'ulteriore accelerazione, il limitatore di velocità deve avviare l'arresto dell'ascensore con il paracadute afferrando le rotaie di guida e trattenendo la cabina.

Un altro esempio è la protezione dei terminali nel pozzo. Al fine di prevenire il fuorigioco del terminale dell'ascensore (funzionamento della cabina oltre la normale posizione del terminale), i due interruttori di sicurezza (cioè finecorsa e finecorsa finale) sono generalmente impostati nel vano terminale e anche in caso di guasto allo spegnimento elettrico, i respingenti possono anche proteggere l'auto alla fine del pozzo. Tuttavia, in molti altri esempi di apparecchiature meccaniche ed elettriche, viene impostato un solo finecorsa per impedire il fuorigioco del terminale.

Usiamo anche una protezione di sicurezza multi-angolo nel sistema di controllo dell'ascensore. All'interno di questo sistema esiste una catena di sicurezza elettrica con molti interruttori di sicurezza, che corrisponde a ciascun dispositivo che deve essere protetto. Se uno di questi dispositivi non dovesse funzionare, il relativo interruttore di sicurezza interromperà la catena delle sicurezze elettriche, interrompendo il funzionamento dell'ascensore.

Il collo di bottiglia del sistema di sicurezza dell'ascensore

Il sistema di sicurezza dell'ascensore è suddiviso in parti meccaniche ed elettriche. La parte meccanica svolge un duplice ruolo: acquisire il relativo segnale meccanico iniziale ed eseguire alla fine una funzione di protezione. Anche il ruolo della parte elettrica è duplice: convertire il segnale meccanico iniziale in elettrico attraverso i contatti elettrici e trasmettere il segnale elettrico al dispositivo di protezione meccanica attraverso un circuito elettrico. Negli ascensori, i dispositivi di ultima esecuzione della protezione di sicurezza del macchinario controllati elettricamente sono il motore principale e il freno (cioè, il motore principale e l'alimentazione del freno verrebbero interrotti contemporaneamente per arrestare il funzionamento dell'ascensore). La modalità di controllo sopra è mostrata come Figura 1, dove c'è un problema evidente: poiché tutte le protezioni di sicurezza alla fine arriveranno a due componenti di base, se il motore o il freno si guastano, l'intero sistema di protezione si guasterà?

Diamo prima un'occhiata al motore principale. Quando si implementa il sistema di sicurezza, il motore principale smette di funzionare. Questo viene eseguito rimuovendo l'alimentazione dal motore. Dalla Figura 1, possiamo vedere che l'ascensore ha una protezione multilivello e multiangolo (cioè ci sono molti modi per interrompere la corrente elettrica al motore principale; anche se uno degli interruttori di sicurezza si guasta, un altro può eseguire l'interruzione). Pertanto, il mancato funzionamento del controllo del motore principale non causerà il guasto generale del sistema di sicurezza.

Successivamente, guardiamo al freno. Quando una cabina dell'ascensore viene arrestata durante il normale funzionamento, il motore principale si ferma per primo, quindi il freno porta la cabina a "velocità zero". Non è un problema interrompere l'elettricità del freno; come il motore, se un interruttore di sicurezza non funziona, un altro eseguirà il compito. Tuttavia, ciò non significa necessariamente che il freno possa funzionare in modo affidabile. Questo perché la forza elettromagnetica del freno non è forza frenante, ma forza di rilascio. La forza frenante del freno è fornita dal dispositivo meccanico e, se la forza frenante meccanica del freno non è sufficiente, il motore principale e il freno non possono arrestare l'ascensore, anche se è stato rimosso dall'alimentazione elettrica.

La cabina dell'ascensore è diversa da un'automobile su una strada pianeggiante. Quest'ultimo non ha energia potenziale e, finché il motore dell'automobile si ferma, la macchina non si muoverà dopo essersi fermata (in un ambiente chiuso). La cabina dell'ascensore, d'altra parte, di solito ha energia potenziale finché il peso della cabina e il contrappeso differiscono. Pertanto, quando l'ascensore arriva al piano e viene interrotta la potenza del motore, l'affidabilità dell'arresto della cabina è interamente assicurata dalla forza frenante meccanica del freno. Se questa forza non è sufficiente, può verificarsi uno slittamento del freno, anche se la porta dell'ascensore è aperta. Poiché lo slittamento del freno è dovuto al difetto di un dispositivo meccanico, tutti i controlli di sicurezza elettrica (cioè l'intero sistema come mostrato in Figura 1) perderanno efficacia.

Ad eccezione del freno, l'ascensore ha ancora tre dispositivi di sicurezza meccanici che possono arrestarne il movimento. Questi sono l'ingranaggio di sicurezza, il Rope Gripper™ e il respingente. Ma l'influenza di questi dispositivi di sicurezza meccanica è molto inferiore a quella del freno, perché questi dispositivi vengono utilizzati solo in determinate circostanze. Il paracadute e il Rope Gripper sono utilizzati nella protezione da velocità eccessiva, ma a causa della disposizione del contrappeso e delle restrizioni del pozzo, l'opportunità di eccesso di velocità è bassa, quindi l'effettiva opportunità di lavoro del paracadute e del Rope Gripper è minima. La disposizione del buffer si trova nella posizione terminale del pozzo e il suo scopo principale è impedire che l'ascensore si trovi fuori dalla sua posizione terminale. Tuttavia, anche l'opportunità per questa circostanza è ridotta, a causa dell'arresto dell'atterraggio, del controllo dell'eccesso di velocità e della forte protezione elettrica del terminale. Il freno dell'ascensore, al contrario, viene utilizzato in ogni caso di normale parcheggio, e in questi casi, se il freno si guasta, potrebbero verificarsi incidenti di taglio.

Il ruolo del freno sul sistema di sicurezza lo rende insostituibile. Quando il sistema di monitoraggio della sicurezza rileva uno stato di guasto, il sistema di controllo utilizza il freno per arrestare prima l'ascensore. Inoltre, finché i freni possono svolgere un ruolo normale, gli altri dispositivi di sicurezza meccanici non devono intervenire; cioè, il freno può sostituire in molti casi altri dispositivi di sicurezza meccanici. Tuttavia, in caso di guasto del freno, la sostituzione è difficile a causa del suo importante ruolo di sicurezza. L'avaria al freno di solito si verifica in condizioni di sovraccarico. Se durante il sovraccarico viene a mancare la forza frenante degli organi meccanici, l'ascensore può provocare lo slittamento, anche a porta aperta, provocando un incidente di taglio. Questi incidenti si verificano a bassa e media velocità, dove il paracadute e il Rope Gripper non possono agire per la protezione. Il buffer viene utilizzato in una posizione terminale del pozzo, ma gli incidenti di taglio si verificano vicino al pianerottolo, che è lontano dal capolinea del pozzo. Pertanto, il buffer non può fungere anche da protezione.

Quando si verifica un guasto al freno, l'intero sistema di sicurezza potrebbe non funzionare. Ad esempio, la protezione dell'interblocco porta richiede che il sistema di controllo fermi il movimento dell'ascensore quando la porta è aperta; ma, se non c'è abbastanza forza frenante meccanica, l'ascensore può ancora muoversi, nonostante la porta dell'ascensore sia aperta. In questo momento, non c'è protezione dal verificarsi di un incidente di taglio. Il freno è quindi un vero e proprio collo di bottiglia del sistema di sicurezza.

Incidenti in ascensore

Le prestazioni di sicurezza degli ascensori odierne sono molto elevate, grazie allo sviluppo della tecnologia elettromeccanica e all'introduzione della tecnologia informatica. Ma, poiché la debolezza del sistema qui menzionata non è stata fondamentalmente risolta, si verificano ancora alcuni gravi incidenti di sicurezza.

Nell'agosto 2011, si è verificato un incidente in un ascensore a Xiamen, in Cina, a causa di un guasto al freno. Una persona è morta e un'altra è rimasta ferita. Un'indagine di follow-up ha rilevato che la ganascia del freno non era strettamente unita sulla superficie della ruota del freno durante il tempo di frenata. Quando l'ascensore si è fermato in quel momento al primo piano, il freno ha improvvisamente smesso di funzionare e l'auto ha iniziato a salire, a causa del pesante contrappeso. In questo momento, un bambino è uscito dall'ascensore ed è stato fermato dalla porta dell'ascensore, che si è spostata verso l'alto. Il nonno del bambino, anche lui presente, ha cercato di estrarre il nipote, ma è caduto nel pozzo, attraverso la porta aperta dell'ascensore.

Protezione secondaria per il freno

Per correggere completamente la debolezza del sistema di sicurezza dell'ascensore, la funzione di arresto del freno per la velocità inferiore o media deve avere una seconda protezione elettromeccanica (cioè un altro dispositivo di frenatura elettromeccanico) per la frenatura. Non solo dovrebbero essere considerati i problemi meccanici; dovrebbero esserlo anche quelli elettrici. Cioè, in un primo momento, il sistema di monitoraggio deve monitorare lo stato di guasto del freno; una volta che il freno non funziona, il circuito di monitoraggio avvia immediatamente un altro dispositivo di frenatura elettromeccanico, in tempo per fermare l'ascensore, al posto del freno. Il dispositivo di frenatura elettromeccanico di questa protezione secondaria deve essere completamente indipendente dal freno dell'azionamento principale; non partecipa alla normale frenata per evitare l'usura, e funziona solo in caso di emergenza straordinaria. Sebbene il freno abbia anche due parti frenanti e anche le due parti frenanti siano indipendenti, le due parti funzionano e si consumano allo stesso tempo. Una volta che una parte fallisce, di solito un'altra fallisce contemporaneamente, quindi non ha né vera indipendenza, né doppia protezione. Pertanto, è necessario utilizzare un altro dispositivo di frenatura elettromeccanico indipendente per la protezione secondaria del freno.

Pinza a fune elettrica migliorata

Al fine di prevenire un incidente causato da un guasto al freno, potrebbe essere necessario introdurre un altro dispositivo di frenatura indipendente per proteggere il freno. Tuttavia, ciò non significa che debba essere aggiunto un nuovo dispositivo di frenatura. Una soluzione ragionevole è collegare questa importante funzione a un dispositivo di frenatura elettromeccanico esistente. In altre parole, possiamo utilizzare una pinza di presa elettromeccanica per eseguire questa funzione in modo incidentale. Il Rope Gripper è stato ampiamente utilizzato negli ultimi anni, con lo scopo di eseguire la protezione in salita. Può anche, tuttavia, fornire una soluzione al problema dello slittamento dei freni.

Esistono due tipi di pinze a fune: elettromeccaniche e puramente meccaniche. Entrambi sono avviati dal limitatore di velocità, che attiva l'interruttore elettrico della pinza a fune elettromeccanica e la fune di comando della pinza a fune meccanica. Solo il Rope Gripper elettromeccanico può eseguire una protezione secondaria per il freno; quello meccanico non può - fornisce solo protezione per velocità eccessiva in salita. Per supportare il freno con una pinza a fune elettromeccanica, il sistema di monitoraggio dovrebbe prima rilevare il guasto del freno. Una volta che il freno non funzionava, il sistema di controllo, tramite un circuito parallelo, avviava il Rope Gripper per fermare l'auto. Sebbene l'interruttore di controllo sui mezzi di protezione da sovravelocità della cabina in salita sia un dispositivo di sicurezza elettrico (di solito un circuito elettrico di sicurezza in serie senza apparecchiature elettriche in parallelo), l'interruttore di avviamento della pinza per funi non è il dispositivo di sicurezza elettrico. Al fine di soddisfare requisiti di controllo specifici, sarebbe consentito un circuito parallelo.

Circuito di controllo della protezione specifica per il freno

La protezione secondaria Rope Gripper per il freno viene utilizzata solo quando l'auto lascia la zona di sblocco con le porte aperte. Tuttavia, la frenata Rope Gripper è di solito per lo spostamento della fune di trazione. Questo indossa non solo il Rope Gripper, ma anche la fune di trazione. Quindi, il Rope Gripper verrebbe utilizzato il meno possibile. Il dispositivo non avvia la frenata nelle seguenti situazioni:

Se il freno ha uno slittamento incontrollato ma lo slittamento non è oltre l'area di sicurezza in cui non può verificarsi l'incidente di taglio

Quando lo slittamento è oltre l'area di sicurezza ma le porte dell'ascensore sono chiuse (lo slittamento della cabina con la porta dell'ascensore chiusa non comporta alcun rischio di incidente di taglio, quindi la pinza per funi non deve agire in tale situazione. Se lo slittamento continuo provoca eccesso di velocità e raggiunge il pozzo terminale, il paracadute e il buffer possono essere utilizzati per la protezione.)

Quando è in modalità di ispezione, la pinza per funi non partecipa alla protezione del freno, perché l'ispezione deve aprire la porta ovunque, anche oltre la zona di sblocco (questo è uno stato di lavoro, non uno stato di guasto).

La figura 2 è un circuito di controllo della protezione secondaria del freno. La fila superiore è il controllo dell'interblocco della porta. “J” è il relè interblocco porta auto; “KM” è il relè di porta aperta; “CRIR” è il relè di ispezione tetto cabina; “CIR” è il relè di ispezione dell'auto; “ALR” e “BLR” sono rispettivamente i relè di livellamento sopra e sotto; “B1” e “B2” sono i relè del circuito di frenatura; “T11” e “T21” sono i contatti elettrici rispettivamente delle porte attive e passive di un pianerottolo di un piano; “T1” è un relè porta attiva di piano comandato da tutti i contatti porta attivi di un piano in serie; e "T2" è un relè della porta passiva di piano controllato da tutti i contatti della porta passiva di piano in un circuito in serie. "MS" è il relè di interblocco porta controllato da tutti i contatti di interblocco porta in un circuito in serie. Nei controllori programmabili e nelle schede per computer, i relè come "T1", "T2" e "MS" possono essere impostati nel software (ossia, possono essere congiuntivi). Dopo che tutte le porte si sono chiuse, "MS" è collegato e il suo contatto normalmente aperto ("MS2") è collegato, con il suo contatto normalmente chiuso ("MS1" e "MS3") scollegato, oppure "MS" è scollegato e il suo contatto normalmente aperto disconnesso, con il suo contatto normalmente chiuso connesso.

Nella Figura 2, "T" è un relè a tempo. Lo scopo dell'utilizzo di un timer è quello di evitare una protezione non necessaria. Fintanto che il sistema di controllo può tornare automaticamente allo stato normale o essere protetto con altri mezzi in breve tempo, il Rope Gripper non partecipa alla frenata. Il temporizzatore inizia il cronometraggio quando l'auto lascia la zona di sblocco con una portiera aperta. Questo può accadere in uno dei due casi. In primo luogo, l'ascensore può lasciare la zona di sblocco con una porta aperta quando la macchina motrice è sotto tensione. Alcuni ascensori hanno una funzione di rilivellamento: mentre l'ascensore corre automaticamente verso la sua zona di livellamento, la pinza per funi non partecipa alla frenata. Il secondo caso può verificarsi quando l'ascensore esce dalla zona di sblocco con una porta aperta dopo che la macchina motrice ha perso potenza. In questo caso, se l'ascensore non si rilivella in breve tempo, il Rope Gripper si preparerebbe alla frenata, perché questa volta il freno potrebbe essere in stato di slittamento. Qualunque sia la causa, fintanto che la cabina esce dalla zona di sblocco (quando è collegato il contatto normalmente chiuso induttore di livellamento “LI1”) e la porta dell'ascensore non si chiude (quando è collegato il contatto normalmente chiuso “MS1”), “T” inizia il cronometraggio (quando è collegato “T”). La zona di sblocco corrisponde a una lunghezza dell'aletta della porta all'incirca uguale alla lunghezza del pannello di segregazione in Figura 2. Quindi, "LI" che lascia il pannello di segregazione sarebbe considerato come l'ascensore che lascia la zona di sblocco.

In alcuni casi, il fatto che l'ascensore esca dalla zona di sblocco con una porta aperta non rappresenta un guasto al freno, ma un cortocircuito dell'interblocco porta o del circuito del freno. A questo punto, finché c'è un circuito di rilevamento e ha trovato il cortocircuito, il sistema di controllo può avviare forzatamente il freno per arrestare il movimento. Per evitare il rischio di guasto del freno, questo stato dovrebbe essere temporizzato (cioè, se il freno si guastasse nella protezione, il sistema di controllo avvierebbe immediatamente la pinza a fune). "MBF" in Figura 2 viene utilizzato per verificare se il circuito di interblocco porta o freno è in corto. Dopo che l'ascensore è stato parcheggiato a un piano e la sua porta si è aperta, finché il circuito di blocco porta o freno è (parzialmente) in cortocircuito, "MBF" non può essere collegato e il relè elettrico della catena di sicurezza ("SCR") può essere rotto. Se l'interblocco porta o il circuito del freno non sono in cortocircuito, ma una porta dell'ascensore si apre al di fuori della zona di sblocco (cioè, i contatti normalmente aperti "LI2" e "MS2" sono tutti disconnessi contemporaneamente), anche l'SCR può essere interrotto immediatamente. Da "SCS1" a "SCSN" sono i contatti elettrici generali della catena di sicurezza che hanno interrotto l'SCR nel metodo originale dopo il guasto del componente di sicurezza a cui corrisponde il contatto. Quando l'SCR è rotto, i suoi contatti dovrebbero controllare direttamente il motore principale e il freno per smettere di funzionare.

Se lo scorrimento non può essere arrestato dopo la rottura della catena di sicurezza elettrica e questa aumenta ulteriormente fino a quando le induttanze di livellamento sopra e sotto (rispettivamente “ALI” e “BLI”) escono tutte dal quadro di segregazione e, contemporaneamente, la porta dell'ascensore viene aperto o l'interblocco della porta o il circuito dei freni è in cortocircuito, è probabile che si verifichino incidenti di taglio. A questo punto, il sistema di controllo dovrebbe essere pronto per avviare la pinza per funi attraverso il suo interruttore di protezione da sovravelocità verso l'alto del circuito parallelo ("UOP"). Qualsiasi "ALI" o "BLI" sulla scheda di segregazione è equivalente alla lunghezza della scheda. Aggiungendo la lunghezza tra "ALI" e "BLI", quest'area è molto più grande della zona di sblocco. Se l'auto supera questa zona con la portiera aperta e non vi rientra allo scadere del ritardo di “T”, il sistema di controllo avvia immediatamente il Rope Gripper. Il suo circuito di protezione secondario è in parallelo con il contatto di avvio della sua protezione di sovravelocità in salita; cioè, il suo circuito di protezione secondario non influenzerebbe la protezione originale di velocità eccessiva verso l'alto del dispositivo. "JDJ2" nel circuito del relè della pinza di presa ("RGR") è il contatto del relè di ispezione del tetto della cabina. In stato di ispezione, questo contatto normalmente chiuso si disconnette per schermare la protezione secondaria del Rope Gripper.

Conclusione

Il fallimento dello slittamento del freno con una porta aperta è completamente diverso dal fallimento della velocità eccessiva in salita, non solo nella probabilità del suo verificarsi, ma anche nel grado di danno potenziale: entrambi sono molto più grandi rispetto al caso di accelerazione in salita. Pertanto, se il Rope Gripper può eseguire la protezione secondaria del freno oltre alla protezione originale di velocità eccessiva in salita, il suo valore aggiuntivo è molto maggiore.

Non tutti i dispositivi di sicurezza meccanici necessitano di una protezione secondaria, ma è necessaria una protezione secondaria per il freno. Rispetto ad altri dispositivi di sicurezza meccanici, il freno presenta tre caratteristiche: 1) la frequenza di utilizzo del freno è elevata, e la possibilità di guasto è molto maggiore di quella di altri dispositivi di sicurezza meccanici per eccessiva usura; 2) l'avaria del freno è spesso accompagnata da uno slittamento in una porta aperta, con una pericolosità in caso di avaria molto maggiore di quella di altri dispositivi meccanici di sicurezza; e 3) l'avaria del freno potrebbe far perdere la loro efficacia a tutti i dispositivi elettrici di sicurezza. Pertanto, è necessario utilizzare una pinza a fune elettrica per la protezione secondaria del freno. In caso contrario, il sistema di protezione di sicurezza dell'ascensore non può essere definito completo.