Indagine sui guasti dei freni delle scale mobili

Uno sguardo esperto a cosa ha causato e cosa non ha causato questo incidente di velocità eccessiva sulla scala mobile

di Anthony Boom

Introduzione

Quasi tutti hanno sentito il detto "Gli incidenti non 'accadono e basta'. Sono causati dalle azioni o dalle omissioni di una o più persone". So di aver sentito questo detto molte volte in quasi ogni riunione sulla sicurezza a cui ho partecipato nella mia carriera. Ma ho anche scoperto che questa affermazione è vera per esperienza personale, in quanto ho indagato sugli incidenti sulle scale mobili. 

Di seguito una breve sinossi di un caso in cui sono stato testimone esperto, e che dimostra che "gli incidenti non capitano per caso". Il caso riguarda una scala mobile che stava scendendo e trasportava un carico di passeggeri. Un giorno in particolare, la scala mobile ha accelerato all'improvviso al punto che molti passeggeri non potevano uscire dalla scala mobile senza cadere. Fortunatamente, le ferite sono state poche e lievi. Definirei questo incidente un "quasi incidente". La condizione di velocità eccessiva della scala mobile avrebbe potuto causare gravi danni alla scala mobile e gravi lesioni ai passeggeri. Di conseguenza, è stato necessario completare un'indagine attenta su questo incidente per determinare cosa è andato storto, in modo da poter adottare misure per prevenire il verificarsi di eventi simili in futuro.

Informazioni fornite

Quando inizialmente contattato da un avvocato che rappresentava il produttore della scala mobile, sono stato informato in generale sull'incidente e su varie teorie riguardanti la causa dell'incidente. Dopo una discussione con l'avvocato, abbiamo concordato che, poiché ero un progettista di sistemi di controllo delle scale mobili e di sistemi di controllo della frenata delle scale mobili durante il periodo di produzione della scala mobile, avrei dovuto esaminare le informazioni del caso e visitare il sito per eseguire un'ispezione della scala mobile.

L'avvocato ha poi fornito informazioni, tra cui, a titolo esemplificativo ma non esaustivo, quanto segue: 

• Un video dell'incidente
• deposizioni
• Marca, modello e posizione della scala mobile coinvolta nell'incidente

Informazioni esaminate

Di solito inizio le mie indagini procurandomi e revisionando la documentazione di produzione, inclusi, ma non limitati a, schemi elettrici, informazioni sul controller, tipo di controllo del freno, tipo di freno, dati del motore, dispositivi di sicurezza, dettagli meccanici generali e altro ancora. Ma, poiché è stato fornito un video dell'incidente, ho deciso di guardare prima il video.

Ho guardato e riguardato il video numerose volte. Ho persino guardato il video fotogramma per fotogramma per vedere cosa potevo imparare sull'inizio, la durata e la conclusione dell'incidente.

Dal video ho imparato

• Una scala mobile in discesa che funzionava a una normale velocità nominale, la stessa velocità della scala mobile adiacente in salita, ha accelerato rapidamente fino a quella che sembrava essere più del doppio della velocità nominale. Il video non ha rivelato perché la scala mobile ha accelerato, ma ha rivelato che il carico non era la causa della velocità eccessiva.
• La scala mobile era carica di un numero significativo di passeggeri ma non di un carico che si avvicinasse al carico di codice. Come potevo determinarlo? La salita della scala mobile era alta, ma c'erano uno o due gradini vuoti tra molti passeggeri e, in genere, non c'era più di una persona su un gradino occupato. In effetti, c'erano diversi gradini senza passeggeri tra gruppi di passeggeri. A prima vista della scala mobile, si potrebbe pensare che l'unità fosse molto carica se chi guardava la scala mobile non era a conoscenza dei requisiti di carico del codice o del carico di progettazione della scala mobile. Ma conosco i requisiti di carico del codice e conoscevo il carico di progettazione minimo di questa scala mobile, quindi ho potuto escludere che la scala mobile fosse sovraccarica. Quindi, il sovraccarico non è stata la causa della velocità eccessiva della scala mobile.
• Dopo che la scala mobile in discesa ha accelerato, ha continuato a muoversi nella direzione discendente finché tutti i passeggeri, tranne tre o quattro, sono usciti dall'estremità inferiore dell'unità. Dal momento in cui la scala mobile ha iniziato ad accelerare fino a quando si è fermata, sono trascorsi circa 20 secondi. La scala mobile ha rallentato fino a una dolce e graduale fermata. Mi è sembrato che la scala mobile non avesse freni o, se li aveva, non si azionavano.

Successivamente, ho procurato e rivisto la documentazione di produzione, che comprendeva gli schemi elettrici, le informazioni sul controller, i dispositivi di sicurezza, i dettagli meccanici generali e altro ancora. 

Dalla documentazione di produzione ho imparato

• Il controller della scala mobile era un controller basato su microprocessore con molte funzioni di sicurezza, tra cui il controllo del freno a circuito chiuso, il rilevamento della velocità eccessiva, il rilevamento della distanza di arresto troppo lunga e altro ancora. Inoltre, questo controller manteneva registri di guasti ed eventi a cui si poteva accedere tramite un PC o uno strumento di servizio portatile.
• Il controllo dei freni era un controllo a circuito chiuso certificato CSA, che variava la coppia frenante durante l'arresto della scala mobile per mantenere una velocità di decelerazione impostata.
• C'erano due freni magnetici certificati CSA, che erano freni autoregolanti con una funzione "auto gap". I freni non richiedevano regolazioni nel senso di regolazione della coppia. I freni dovevano solo essere impostati correttamente. Il gap del freno (la distanza tra la piastra dell'indotto e lo statore del freno quando il freno è in posizione aperta) è determinato dalla funzione "auto gap" e non da una regolazione manuale. Per impostare il gap del freno sulla misurazione corretta, tutto ciò che doveva essere fatto era:
  • Aprire elettricamente un freno
  • Estrarre manualmente la piastra dell'indotto del freno e l'hardware di fissaggio oltre l'impostazione del meccanismo "auto gap"
  • Spingere manualmente la piastra dell'indotto del freno chiusa. Quando si spinge manualmente la piastra dell'indotto del freno chiusa, la funzione "auto gap" imposta quindi il gap del freno sulla misurazione corretta. Dopo la corretta installazione, il freno non ha richiesto alcuna regolazione o ri-regolazione. 
• Il produttore della scala mobile ha fornito:
  • Un documento che spiega nel dettaglio come impostare correttamente i freni. 
  • Un documento che spiega nel dettaglio come ispezionare e manutenere i freni e quando sostituirli. (Questo documento è stato scritto da me.)
• Dalla procedura di ispezione e manutenzione che ho scritto, un freno deve essere sostituito, non regolato nuovamente, se si verifica una delle seguenti condizioni:
  • La coppia statica misurata del freno non soddisfa e non può soddisfare il valore minimo indicato nel documento.
    • Se la misurazione della coppia frenante statica è bassa, il freno può essere lucidato per pulire le superfici frenanti. Se, dopo la lucidatura del freno, la coppia frenante statica rientra nelle specifiche, il freno non deve essere sostituito a causa della bassa coppia statica.
  • Il freno è usurato fino all'indicatore di usura.
  • Il sensore di usura, se presente, indica un'usura dei freni pari al 90%.
  • Il materiale antiusura dei freni è contaminato da olio o altri agenti che riducono l'attrito.
  • Dopo una corretta impostazione, la distanza del freno non manterrà automaticamente la misura della distanza richiesta.
  • La bobina del freno è aperta o in cortocircuito.
  • La piastra dell'indotto del freno oscilla o vibra mentre ruota ad alta velocità.
  • Non è possibile far sì che il freno si apra in modo pulito.
  • Il freno non ha il codice Montgomery o KONE corretto.
  • Il numero di serie stampato sulla piastra dell'indotto non corrisponde al numero di serie stampato sullo statore. (Nota: lo statore e la piastra dell'indotto sono un set abbinato fornito dal produttore del freno.)
• Erano presenti due motori asincroni trifase a gabbia di scoiattolo che mantenevano una velocità costante.
  • Nota: il regime di rotazione di un motore a induzione asincrono trifase a gabbia di scoiattolo è determinato dalla frequenza della tensione applicata ai terminali del motore e non dal livello di tensione applicato ai terminali del motore.
• Per avviare dolcemente la scala mobile è stato installato un grande avviatore graduale, dotato di funzione di risparmio energetico.
  • La mia nota: la funzione di risparmio energetico riduce la tensione ai terminali del motore quando il motore è leggermente caricato. Questa funzione dovrebbe essere DISATTIVATA per l'uso su scale mobili e passerelle elettriche. Dai miei test in laboratorio, questa funzione non consente di risparmiare energia su una scala mobile. Abbassare la tensione sui terminali del motore riduce la coppia del motore. Il motivo per cui questa funzione non consente di risparmiare energia è un argomento per un'altra discussione.

Poi ho esaminato le deposizioni che mi erano state fornite.

I registri di manutenzione indicavano che, entro una settimana dall'incidente, il controller della scala mobile aveva generato diversi guasti per eccesso di velocità. Dopo ogni evento di eccesso di velocità, la scala mobile veniva rimessa in servizio senza eseguire alcuna azione correttiva perché "non era chiaro" cosa avesse causato il guasto per eccesso di velocità generato dal controller della scala mobile e perché non era possibile riprodurre un eccesso di velocità.

Dalle deposizioni ho appreso

• I registri di manutenzione indicavano che, entro una settimana dall'incidente, il controller della scala mobile aveva generato diversi guasti per eccesso di velocità. Dopo ogni evento di eccesso di velocità, la scala mobile veniva rimessa in servizio senza eseguire alcuna azione correttiva perché "non era chiaro" cosa avesse causato il guasto per eccesso di velocità del controller della scala mobile e perché non era possibile riprodurre un eccesso di velocità. (Nota mia: i guasti per eccesso di velocità/distanza di arresto troppo lunga venivano generati quando la scala mobile veniva spenta a fine giornata. I guasti per eccesso di velocità/distanza di arresto troppo lunga venivano generati perché la scala mobile si fermava troppo a lungo.) 
• Dopo l'incidente, un meccanico di scale mobili ha ispezionato la scala mobile e ha stabilito che il freno sinistro non aveva superato il test di coppia, ma la causa della velocità eccessiva non è stata determinata. Il valore di coppia riportato dal meccanico era ancora superiore al 90% della misurazione di coppia minima richiesta. (Nota mia: anche se il freno avrebbe dovuto essere sostituito, il 90% di coppia su un freno era ancora sufficiente per fermare la scala mobile se il secondo freno avesse superato il test di coppia.)
• Il meccanico sembrava non sapere come funzionava il controllore della scala mobile o in quale momento, se mai, avrebbe spento la scala mobile a causa di una condizione di velocità eccessiva.
• Il meccanico sembrava non sapere che il sistema frenante era un sistema controllato a circuito chiuso che variava la coppia frenante durante una sequenza di arresto per mantenere una velocità di decelerazione predeterminata. Presupponevano che il freno funzionasse come molti altri freni per scale mobili, in quanto il freno applica semplicemente la coppia frenante completa a ogni arresto.
• Dopo l'incidente, il meccanico ha testato i freni avviando e fermando la scala mobile. Ha notato che entrambi i freni si sono attivati ​​e che la scala mobile si è fermata normalmente.
• Il meccanico non ha controllato la “luce di frenata”.
• Il meccanico non ha notato alcun ritardo nell'azionamento dei freni.
• La causa effettiva della velocità eccessiva non era nota, ma alcuni ritenevano che il soft starter avesse in qualche modo fallito, causando la condizione di velocità eccessiva. Di conseguenza, prima di rimettere in servizio la scala mobile, si decise di rimuovere il soft starter dal sistema di controllo della scala mobile. (Nota mia: non c'erano prove che il soft starter si fosse guastato. In ogni caso, il soft starter fu rimosso e la scala mobile fu rimessa in servizio senza sapere cosa avesse causato la condizione di velocità eccessiva.)
• I registri di manutenzione indicavano che i freni erano stati ricostruiti. (Nota: questi freni non possono essere ricostruiti, ma devono essere sostituiti.)
• Il meccanico ha detto che il "pick è stato regolato". (Nota mia: non esiste una regolazione del "pick" per i freni di questa scala mobile. Forse intendeva "gap dei freni"? In ogni caso, il gap non è regolabile.)
• Un ex dipendente del produttore di scale mobili, in qualità di testimone esperto, ha dichiarato di essere riuscito a generare una condizione di velocità eccessiva sulla scala mobile senza nessuno sulla scala mobile. Ha affermato di aver osservato un ritardo nell'impostazione dei freni quando la scala mobile è stata fermata (utilizzando un interruttore di arresto). Ha affermato che il guasto di velocità eccessiva è stato generato perché i freni hanno ritardato l'impostazione o l'inserimento. (Nota mia: questo particolare controller genererà un guasto di velocità eccessiva se la scala mobile supera la velocità del 10% o se la distanza di arresto è troppo lunga.)

Successivamente ho creato una checklist per la mia ispezione in loco. 

La causa dell'eccesso di velocità della scala mobile non è mai stata risolta, nonostante la condizione fosse presente settimane prima dell'incidente e dopo che la scala mobile era stata rimessa in servizio.

La mia lista di controllo abbreviata per l'ispezione in loco

• Registrare i registri degli strumenti di assistenza del controllore delle scale mobili in base alla data dell'incidente.
  • Scatta foto delle schermate degli strumenti di servizio.
• Controllare l'impostazione del parametro di frequenza dell'encoder dello strumento di servizio e confrontarla con la frequenza effettiva dell'encoder.
• Rivedere tutte le impostazioni dei parametri dello strumento di servizio.
• Avviare e arrestare la scala mobile più volte e registrare le distanze di arresto rilevate dal controllore della scala mobile.
• Controllare il numero di parte e la data del software del freno.
• Controllare i freni.
  • Misurazione della distanza del freno n. 1
  • Misurazione della distanza del freno n. 2
  • Misurazione della coppia del freno n. 1
  • Misurazione della coppia del freno n. 2
  • Fare foto.
• Ispezionare il freno che era stato rimosso dalla scala mobile.
• Ispezionare il soft starter Nordic che era stato rimosso dal sistema di controllo della scala mobile.
  • Scatta foto dell'avviatore dolce.
  • Scatta foto dei potenziometri dell'avviatore graduale.
  • Scatta foto del cablaggio dell'avviatore graduale.
  • Ricollegare il soft starter al sistema di controllo della scala mobile.
  • Testare il soft starter avviando e arrestando la scala mobile con il soft starter cablato nel sistema di controllo della scala mobile. Ripetere più volte.
• Testare il rilevamento della velocità eccessiva.
  • Mentre la scala mobile è in funzione, utilizzare lo strumento di servizio per modificare il parametro della frequenza dell'encoder in modo che sia pari al 90% della frequenza effettiva dell'encoder in tempo reale.
• Scatta foto del controller e registra la revisione del software.

Successivamente ho effettuato un sopralluogo e ho ispezionato la scala mobile. 

Cosa ho imparato dall'ispezione del sito

• Il registro degli errori dello strumento di assistenza del controllore delle scale mobili conteneva numerose voci di errore per eccesso di velocità con data e ora risalenti a giorni prima della data dell'incidente.
• Il parametro di frequenza dell'encoder dello strumento di servizio è stato impostato correttamente.
• Tutte le altre impostazioni dei parametri dello strumento di servizio sono state impostate correttamente.
• La scala mobile è partita e si è fermata correttamente. Le distanze di arresto erano quelle necessarie.
• Il numero di parte e la data del software dei freni erano corretti.
• Controllo freni:
  • La misurazione della distanza del freno n. 1 era troppo ampia e avrebbe ritardato l'impostazione durante l'arresto della scala mobile.
  • La misurazione della distanza del freno n. 2 era troppo piccola e il freno non si apriva in modo pulito.
  • La misurazione della coppia del freno n. 1 rientrava nelle specifiche.
  • La coppia misurata sul freno n. 2 era molto al di sotto della coppia.
  • Entrambi i freni dovevano essere sostituiti.
  • La mia nota: la scala mobile, se carica, supererebbe di nuovo la velocità se un dispositivo di sicurezza scattasse durante la corsa in discesa. La scala mobile era attualmente in servizio.
• Il soft starter nordico è stato ricollegato al sistema di controllo.
  • Il soft starter non sembrava bruciato o danneggiato.
  • I potenziometri dell'avviatore graduale sono stati impostati correttamente.
  • Il cablaggio del soft starter era tale da escluderlo.
• Nota: se al momento dell'incidente il soft starter era cablato come l'ho trovato, non era possibile che avesse avuto un ruolo nell'eccesso di velocità della scala mobile.
  • Il soft starter ha funzionato correttamente quando è stato cablato per stampa. Il soft starter non era difettoso.
• La funzione di rilevamento della velocità eccessiva ha funzionato correttamente.
• Il controller era quello corretto e il software caricato aveva il numero di parte e la revisione corretti.

Cosa mi ha portato a concludere la mia indagine su ciò che non ha causato la condizione di eccesso di velocità della scala mobile

• Un peso eccessivo sulla scala mobile non è stata la causa della condizione di velocità eccessiva della scala mobile. La scala mobile non era sovraccarica. 
  • Il carico di passeggeri sulla scala mobile rientrava ampiamente nel carico di progetto della scala mobile. 
  • Dai test sui motori svolti nel corso degli anni nel laboratorio di ricerca e sviluppo, ho scoperto che i motori a induzione trifase a gabbia di scoiattolo, come quelli utilizzati in questa scala mobile, possono produrre una coppia notevolmente superiore a quella nominale prima che il motore non riesca più a sostenere il carico.
  • Prima che il carico su una scala mobile facesse “raggiungere la velocità massima” del motore, la corrente del motore sarebbe sufficientemente elevata da far scattare i relè di sovraccarico del motore o un interruttore automatico.
  • Finché ai terminali del motore viene applicata la tensione corretta, il motore manterrà la velocità.
• Il soft starter nordico non è stato la causa della condizione di velocità eccessiva della scala mobile.
  • Il soft starter Nordic non è stato danneggiato o bruciato. Il soft starter Nordic ha funzionato perfettamente.
  • I potenziometri sul soft starter erano impostati correttamente e in modo tale che la funzione di risparmio energetico fosse disattivata. Se la funzione di risparmio energetico fosse stata attivata e se il soft starter non fosse stato bypassato, la scala mobile avrebbe accelerato OGNI volta che la scala mobile veniva caricata, come mostrato nel video di sicurezza fornito dell'incidente.
  • Il soft starter Nordic era cablato con i fili di ingresso e i fili di uscita collegati direttamente ai terminali di uscita, bypassando di fatto il soft starter. Al momento dell'incidente, il soft starter era bypassato, ovvero se il cablaggio non era stato modificato qualche tempo dopo l'incidente e prima che io effettuassi la mia ispezione. Uno dei meccanici ha testimoniato che il cablaggio non era stato "manomesso".
• La causa della condizione di velocità eccessiva non è stata il mancato comando dei freni da parte del controllore della scala mobile.
  • Il rilevamento di velocità eccessiva della scala mobile ha funzionato correttamente e ha avviato l'arresto quando la velocità della scala mobile ha superato del 10% la velocità nominale.
  • I parametri dello strumento di servizio delle scale mobili sono stati impostati correttamente.
  • Il regolatore dei freni funzionava bene.
• La causa dell'eccesso di velocità della scala mobile non è mai stata risolta, nonostante la condizione fosse presente settimane prima dell'incidente e dopo che la scala mobile era stata rimessa in servizio.
  • I registri di manutenzione indicavano che giorni prima dell'incidente si erano verificati almeno sette guasti Overspeed/Stop Distance Too Long, che erano stati ripristinati. Ogni volta che il guasto veniva ripristinato, la scala mobile veniva rimessa in servizio senza correggere la causa principale del guasto.
  • I registri di manutenzione hanno mostrato che i freni sono stati ricostruiti, cosa che non è possibile fare.
  • Dai registri di manutenzione è emerso che i freni sono stati regolati, cosa che non è possibile fare.
  • I registri di manutenzione hanno mostrato che il "pick" è stato regolato, cosa che non è possibile fare.
  • I registri di manutenzione hanno mostrato che la scala mobile è stata avviata e fermata e che tutto sembrava a posto.
  • Lo strumento di servizio ha inoltre segnalato una serie di guasti dovuti a velocità eccessiva, registrati nella memoria del controllore della scala mobile al momento dell'incidente.

Cosa mi ha portato a concludere la mia indagine su cosa ha causato la condizione di eccesso di velocità della scala mobile

• È scattato almeno un dispositivo di sicurezza, interrompendo l'alimentazione ai motori della macchina motrice.
• Con l'interruzione dell'alimentazione elettrica ai motori delle macchine motrici, questi non erano più in grado di produrre la coppia necessaria per impedire alla scala mobile di accelerare eccessivamente.
• L'intervento del dispositivo di sicurezza ha inoltre fatto sì che il controller dei freni interrompesse l'alimentazione ai freni della macchina motrice.
• I freni della macchina motrice non si sono attivati ​​o non avevano una coppia sufficiente a trattenere QUALSIASI carico. La scala mobile si è fermata per inerzia.
• Poiché solo un freno è stato testato come leggermente sotto coppia, ho dovuto concludere che i freni non si sono attivati. Ciò è stato confermato dal fatto che la scala mobile si è fermata per inerzia.
• Un testimone esperto ha affermato che, quando ha testato i freni, ha notato un ritardo nell'azionamento.
• I guasti Overspeed/Stop Distance Too Long registrati giorni prima dell'incidente sono stati generati perché la scala mobile si fermava troppo a lungo. La scala mobile si fermava troppo a lungo perché i freni ritardavano ogni volta che la scala mobile veniva spenta.
• Il motivo per cui i freni si sono impostati in ritardo è perché, al momento, i freni necessari per applicare il gioco dei freni era troppo ampio perché il magnete potesse tirare la piastra dell'indotto nella superficie frenante dello statore. Se il gioco dei freni è troppo ampio, i freni ritarderanno l'impostazione o non si imposteranno affatto.
  • Ho già osservato questo fenomeno in più di una scala mobile con freni usurati. Ho visto freni usurati attivarsi solo dopo che la scala mobile si era fermata per inerzia.

Conclusione

Come ho affermato nell'Introduzione, "Gli incidenti non 'accadono e basta'. Sono causati dalle azioni o dalle omissioni di una o più persone". In questo caso, l'incidente è stato causato dall'inazione del personale addetto alla manutenzione. I meccanici addetti alla manutenzione della scala mobile non hanno:

• Scopri cosa ha causato l'eccesso di velocità.
• Scopri come funzionano il controller e i freni della scala mobile.
• Sapere come effettuare una corretta manutenzione dei freni.
• Sembra che conosca il documento del produttore che spiega nel dettaglio come installare correttamente i freni. 
• Sembra che conosca il documento del produttore che spiega nel dettaglio come ispezionare e manutenere i freni e quando sostituirli.

Sono sicuro che, in questo caso, i meccanici hanno fatto del loro meglio per impedire la condizione di velocità eccessiva della scala mobile. Tuttavia, non sono stati in grado di impedire la condizione di velocità eccessiva perché non erano formati sul funzionamento e la manutenzione di questo sistema di controllo e dei freni.

Se i meccanici addetti alla manutenzione della scala mobile avessero seguito le istruzioni nei due documenti forniti dal produttore della scala mobile, i meccanici avrebbero saputo come installare e manutenere i freni. Di conseguenza, avrebbero sostituito entrambi i freni e li avrebbero installati correttamente, e la condizione di velocità eccessiva non si sarebbe mai verificata.

Ho lavorato con molti meccanici di scale mobili nel settore e, quasi senza eccezioni, sono orgogliosi del lavoro che svolgono. Sono sicuro che, in questo caso, i meccanici hanno fatto del loro meglio per prevenire la condizione di velocità eccessiva della scala mobile. Tuttavia, non sono stati in grado di prevenire la condizione di velocità eccessiva perché non erano formati sul funzionamento e la manutenzione di questo sistema di controllo e dei freni.

Sintesi

• La scala mobile ha superato la velocità perché i freni non sono entrati in funzione quando è scattato un dispositivo di sicurezza.
• I freni non si azionavano perché la distanza tra i freni era troppo ampia.
• La distanza tra i freni era troppo ampia perché i freni della scala mobile erano usurati.
• Il meccanico ha ripetutamente e inconsapevolmente rimesso in funzione la scala mobile con i freni usurati.
• Il meccanico non sapeva che i freni erano usurati perché non era stato adeguatamente formato.