Circuitos de relés de segurança

A espinha dorsal lógica do UCMP

Por Lakshmanan Raja

O sistema de Proteção contra Movimentos Não Intencionais da Cabine (UCMP) foi projetado para impedir ou parar uma cabine de elevador que se move para longe do andar quando a porta do andar está destravada e a porta da cabine permanece aberta, como resultado de uma única falha na máquina do elevador ou no sistema de controle de acionamento. O sistema UCMP compreende três elementos principais: um mecanismo de detecção que monitora movimentos não intencionais, um mecanismo de controle e um mecanismo de parada que atua para interromper com segurança a cabine quando tal movimento é detectado.

Neste artigo, focamos no mecanismo de controle: o circuito de relé de segurança, que forma a espinha dorsal lógica do controle UCMP, fornecendo recursos de monitoramento redundante, detecção de falhas e resposta à prova de falhas.

Para entender a lógica desse circuito de relé de segurança, começamos com um circuito de controle de motor simples, do tipo liga/desliga, e o aprimoramos passo a passo até chegarmos ao circuito de relé de segurança. 

Antes de nos aprofundarmos no assunto, é essencial nos familiarizarmos com alguns termos importantes: 

• Relés — Relés e contatores são como interruptores automatizados. Controlando a corrente em sua bobina, podemos decidir quando ligá-los e desligá-los. Podem ter um ou mais pares de contatos, que podem ser normalmente abertos ou normalmente fechados.
• Normalmente Aberto (NO) e Contatos Normalmente Fechados (NC) — Para relés e contatores elétricos, o NF/NÃO Baseia-se no estado do contato elétrico quando sua bobina não está conectada a nenhuma fonte de energia elétrica. Para interruptores mecânicos, é o estado de seus contatos em repouso, quando não há energia mecânica externa aplicada ao mecanismo de ativação do interruptor. 
• Contatos guiados por força/Contatos mecanicamente interligados — Trata-se de um tipo especial de projeto de contato de relé no qual todos os contatos são interconectados mecanicamente por uma ligação rígida dentro do relé. Essa construção garante que, se um contato ficar preso ou soldado, os outros não possam mudar de estado independentemente. Em outras palavras, seu movimento é mecanicamente sincronizado, permitindo a detecção de uma condição de falha de contato. 

Controle simples de partida e parada

Começamos nossa discussão com um circuito simples, o circuito de controle de partida e parada do motor mostrado na Figura 1. O relé de controle é SOU Representa o contator que controla a alimentação do motor. A partida é feita por um botão com o NÃO contato, e a parada é outro botão de pressão com o NC contato. 

Quando todos os componentes estiverem conectados corretamente e a energia estiver ligada, pressionar o botão de partida fecha o contato e conecta a bobina do relé. A para a fonte de alimentação. Isso energiza o relé, fazendo com que seus contatos normalmente abertos, A1 no primeiro degrau e A2 no segundo degrau, para fechar. Desde o contato A1 Conectado ao botão de partida, ele fornece a energia necessária à bobina e mantém o relé em estado LIGADO (travado) após o botão de partida ser liberado. Contato A2 conecta o contator do motor M para a fonte de alimentação. Quando o botão PARAR é pressionado, ele interrompe a linha de alimentação para o relé. A, o que, por sua vez, interrompe o fornecimento para o M contator. Isso interrompe a alimentação do motor. 

Aqui surge uma questão importante. Quando pressionamos o botão de parada, qual é o grau de certeza de que a energia será realmente cortada do contator do motor?

Adicionando Redundância 

A falha de segurança mais significativa no circuito descrito na Figura 1 ocorre quando o relé A fica preso na posição energizada devido à soldagem por contato. Como resultado, o M O contator é energizado continuamente através do circuito permanentemente fechado. A2 contato, e pressionar o botão PARAR torna-se ineficaz. Para resolver esse problema, adicionamos um segundo relé, o relé B, para redundância, conforme mostrado na Figura 2.

Existe também a possibilidade de o botão PARAR ficar mecanicamente preso, impedindo seu funcionamento quando necessário. Portanto, um interruptor de parada que incorpora dois NC Os contatos são utilizados e ambos estão conectados em série. Portanto, se um deles ficar mecanicamente travado, pelo menos o outro abrirá o circuito quando o botão de parada for pressionado. Assim, a redundância é adicionada no circuito mostrado na Figura 2 para o relé de controle e o botão de parada. 

A principal desvantagem do circuito da Figura 2 é que, se o relé A ou o relé B travar devido à soldagem dos contatos, o circuito continuará funcionando normalmente. O mesmo se aplica ao contato da chave de parada. No entanto, o usuário só perceberá a falha de um dos componentes quando ambos travarem. Isso é perigoso. Como podemos solucionar esse problema? 

Monitoramento de redundância – Detecção de falhas

A redundância sem monitoramento e detecção de falhas adequados compromete seu propósito, permitindo que falhas se acumulem e passem despercebidas pelo usuário. Para solucionar esse problema, é essencial implementar um circuito de detecção de falhas.

Nos circuitos mostrados na Figura 3, o relé C É utilizado para monitorar o estado dos relés. A e B para quaisquer sinais de soldagem por contato. O termo "monitoramento" pode ser ambíguo, portanto, é importante esclarecer a frequência desse monitoramento. Nessas configurações, a detecção ocorre antes de cada ciclo de inicialização. Explicarei isso no próximo parágrafo.

Vamos supor que os componentes estejam conectados de acordo com o esquema da Figura 3 e que a energia esteja ligada. O relé C no segundo degrau, ligará através do NC Contacto A2, B2 do relé A e retransmitir B. Ao pressionar o botão de partida, os contatos se fecham e as bobinas dos relés são conectadas. A e B à fonte de alimentação através do C1 contato no primeiro degrau. Isso energiza ambos os relés, que então abrem seus respectivos contatos no segundo degrau, fazendo com que o relé C para desenergizar (Nota: O elemento de retardo de tempo está conectado à bobina do relé) C vai atrasar a saída dele muito rapidamente antes do relé. A e B (Ligar.) Desenergizando o C O relé não removerá a energia do relé. A e o relé B espiral no primeiro degrau devido ao caminho de autossustentação transversal C1 e o botão Iniciar formado por A1, B1 contatos. Com os relés A e B energizados e o relé C desenergizado, o M O contator no terceiro degrau está conectado à fonte de alimentação.

Ao pressionar o botão de parada, a energia de ambos os relés é efetivamente cortada. A e B bobinas no primeiro degrau. Se ocorrer soldagem de contato em qualquer relé. A ou relé B, a alimentação do contator M continua sendo removida conforme o previsto, devido à redundância.  

O contato soldado pode fazer com que esse relé específico fique preso na posição LIGADO. Isso impede que a alimentação chegue ao relé. C bobina no segundo degrau. Sem o relé C Ao ser energizado, a próxima operação de inicialização não é possível devido a C1 contato no primeiro degrau. Dessa forma, qualquer falha devido à soldagem de contato em relés A or B é detectado pelo relé Ce essa detecção é eficaz durante o ciclo de inicialização subsequente.

O circuito mostrado na Figura 3 pode monitorar as condições do relé de saída. E quanto aos problemas com contatos travados nos controles de entrada, como o interruptor de parada e o botão de partida? Esses problemas são resolvidos no circuito mostrado na Figura 4. 

Circuito final com redundância e detecção de falhas

No circuito ilustrado na Figura 4, dois contatos de parada são utilizados nos degraus 1 e 2, funcionando como um controle de dois canais. Isso oferece opções para monitorar cada contato e garantir redundância. O botão de partida foi atualizado para um projeto com dois conjuntos de contatos: um NC e o outro NÃO, que estão conectados por uma ligação rígida. Assim, o monitoramento do NC Os contatos do botão de partida refletem com precisão o estado real da outra posição de contato (assim como um relé guiado por força).

Quando o botão de parada é pressionado, se um dos seus NC Se os contatos estiverem soldados ou presos na posição fechada, o relé naquele canal específico permanecerá energizado, enquanto os relés em outros canais serão desligados. Como resultado, M O contator será desconectado da energia conforme o previsto. Ao mesmo tempo, o relé energizado permanentemente devido ao contato travado da chave de parada impedirá o funcionamento do circuito. C O relé é impedido de ser ativado, evitando assim a próxima operação de inicialização.

Se o botão de partida permanecer travado na posição LIGADO, ele impedirá que seu contato normalmente fechado se feche. Como resultado, isso interromperá o funcionamento do aparelho. C O relé não é energizado no próximo ciclo, o que impede a próxima operação de partida. Portanto, o circuito da Figura 4 possui redundância nos relés de controle, contatos de chaveamento e monitoramento para evitar o acúmulo de falhas no próximo ciclo de partida.

Nota: Para este artigo, a soldagem do contator do motor. M Não está incluído no escopo desta discussão. O foco aqui é exclusivamente a compreensão da lógica e do funcionamento do circuito do relé de segurança e sua aplicação no sistema UCMP.

Aplicação no UCMP

Um exemplo de um circuito de relé de segurança que utiliza relés. A, B e C A seguir, descrevemos como o UCMP (Programa de Monitoramento de Continuidade de Serviço) executa as seguintes tarefas, assumindo que o controlador do elevador realiza as seguintes ações.

• Durante a abertura avançada da porta, à medida que o elevador se aproxima de um andar designado, o controlador do elevador ativa o contato de ponteamento da porta (DB) após confirmar que a cabina está dentro da zona de nivelamento segura. Essa confirmação é obtida através do acionamento das chaves S1 e S2, que são operadas pela placa de nivelamento.
• Além disso, o sinal de ponteamento da porta é ativado quando a diferença de nível entre a soleira da cabine e a soleira do patamar excede a distância aceitável por norma de ±20 mm, para fins de renivelamento. 

Em qualquer um desses cenários, se o carro atingir uma posição em que S1 ou S2 não estejam engatados com a placa de nivelamento, o respectivo contato do interruptor se abre e o sistema inicia uma parada abrindo os contatos de ponte da porta. Dessa forma, o movimento involuntário é evitado. 

Os contatos de ponte da porta compreendem a combinação em série de A4, B4, C4 e D2. 

A combinação das séries A3 e B3 pode ser usada para enviar um sinal de confirmação ao controlador do elevador, indicando que a placa de nivelamento de um determinado piso está engatada. S1 e S2 interruptores, ou seja, o carro está mais perto da plataforma e dentro da zona de destravamento (ver Figura 5). 

Se você examinar o circuito atentamente, perceberá que ele está relacionado ao circuito do relé de segurança que discutimos anteriormente. 

Nesta configuração, S1 e S2 servem como interruptores de parada, enquanto o DB O controle funciona como o botão de iniciar. Os contatos de S1 e S2 e seus respectivos degraus criam um circuito de controle de dois canais. Os relés usados ​​neste circuito são guiados por força. C O relé é usado para detecção e monitoramento de falhas. Sempre que houver um curto-circuito no S1 e S2 contatos devido a interruptores defeituosos ou quando o DB O controle está sempre ligado devido a uma falha no controle do elevador, então o C O relé não será ativado, impedindo assim o próximo ciclo de operação. Isso evita o acúmulo de falhas e garante a redundância constante. O circuito da trava da porta será interrompido se todos os contatos da chave e do relé de controle estiverem em boas condições, e a interrupção será desativada se algum dos componentes apresentar falha. Dessa forma, a interrupção do UCMP é concluída com sucesso.

Conclusão 

Neste artigo, começamos com controles simples de parada e partida, adicionando gradualmente redundância aos controles de entrada e saída, juntamente com a detecção de falhas. Essa abordagem ajuda os leitores a entender e apreciar a lógica de controle dos módulos de relés de segurança, usados ​​para detectar movimentos involuntários da cabina em elevadores. Embora o sistema de detecção que utiliza o relé de segurança seja confiável, um sistema UCMP só funciona corretamente se os meios de parada utilizados para esse fim operarem adequadamente. Se forem utilizados conjuntos de freio redundantes, cada conjunto de freio e seus interruptores de monitoramento devem ser testados de acordo com as normas e inspecionados regularmente. 

Referências

[1] EN 81-20:2020 — Regras de segurança para a construção e instalação de elevadores – Elevadores para o transporte de pessoas e mercadorias – Parte 20: Elevadores de passageiros e de passageiros de mercadorias

[2] EN 60947-5-1:2004, Equipamentos de comutação e controle de baixa tensão — Parte 5-1: Dispositivos de circuito de controle e elementos de comutação — Dispositivos de circuito de controle eletromecânicos (IEC 60947-5-1:2003) 

[3] IEC 61810-3:2015 – Relés elementares eletromecânicos – Parte 3: Relés com contatos guiados à força (ligados mecanicamente)

[4] D. Macdonald, Segurança prática de máquinas, Oxford, Reino Unido: Newnes, 2004.