Circuiti relè di sicurezza

La spina dorsale logica dell'UCMP

di Lakshmanan Raja

Il sistema di protezione contro i movimenti involontari della cabina (UCMP) è progettato per impedire o arrestare l'allontanamento della cabina dal piano quando la porta di piano è sbloccata e la porta di cabina rimane aperta, a causa di un singolo guasto alla macchina dell'ascensore o al sistema di controllo della trazione. Il sistema UCMP è composto da tre elementi principali: un meccanismo di rilevamento che monitora i movimenti involontari, un meccanismo di controllo e un meccanismo di arresto che interviene per arrestare in sicurezza la cabina quando viene rilevato tale movimento.

In questo articolo ci concentriamo sul meccanismo di controllo: il circuito del relè di sicurezza, che costituisce la spina dorsale logica del controllo UCMP fornendo funzionalità di monitoraggio ridondanti, rilevamento dei guasti e risposta a prova di errore.

Per comprendere la logica di questo circuito di relè di sicurezza, partiamo da un semplice circuito di controllo del motore di avvio e arresto e lo miglioriamo passo dopo passo per arrivare al circuito di relè di sicurezza. 

Prima di approfondire l'argomento, è fondamentale familiarizzare con alcuni termini importanti: 

• Relè — Relè e contattori sono come interruttori automatici. Controllando la corrente che scorre nella loro bobina, possiamo decidere quando accenderli e spegnerli. Possono avere una o più coppie di contatti, che possono essere normalmente aperti o normalmente chiusi.
• Normalmente aperto (NO) e contatti normalmente chiusi (NC) — Per i relè e i contattori elettrici, il NC/NO Si basa sullo stato del contatto elettrico quando la bobina non è collegata ad alcuna fonte di alimentazione. Per gli interruttori meccanici, si basa sullo stato dei contatti in stato di riposo, quando non viene applicata energia meccanica esterna al meccanismo di attivazione dell'interruttore. 
• Contatti a guida forzata/Contatti collegati meccanicamente: si tratta di un tipo speciale di progettazione dei contatti dei relè in cui tutti i contatti sono interconnessi meccanicamente tramite un collegamento rigido all'interno del relè. Questa struttura garantisce che, se un contatto si blocca o si salda, gli altri non possano cambiare stato in modo indipendente. In altre parole, il loro movimento è sincronizzato meccanicamente, consentendo il rilevamento di una condizione di guasto dei contatti. 

Controllo Start-Stop semplice

Iniziamo la nostra discussione con un circuito semplice, il circuito di controllo del motore start-stop mostrato nella Figura 1. Il relè di controllo è del mattino rappresenta il contattore che controlla l'alimentazione del motore. L'avviamento è un pulsante con il NO contatto, e l'arresto è un altro pulsante con il NC contatto. 

Quando tutti gli elementi sono cablati correttamente e l'alimentazione è attiva, premendo il pulsante di avvio si chiude il suo contatto e si collega la bobina del relè A all'alimentazione. Questo eccita il relè, facendo sì che i suoi contatti normalmente aperti, A1 nel primo gradino e A2 nel secondo gradino, per chiudere. Dal contatto A1 è collegato al pulsante di avvio, fornisce l'alimentazione necessaria alla bobina e mantiene il relè in uno stato di aggancio dopo il rilascio del pulsante di avvio. Contatto A2 collega il contattore del motore M all'alimentazione. Quando si preme il pulsante STOP, si interrompe la linea di alimentazione al relè A, che a sua volta interrompe l'alimentazione al M contattore. Questo toglie potenza al motore. 

Qui sorge una domanda importante: quando premiamo stop, quanto siamo sicuri che l'alimentazione verrà interrotta dal contattore del motore?

Aggiunta di ridondanza 

Il guasto di sicurezza più significativo nel circuito descritto nella Figura 1 si verifica quando il relè A rimane bloccato nella posizione energizzata a causa della saldatura a contatto. Di conseguenza, il M il contattore è continuamente eccitato tramite la chiusura permanente A2 contatto, e la pressione del pulsante STOP diventa inefficace. Per risolvere questo problema, abbiamo aggiunto un secondo relè, relè B, per ridondanza, come mostrato nella Figura 2.

Esiste anche la possibilità che il pulsante STOP sia bloccato meccanicamente, impedendone il funzionamento quando necessario. Pertanto, un interruttore di arresto che incorpora due NC Si utilizza un contatto di tipo "a" ed entrambi i contatti sono collegati in serie. Pertanto, se uno dei due si blocca meccanicamente, almeno l'altro aprirà il circuito quando viene premuto il pulsante di arresto. Pertanto, la ridondanza viene aggiunta nel circuito mostrato in Figura 2 per il relè di controllo e l'interruttore di arresto. 

L'importante svantaggio del circuito in Figura 2 è che, se il relè A o il relè B si bloccano a causa della saldatura dei contatti, il circuito continuerà a funzionare correttamente. Lo stesso vale per il contatto dell'interruttore di arresto. Tuttavia, l'utente non si accorgerà del guasto di uno dei componenti finché entrambi non si bloccano. Questo è pericoloso, e come possiamo affrontarlo? 

Monitoraggio della ridondanza – Rilevamento dei guasti

La ridondanza senza un adeguato monitoraggio e rilevamento dei guasti comprometterà lo scopo della ridondanza stessa. Ciò consente ai guasti di accumularsi e passare inosservati all'utente. Per risolvere questo problema, è essenziale implementare un circuito di rilevamento dei guasti.

Nelle disposizioni dei circuiti mostrate nella Figura 3, il relè C viene utilizzato per monitorare lo stato dei relè A and B per eventuali segni di saldatura a contatto. Il termine "monitoraggio" può essere ambiguo, quindi è importante chiarire la frequenza di questo monitoraggio. In queste configurazioni, il rilevamento avviene prima di ogni ciclo di avviamento. Lo spiegherò nel prossimo paragrafo.

Supponiamo che i componenti siano cablati secondo lo schema in Figura 3 e che l'alimentazione sia attivata. Il relè C nel secondo gradino si accenderà tramite il NC contatta LA2, SI2 del relè A e relè B. Ora premendo il pulsante di avvio si chiudono i suoi contatti e si collegano le bobine dei relè A and B all'alimentazione elettrica attraverso il C1 contatto nel primo piolo. Questo eccita entrambi i relè, che poi aprono i rispettivi contatti nel secondo piolo, causando il relè C per disattivare (Nota: l'elemento di ritardo collegato a una bobina del relè C ritarderà la sua partenza troppo rapida prima del relè A and B accendere.) Disattivazione dell'alimentazione C il relè non rimuoverà l'alimentazione dal relè A e il relè B bobina nel primo piolo a causa del percorso di auto-tenuta attraverso C1 e il pulsante di avvio formato da LA1, SI1 contatti. Con i relè A e B eccitati e il relè C diseccitato, il M il contattore nel terzo gradino è collegato all'alimentazione elettrica.

Quando si preme il pulsante di arresto, si rimuove effettivamente l'alimentazione da entrambi i relè A and B bobine nel primo piolo. Se si è verificata una saldatura di contatto in uno dei relè A o staffetta B, l'alimentazione al contattore M viene comunque rimossa come previsto a causa della ridondanza.  

Il contatto saldato potrebbe causare il blocco di quel particolare relè in posizione ON. Ciò impedisce all'alimentazione di raggiungere il relè. C bobina nel secondo gradino. Senza il relè C in fase di eccitazione, la successiva operazione di avvio non è possibile a causa del C1 contatto nel primo piolo. In questo modo, qualsiasi guasto dovuto alla saldatura dei contatti nei relè A or B viene rilevato dal relè Ce questo rilevamento è efficace durante il ciclo di avvio successivo.

Il circuito mostrato in Figura 3 può monitorare le condizioni del relè di uscita. E per quanto riguarda i problemi di contatti bloccati sui controlli di ingresso, come l'interruttore di arresto e il pulsante di avvio? Questi problemi sono affrontati nel circuito mostrato in Figura 4. 

Circuito finale con ridondanza e rilevamento guasti

Nel circuito illustrato in Figura 4, due contatti dell'interruttore di arresto sono utilizzati nei pioli 1 e 2, fungendo da controllo a due canali. Ciò fornisce opzioni per il monitoraggio di ciascun contatto e garantisce la ridondanza. Il pulsante di avvio è stato aggiornato con un design che presenta due serie di contatti: uno NC e l'altro NO, che sono collegati da un collegamento rigido. Pertanto, il monitoraggio del NC i contatti del pulsante di avvio riflettono accuratamente lo stato reale dell'altra posizione del contatto (come un relè a guida forzata).

Quando si preme il pulsante di arresto, se uno dei suoi NC contatti è saldato o bloccato in posizione chiusa, il relè in quel determinato gradino (canale) rimarrà eccitato mentre i relè negli altri canali si spegneranno. Di conseguenza, il M il contattore verrà scollegato dall'alimentazione come previsto. Allo stesso tempo, il relè permanentemente eccitato a causa del contatto bloccato dell'interruttore di arresto impedirà il C il relè si attivi, impedendo così la successiva operazione di avvio.

Se il pulsante di avvio rimane bloccato in posizione ON, impedirà la chiusura del suo contatto normalmente chiuso. Di conseguenza, ciò arresterà il C Il relè non si eccita nel ciclo successivo, ostacolando così l'avvio successivo. Pertanto, il circuito in Figura 4 presenta ridondanza nei relè di controllo, nei contatti di commutazione e nel monitoraggio per impedire l'accumulo di guasti nel ciclo di avvio successivo.

Nota: per questo articolo, la saldatura del contattore del motore M non rientra nell'ambito della presente discussione. L'attenzione è rivolta esclusivamente alla comprensione della logica e del funzionamento del circuito del relè di sicurezza e alla sua applicazione all'interno del sistema UCMP.

Applicazione in UCMP

Un esempio di circuito di relè di sicurezza che impiega relè A, B and C come mezzo di UCMP è descritto di seguito, supponendo che il controllore dell'ascensore svolga le seguenti attività.

• Durante l'apertura anticipata delle porte, quando l'ascensore si avvicina a un piano designato, il controller dell'ascensore attiva il contatto di ponte porta (DB) dopo aver verificato che la cabina si trovi all'interno della zona di livellamento sicuro. Questa conferma avviene tramite l'attivazione degli interruttori S1 e S2, azionati dalla piastra di livellamento.
• Inoltre, il segnale di collegamento della porta viene attivato quando la differenza di livello tra la soglia della cabina e quella del pianerottolo supera la distanza accettabile dal codice di ±20 mm, per scopi di rilivellamento. 

In uno qualsiasi di questi scenari, se l'auto raggiunge una posizione in cui S1 o S2 non sono agganciati alla piastra di livellamento, il rispettivo contatto dell'interruttore si apre e il sistema avvia un arresto aprendo i contatti di collegamento delle portiere. In questo modo, il movimento involontario viene impedito. 

I contatti di collegamento delle porte comprendono la combinazione in serie di A4, B4, C4 and D2. 

La combinazione delle serie A3 e B3 può essere utilizzata per inviare un segnale di conferma al controller dell'ascensore che la piastra di livellamento di un particolare piano è innestata con S1 and S2 interruttori, cioè la cabina è più vicina al pianerottolo e all'interno della zona di sbloccaggio (vedere Figura 5). 

Se si esamina attentamente il circuito, si noterà che è correlato al circuito del relè di sicurezza di cui abbiamo parlato in precedenza. 

In questa configurazione, S1 and S2 servono come interruttori di arresto, mentre il DB il controllo funge da pulsante di avvio. I contatti di S1 and S2 e i rispettivi pioli creano un circuito di controllo a due canali. I relè utilizzati in questo circuito sono a guida forzata. C Il relè viene utilizzato per il rilevamento e il monitoraggio dei guasti. Ogni volta che si verifica un cortocircuito nel S1 and S2 contatti dovuti a interruttori difettosi o quando il DB il controllo è sempre attivo a causa di un guasto al controllo dell'ascensore, quindi il C Il relè non si accenderà, impedendo così il successivo ciclo di funzionamento. Ciò impedisce l'accumulo di guasti e garantisce la ridondanza costante. Il circuito di blocco porta verrà ponticellato se tutti i contatti dell'interruttore e il relè di controllo sono funzionanti e il ponticello si aprirà se uno qualsiasi dei componenti è difettoso. In questo modo, l'arresto UCMP è completato.

Conclusione 

In questo articolo, abbiamo iniziato con semplici controlli di arresto e avvio, aggiungendo gradualmente la ridondanza ai controlli di ingresso e uscita, insieme al rilevamento dei guasti. Questo approccio aiuta i lettori a comprendere e apprezzare la logica di controllo dei moduli relè di sicurezza, utilizzati per rilevare movimenti involontari della cabina negli ascensori. Sebbene il sistema di rilevamento che utilizza il relè di sicurezza sia affidabile, un sistema UCMP può funzionare correttamente solo se i dispositivi di arresto utilizzati a tale scopo funzionano correttamente. Se si utilizzano gruppi freno ridondanti, ciascun gruppo freno e i relativi interruttori di monitoraggio devono essere testati secondo i requisiti del codice e ispezionati regolarmente. 

Referenze

[1] EN 81-20:2020 — Regole di sicurezza per la costruzione e l'installazione di ascensori – Ascensori per il trasporto di persone e cose – Parte 20: Ascensori per passeggeri e merci

[2] EN 60947-5-1:2004, Apparecchiature di comando e controllo a bassa tensione — Parte 5-1: Dispositivi di controllo ed elementi di commutazione — Dispositivi di controllo elettromeccanici (IEC 60947-5-1:2003) 

[3] IEC 61810-3:2015 – Relè elementari elettromeccanici – Parte 3: Relè con contatti a guida forzata (collegati meccanicamente)

[4] D. Macdonald, Sicurezza pratica dei macchinari, Oxford, Regno Unito: Newnes, 2004.