Στη σφαίρα της σύγχρονης αρχιτεκτονικής υποδομής, οι ανελκυστήρες αναγνωρίζονται ως η ασφαλέστερη μορφή εμπορικής μεταφοράς στον κόσμο. Εκατομμύρια επιβάτες μπαίνουν σε αυτές τις κάθετες καμπίνες καθημερινά, αγνοώντας εντελώς τις τεράστιες κινητικές ενέργειες, τα συστήματα υψηλής{1}τάσης και τους βαθείς κατακόρυφους άξονες που τις περιβάλλουν. Αυτό το άψογο αρχείο ασφαλείας δεν είναι ατύχημα σχεδιασμού. είναι το άμεσο αποτέλεσμα ενός εξαιρετικά εξελιγμένου, πολυεπίπεδου και ασυμβίβαστου δικτύου προστασίας που είναι γνωστά συλλογικά ως Σύστημα Ασφάλειας Ανελκυστήρα.
Ενώ οι επιβάτες είναι εξοικειωμένοι με εξαρτήματα οπτικής ασφάλειας, όπως αισθητήρες πόρτας και φρένα έκτακτης ανάγκης, η απόλυτη ραχοκοκαλιά της λειτουργικής ακεραιότητας ενός ανελκυστήρα βρίσκεται στην ηλεκτρική αρχιτεκτονική του. Στο απόλυτο κέντρο αυτής της αρχιτεκτονικής βρίσκεται η αλυσίδα ασφαλείας του ανελκυστήρα, η οποία εναλλακτικά αναφέρεται ως κύκλωμα ασφαλείας ή κορδόνι ασφαλείας.
Η αλυσίδα ασφαλείας είναι ένας συνεχής, ενσύρματο ηλεκτρικό βρόχο που συνδέει κάθε κρίσιμο μηχανικό προστατευτικό, δομικό κλείδωμα και χειροκίνητο διακόπτη παράκαμψης σε ολόκληρο το ανυψωτικό σε ένα ενιαίο, συνεκτικό κύκλωμα παρακολούθησης. Η κατανόηση της ακριβούς μηχανικής, των ηλεκτρικών συμπεριφορών και των διαγνωστικών αρχών αυτής της αλυσίδας ασφαλείας είναι ζωτικής σημασίας για κάθε επαγγελματία μηχανικού ή συντήρησης που επιφορτίζεται να διατηρεί την κάθετη μεταφορά ασφαλή, αξιόπιστη και συμβατή.
Η ανατομία του κυκλώματος της αλυσίδας ασφαλείας
Για να εκτιμηθεί η απόλυτη αξιοπιστία της αλυσίδας ασφαλείας, πρέπει να δούμε την ηλεκτρική τοπογραφία του πυρήνα της. Από μηχανικής, η αλυσίδα ασφαλείας έχει σχεδιαστεί ως κύκλωμα κλασικής σειράς. Σε ένα κύκλωμα σειράς, το ηλεκτρικό ρεύμα πρέπει να ρέει μέσω κάθε μεμονωμένου στοιχείου διαδοχικά, κατά μήκος μιας μόνο διαδρομής, για να ολοκληρωθεί ο βρόχος. Εάν ανοίξει οποιοσδήποτε μεμονωμένος διακόπτης ή επαφή εντός αυτής της διαδρομής, ολόκληρο το κύκλωμα διακόπτεται αμέσως.
Αυτή η ενσύρματη διαμόρφωση σειράς είναι η εφαρμογή της φιλοσοφίας του ασφαλούς σχεδιασμού αστοχίας. Αντί να βασίζεται σε ένα πρόγραμμα λογισμικού υπολογιστή για να σαρώσει διάφορους αισθητήρες και να λάβει μια λογική απόφαση να σταματήσει τον ανελκυστήρα, η αλυσίδα ασφαλείας χρησιμοποιεί φυσικό ηλεκτρισμό. Εάν παρουσιαστεί μια επικίνδυνη κατάσταση-όπως ένας επιβάτης που αναγκάζει να ανοίξει την πόρτα του ανελκυστήρα κατά τη διάρκεια-του ανελκυστήρα-ανοίγει ο φυσικός διακόπτης, διακόπτοντας μηχανικά τη ροή του ρεύματος.
Όταν το ρεύμα σταματήσει να ρέει, τα πρωτεύοντα ρελέ ασφαλείας που βρίσκονται μέσα στον ελεγκτή του ανελκυστήρα πέφτουν έξω. Αυτή η απομάκρυνση-απώλει μηχανικά τους κύριους-επαφέδες πρόσοψης άνθρακα, οι οποίοι αφαιρούν πλήρως την ηλεκτρική ενέργεια από τον κινητήρα έλξης του ανελκυστήρα και ταυτόχρονα απενεργοποιούν-τα μηχανικά πηνία φρένων. Στερώντας την ηλεκτρική ισχύ συγκράτησης, τα βαριά ελατήρια σφίγγουν αμέσως τα μηχανικά φρένα στον κινητήριο άξονα της μηχανής έλξης, φέρνοντας το αυτοκίνητο σε ασφαλή, ελεγχόμενη στάση.
Η αλυσίδα ασφαλείας λειτουργεί συνήθως σε έναν αποκλειστικό βρόχο τάσης χαμηλού-έως-μέσου συνεχούς ρεύματος (DC) ή εναλλασσόμενου ρεύματος (AC), που συνήθως κυμαίνεται μεταξύ 48V και 110V. Αυτή η στάθμη τάσης επιλέγεται ώστε να είναι αρκετά υψηλή ώστε να διατρέχει αξιόπιστα τη μικρή επιφανειακή οξείδωση ή τη σκόνη στις ηλεκτρικές επαφές, αλλά αρκετά χαμηλή ώστε να ελαχιστοποιεί τον κίνδυνο επικίνδυνου ηλεκτρικού τόξου. Κυρίως, αυτό το κύκλωμα είναι πλήρως απομονωμένο μέσω μετασχηματιστών από τις γραμμές υψηλής-τρίας-φάσης που τροφοδοτούν τον κινητήρα κίνησης έλξης, διασφαλίζοντας ότι μια ηλεκτρική ακίδα ή τοπικό βραχυκύκλωμα- στον κινητήρα δεν θα συγκολλήσει τις επαφές ασφαλείας ή θα θέσει σε κίνδυνο το σύστημα ασφάλειας του ανελκυστήρα.
Βασικές ηλεκτρικές διασφαλίσεις κατά μήκος της αλυσίδας (από το λάκκο στο μηχανοστάσιο)
Η αλυσίδα ασφαλείας περιστρέφεται φυσικά σε ολόκληρο το φρεάτιο του ανελκυστήρα, εκτείνοντας από τα σκοτεινά βάθη του δαπέδου του λάκκου μέχρι το υπερυψωμένο μηχανοστάσιο. Δεκάδες μεμονωμένοι διακόπτες είναι καλωδιωμένοι σε αυτόν τον ενιαίο βρόχο. Μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε τέσσερις κύριες δομικές ζώνες προστασίας.
Προστασία ανελκυστήρων και προσγείωσης
Οι πιο συχνά ανακυκλωμένοι διακόπτες σε ολόκληρη την αλυσίδα ασφαλείας είναι οι διακόπτες κλειδώματος της πόρτας του ανυψωτήρα και οι επαφές της πόρτας του αυτοκινήτου. Κάθε πόρτα προσγείωσης σε κάθε όροφο διαθέτει μηχανική κλειδαριά ενσωματωμένη με διακόπτη ηλεκτρικής επαφής.
Όταν οι πόρτες κλείνουν και κλειδώνουν, ένας χάλκινος ή επάργυρος-βραχίονας γέφυρας ολοκληρώνει το κύκλωμα για το συγκεκριμένο δάπεδο. Εάν ένας θάλαμος ανελκυστήρα ταξιδεύει μεταξύ των ορόφων και μια πόρτα προσγείωσης ανοίξει έστω και ένα κλάσμα της ίντσας, η αλυσίδα ασφαλείας σπάει και το αυτοκίνητο σταματάει αμέσως. Ομοίως, η ίδια η πόρτα του θαλάμου διαθέτει έναν διακόπτη πύλης που επαληθεύει ότι η εσωτερική πόρτα είναι πλήρως κλειστή πριν επιτραπεί η κίνηση του ανελκυστήρα.
Προστασία υπερβολικής ταχύτητας και κίνησης
Τοποθετημένο τυπικά στο υπερυψωμένο μηχανοστάσιο ή στην κορυφή του άξονα βρίσκεται ο ρυθμιστής υπέρβασης ταχύτητας. Ο κυβερνήτης παρακολουθεί τη φυσική ταχύτητα του θαλάμου του ανελκυστήρα μέσω ενός συνεχούς βρόχου χαλύβδινου καλωδίου.
Εάν η καμπίνα υπερβεί την ονομαστική δομική της ταχύτητα κατά ένα προκαθορισμένο όριο ασφαλείας (συνήθως 115 τοις εκατό της ονομαστικής ταχύτητας), τα εσωτερικά μύγα βάρη του κυβερνήτη πετούν προς τα έξω, ενεργοποιώντας μηχανικά έναν εξαιρετικά ευαίσθητο ηλεκτρικό διακόπτη συνδεδεμένο απευθείας στην αλυσίδα ασφαλείας. Αυτή η ενέργεια σταματά ηλεκτρικά το αυτοκίνητο πολύ πριν το όχημα φτάσει σε ταχύτητες που θα πυροδοτούσαν τις δευτερεύουσες, μηχανικές σφήνες ασφαλείας κάτω από το πλαίσιο του αυτοκινήτου. Επιπλέον, εάν το σχοινί του ρυθμιστή χαλαρώσει ή κουμπώσει, ενεργοποιείται ένας χαλασμένος-διακόπτης σχοινιού, ανοίγοντας αμέσως τον βρόχο ασφαλείας.
Τερματικά Όρια και Φυσικά Όρια
Για να αποφευχθεί η πρόσκρουση ενός ανελκυστήρα στην πλάκα από σκυρόδεμα ή η βίαιη πρόσκρουση στο δάπεδο του λάκκου, η αλυσίδα ασφαλείας περιλαμβάνει τερματικούς διακόπτες. Αυτοί είναι μηχανικοί διακόπτες με κυλίνδρους-που είναι τοποθετημένοι κοντά στα άνω και κάτω όρια του ανυψωτικού.
Εάν ένας θάλαμος ανελκυστήρα υπερπηδήσει την κανονική του ζώνη ακινητοποίησης, το φυσικό πλαίσιο του θαλάμου χτυπά αυτούς τους οριακούς διακόπτες, ανοίγοντας την αλυσίδα ασφαλείας. Πιο κάτω στο λάκκο, η αλυσίδα ασφαλείας περνά μέσα από διακόπτες buffer. Εάν το αυτοκίνητο προσγειωθεί στις προσκρουστήρες λαδιού ή ελατηρίου, αυτοί οι διακόπτες ανοίγουν για να εξασφαλίσουν ότι ο ανελκυστήρας παραμένει κλειδωμένος εκτός λειτουργίας έως ότου ένας επιθεωρητής μπορεί να επαληθεύσει τη δομική ακεραιότητα του κάτω μέρους του θαλάμου.
Χειροκίνητη Παρέμβαση (Στάσεις Έκτακτης Ανάγκης)
Τέλος, η ανθρώπινη παρέμβαση εντάσσεται άμεσα στον βρόχο. Κόκκινα, μανιτάρια-κουμπιά έκτακτης ανάγκης (E{-Stop) συνδέονται απευθείας στην αλυσίδα ασφαλείας σε κρίσιμους λειτουργικούς κόμβους: μέσα στο λάκκο για τεχνικούς που εργάζονται κάτω από το θάλαμο, πάνω από το θάλαμο του ανελκυστήρα για το προσωπικό συντήρησης που εκτελεί επιθεωρήσεις φρεατίου και μέσα στον ίδιο τον πίνακα ελέγχου. Αν πατήσετε οποιοδήποτε από αυτά τα κουμπιά, ο βρόχος σπάει αμέσως, παρακάμπτοντας όλες τις αυτοματοποιημένες εντολές υπολογιστή.
Kinematics of Interlocking: How Electrical and Mechanical Systems Merge
Ένα κοινό σημείο αστοχίας σε λιγότερο εξελιγμένα μηχανήματα είναι η αποσύνδεση της μηχανικής πραγματικότητας από την ηλεκτρική κατάσταση. Η αλυσίδα ασφαλείας αποτρέπει αυτήν την αναντιστοιχία μέσω θετικών μηχανικών διακοπτών-αναγκαστικής αποσύνδεσης.
Σε ένα τυπικό ρελέ ή έναν διακόπτη φώτων κατοικιών, χρησιμοποιείται ένα ελατήριο για την απομάκρυνση των επαφών. Ωστόσο, τα ελατήρια μπορεί να εξασθενήσουν, να σπάσουν ή να δεσμευτούν από βρωμιά. Εάν ένα ελατήριο αστοχήσει, οι ηλεκτρικές επαφές μπορεί να παραμείνουν κλειστές ακόμα κι αν ο μηχανικός βραχίονας έχει μετακινηθεί σε επικίνδυνη θέση.
Για την εξάλειψη αυτής της ευπάθειας, οι κλειδαριές θυρών του ανελκυστήρα χρησιμοποιούν μηχανικό σχέδιο σφήνας. Η φυσική πράξη του ανοίγματος της μηχανικής κλειδαριάς της πόρτας απομακρύνει φυσικά τις ηλεκτρικές επαφές. Ακόμα κι αν ένα ισχυρό ηλεκτρικό τόξο έχει συγκολλήσει ελαφρώς τις επαφές μεταξύ τους, η ωμή μηχανική δύναμη που ασκείται ανοίγοντας την πόρτα σπάει που συγκολλούνται, αναγκάζοντας το ηλεκτρικό κύκλωμα να ανοίξει.
Μια άλλη κρίσιμη ανησυχία στην αρχιτεκτονική του Συστήματος Ασφάλειας Ανελκυστήρα είναι η απειλή ενός τυχαίου ηλεκτρικού βραχυκυκλώματος ή «γέφυρας». Εάν ένας τεχνικός επιλύει ένα ελαττωματικό διακόπτη πόρτας και εισάγει ένα βραχυκυκλωτήρα σύρματος σε δύο ακροδέκτες για να ελέγξει το σύστημα, αυτός ο διακόπτης παρακάμπτεται. Εάν ο τεχνικός ξεχάσει να αφαιρέσει αυτό το βραχυκυκλωτήρα προτού επαναφέρει τον ανελκυστήρα σε λειτουργία επιβατών, δημιουργείται μια καταστροφική ευπάθεια ασφαλείας-το ασανσέρ θα μπορούσε να ταξιδέψει με μια ανοιχτή, ξεκλείδωτη πόρτα.
Για τον μετριασμό αυτού του λειτουργικού κινδύνου, οι σύγχρονοι ελεγκτές ασφάλειας ανελκυστήρων χρησιμοποιούν μια αρχιτεκτονική ασφαλείας διπλού καναλιού{{0} και προηγμένη παρακολούθηση κόμβων. Αντί για ένα συνεχόμενο κομμάτι σύρματος, η αλυσίδα ασφαλείας είναι τμηματοποιημένη και το σήμα επιστροφής της αξιολογείται συνεχώς από περιττούς μικροεπεξεργαστές.
Επιπλέον, τα έξυπνα συστήματα ασφαλείας χρησιμοποιούν δυναμικούς παλμούς. Ο ελεγκτής εγχέει έναν συγκεκριμένο ψηφιακό κωδικό ή παλμό υψηλής-συχνότητας στην αλυσίδα ασφαλείας. Εάν ένας τεχνικός επιχειρήσει να παρακάμψει έναν διακόπτη με ένα τυπικό βραχυκυκλωτήρα χάλκινου σύρματος, ο ελεγκτής ανιχνεύει αμέσως ότι το μοναδικό μοτίβο παλμών έχει χαθεί ή τροποποιηθεί και κλειδώνει ολόκληρο το σύστημα με έναν κρίσιμο κωδικό σφάλματος που δεν μπορεί να διαγραφεί χωρίς εξουσιοδοτημένη κύρια επαναφορά.
Διαγνωστική μηχανική και αντιμετώπιση προβλημάτων της αλυσίδας ασφαλείας
Επειδή η αλυσίδα ασφαλείας είναι ένας τεράστιος βρόχος σειράς που περιέχει δεκάδες επαφές τεντωμένες σε εκατοντάδες πόδια καλωδίωσης, ο εντοπισμός ακριβώς του διακόπτη που έχει ανοίξει μπορεί να είναι μια πρόκληση μηχανικής, εάν το σύστημα δεν έχει σχεδιαστεί έξυπνα.
Ιστορικά, οι τεχνικοί ανελκυστήρων έπρεπε να στέκονται μπροστά από τον ελεγκτή με ένα βολτόμετρο, ελέγχοντας χειροκίνητα τα μπλοκ ακροδεκτών για να εντοπίσουν όπου η τάση ασφαλείας έπεσε στο μηδέν. Σε ένα κτίριο πενήντα-ορόφων, αυτή η διαδικασία χειροκίνητης απομόνωσης θα μπορούσε να πάρει ώρες επίπονων διαγνωστικών.
Η σύγχρονη ηλεκτρονική μηχανική έχει λύσει αυτόν τον περιορισμό μέσω μιας τεχνικής γνωστής ως παρακολούθησης μήτρας κόμβων. Σε τακτά χρονικά διαστήματα κατά μήκος της αλυσίδας σειράς-συνήθως μετά από κάθε κύρια υπο-ζώνη συστήματος-ένα καλώδιο διάγνωσης υψηλής-εμπέδησης αφαιρείται από τον κύριο βρόχο και δρομολογείται απευθείας στις εισόδους χαμηλής-τάσης του ελεγκτή υπολογιστή του ανελκυστήρα.
Αναλύοντας αυτούς τους κόμβους μήτρας εισόδου, ο ελεγκτής μπορεί να αναγνωρίσει αμέσως την ακριβή ζώνη όπου το κύκλωμα έχει σπάσει. Για παράδειγμα, εάν ο υπολογιστής δει 110 V στην έξοδο της στοιχειοσειράς ασφαλείας λάκκου, αλλά 0 V στην είσοδο της συμβολοσειράς κλειδαριάς πόρτας, εμφανίζει αμέσως έναν στοχευμένο διαγνωστικό κωδικό στην οθόνη συντήρησης, όπως "Σφάλμα: Ανοιχτό κλείδωμα πόρτας ανύψωσης - Όροφος 4".
Παρά αυτά τα προηγμένα ψηφιακά βοηθήματα, οι τεχνικοί πεδίου πρέπει να παραμείνουν σε επαγρύπνηση έναντι των χρόνιων περιβαλλοντικών και φυσικών τρόπων υποβάθμισης που μαστίζουν την αλυσίδα ασφαλείας για μεγάλη διάρκεια ζωής:
Οξείδωση επαφών: Επειδή οι διακόπτες της αλυσίδας ασφαλείας βρίσκονται σε ανυψωτικά χωρίς κλιματισμό, εκτεθειμένα στη σκόνη, την υγρασία του περιβάλλοντος και τα σωματίδια σκυροδέματος, οι ασημένιες-επίπεδες επιφάνειες των επαφών μπορούν να αναπτύξουν ένα στρώμα μη-μη αγώγιμης οξείδωσης. Αυτό μπορεί να προκαλέσει διαλείποντα μικρο-διαλείμματα στο κύκλωμα, προκαλώντας σφάλματα φάντασμα που σταματούν τυχαία τον ανελκυστήρα για λίγα δευτερόλεπτα προτού η δόνηση επιτρέψει την-αποκατάσταση της επαφής.
Μηχανική κακή ευθυγράμμιση: Με την πάροδο των ετών βαριάς χρήσης κτιρίων, οι πόρτες κρεμούν, οι δομικές κεφαλές μετατοπίζονται ελαφρά λόγω της καθίζησης από σκυρόδεμα και τα παπούτσια οδηγού φθείρονται. Αυτή η δομική μετατόπιση μπορεί να κάνει τους βραχίονες της μηχανικής γέφυρας να χάσουν το κέντρο του ηλεκτρικού κιβωτίου ασφάλισης, εμποδίζοντας την αλυσίδα ασφαλείας να κάνει μια σταθερή ηλεκτρική σύνδεση ακόμα και όταν η πόρτα φαίνεται εντελώς κλειστή με γυμνό μάτι.
Παρακολούθηση άνθρακα: Εάν ένας ανελκυστήρας λειτουργεί σε περιβάλλον με υψηλή υγρασία και σκόνη, μπορεί να σχηματιστεί ένα λεπτό στρώμα βρωμιάς κατά μήκος των πλαστικών μονωτικών τεμαχίων που συγκρατούν τις επαφές ασφαλείας. Με την πάροδο του χρόνου, τα δυναμικά υψηλής τάσης μπορούν να κάψουν μια μικροσκοπική διαδρομή άνθρακα μέσω αυτής της βρωμιάς, δημιουργώντας μια ηλεκτρική διαδρομή υψηλής αντίστασης που διοχετεύει ρεύμα προς τη γείωση, με αποτέλεσμα τα ρελέ ασφαλείας να φλυαρούν ή να σκοντάφτουν απρόβλεπτα.
Σύναψη
Η αλυσίδα ασφαλείας του ανελκυστήρα είναι μια λαμπρή υλοποίηση της ασυμβίβαστης ηλεκτροτεχνίας. Στέκεται ως απόλυτος φύλακας στο ευρύτερο Σύστημα Ασφάλειας Ανελκυστήρων, αποδεικνύοντας ότι ακόμη και σε μια εποχή που κυριαρχείται από ασύρματο υπολογιστικό νέφος και σύνθετη αυτοματοποίηση λογισμικού, η απόλυτη εγγύηση της ανθρώπινης ασφάλειας εξακολουθεί να βασίζεται στην απόλυτη φυσική ενός ενσύρματου, κλειστού κυκλώματος σειράς-βρόχου.
Καθώς ο κλάδος των κάθετων μεταφορών προχωρά βαθύτερα στον εικοστό-πρώτο αιώνα, η αλυσίδα ασφαλείας υφίσταται τη σημαντικότερη δομική της εξέλιξη από την έναρξή της. Οι ηλεκτρομηχανικοί διακόπτες και τα βαριά σύρματα χαλκού δίνουν ολοένα και περισσότερο τη θέση τους στην τεχνολογία PESSRAL-Προγραμματιζόμενα ηλεκτρονικά συστήματα σε εφαρμογές που σχετίζονται με την ασφάλεια για ανελκυστήρες.