Modernin arkkitehtonisen infrastruktuurin alueella hissit tunnustetaan maailman turvallisimpana kaupallisena liikenteen muotona. Näihin pystysuoraan hytteihin astuu päivittäin miljoonia matkustajia, jotka ovat täysin tietämättömiä valtavista kineettisistä energioista, korkea-jännitejärjestelmistä ja niitä ympäröivistä syistä pystysuoraista kuiluista. Tämä moitteeton turvallisuustaso ei ole suunnittelun sattuma; se on suora seuraus erittäin kehittyneestä, kerroksellisesta ja tinkimättömästä suojausverkostosta, joka tunnetaan yhdessä nimellä Elevator Safety System.
Matkustajat tuntevat visuaaliset turvakomponentit, kuten ovianturit ja hätäjarrut, mutta hissin toiminnan eheyden selkäranka on sen sähköinen arkkitehtuuri. Tämän arkkitehtuurin ehdoton keskipiste on hissin turvaketju, jota kutsutaan vaihtoehtoisesti turvapiiriksi tai turvanauhaksi.
Turvaketju on jatkuva, kiinteä sähkösilmukka, joka yhdistää kaikki kriittiset mekaaniset suojalaitteet, rakenteelliset lukot ja manuaaliset ohituskytkimet koko hissikäytävässä yhdeksi yhtenäiseksi valvontapiiriksi. Tämän turvaketjun tarkan mekaniikan, sähköisen käyttäytymisen ja diagnostisten periaatteiden ymmärtäminen on elintärkeää kaikille insinööri- tai huoltoalan ammattilaisille, joiden tehtävänä on pitää pystysuora kuljetus turvallisena, luotettavana ja vaatimustenmukaisena.
Turvaketjun anatomia
Turvaketjun ehdottoman luotettavuuden ymmärtämiseksi on tarkasteltava sen sähköistä ydintopografiaa. Tekniseltä kannalta turvaketju on suunniteltu klassiseksi sarjapiiriksi. Sarjapiirissä sähkön täytyy virrata jokaisen yksittäisen komponentin läpi peräkkäin, yhtä polkua pitkin silmukan loppuunsaattamiseksi. Jos jokin yksittäinen kytkin tai kosketin tällä tiellä avautuu, koko piiri katkeaa välittömästi.
Tämä langallinen sarjakokoonpano on epäonnistuneen{0}}suunnittelufilosofian toteutus. Sen sijaan, että turvaketju turvautuisi tietokoneohjelmistoon skannaamaan erilaisia antureita ja tekemään loogisen päätöksen hissin pysäyttämisestä, turvaketju käyttää fyysistä sähköä. Jos tapahtuu vaarallinen tila,-kuten matkustaja pakottaa avaamaan hissikäytävän oven kesken-matkan-, fyysinen kytkin avautuu ja katkaisee mekaanisesti virran.
Kun virta lakkaa kulkemasta, hissin ohjaimen sisällä sijaitsevat ensisijaiset turvareleet putoavat. Tämä pudotus-pudottaa mekaanisesti päähiili-pintakontaktorit, mikä poistaa kokonaan sähkötehon hissin vetomoottorista ja samalla de-jättää mekaaniset jarrukelat. Raskaat jouset, joilla ei ole sähköistä pitovoimaa, puristavat mekaaniset jarrut välittömästi vetokoneen vetoakselille, mikä pysäyttää auton turvallisesti ja hallitusti.
Turvaketju toimii tyypillisesti matalan{0}}–-keskisuuren tasavirran (DC) tai vaihtovirran (AC) jännitesilmukassa, joka vaihtelee tavallisesti välillä 48 V ja 110 V. Tämä jännitetaso on valittu riittävän korkeaksi, jotta se lävistää luotettavasti vähäisen pinnan hapettumisen tai pölyn sähköliittimissä, mutta kuitenkin riittävän alhaiseksi minimoimaan vaarallisen sähkökaapin riskin. Tärkeää on, että tämä piiri on täysin eristetty muuntajilla korkeajännite-kolmen-vaihejohdoista, jotka syöttävät vetomoottoria. Näin varmistetaan, että sähköpiikki tai paikallinen oikosulku-moottorissa ei hitsaa turvakoskettimia kiinni tai vaaranna hissin turvajärjestelmää.
Tärkeimmät sähkösuojat ketjun varrella (kaivoksesta konehuoneeseen)
Turvaketju kiertää fyysisesti koko hissikuilun läpi, ulottuen kaivon lattian pimeistä syvyyksistä yläpuoliseen konehuoneeseen. Kymmeniä yksittäisiä kytkimiä on kytketty tähän yhteen silmukkaan. Ne voidaan luokitella neljään ensisijaiseen rakenteelliseen suojavyöhykkeeseen.
Nostotie ja laskusuojaus
Koko turvaketjun yleisimmin pyöritetyt kytkimet ovat hissikäytävän oven lukituskytkimet ja korin oven koskettimet. Jokaisessa tasoovessa jokaisessa kerroksessa on mekaaninen lukko, joka on integroitu sähköiseen kosketinkytkimeen.
Kun ovet sulkeutuvat ja lukittuvat, kupari- tai hopea{0}}siltavarsi täydentää kyseisen kerroksen piirin. Jos hissikori kulkee kerrosten välillä ja tasanteen ovi avataan tuuman murto-osankin verran, turvaketju katkeaa ja kori pysähtyy välittömästi. Vastaavasti itse korin ovessa on porttikytkin, joka varmistaa, että sisäovi on täysin kiinni ennen kuin hissi pääsee liikkumaan.
Ylinopeus ja liikesuoja
Tyypillisesti yläpuolisessa konehuoneessa tai akselin yläosassa on ylinopeuden säädin. Ohjain valvoo hissikorin fyysistä nopeutta jatkuvan teräskaapelisilmukan kautta.
Jos ohjaamo ylittää rakenteellisen nimellisnopeudensa ennalta määritetyllä turvakynnyksellä (yleensä 115 prosenttia nimellisnopeudesta), säätimen sisäiset kärkipainot lentävät ulospäin ja laukaisevat mekaanisesti erittäin herkän sähkökytkimen, joka on kytketty suoraan turvaketjuun. Tämä toiminto pysäyttää auton sähköisesti paljon ennen kuin ajoneuvo ehtii saavuttaa nopeuksia, jotka laukaisivat toissijaiset, mekaaniset turvakiilat auton rungon alla. Lisäksi, jos säädinköysi löystyy tai katkeaa, löysä-köysikytkin aktivoituu ja avaa turvasilmukan välittömästi.
Terminaalin rajat ja fyysiset rajat
Jotta hissi ei törmää yläpuoliseen betonilaattaan tai törmää rajusti kaivon lattiaan, turvaketju sisältää pääterajakytkimet. Nämä ovat mekaanisia rulla{1}}varsikytkimiä, jotka on asennettu lähelle hissikuilun ylä- ja alareunaa.
Jos hissikori ylittää normaalin pysähtymisalueensa, korin fyysinen runko osuu näihin rajakytkimiin ja avaa turvaketjun. Alempana kaivossa turvaketju kulkee puskurikytkimien läpi. Jos kori laskeutuu öljy- tai jousipuskurien päälle, nämä kytkimet avautuvat varmistaakseen, että hissi pysyy lukittuna, kunnes tarkastaja voi varmistaa korin pohjan rakenteellisen eheyden.
Manuaalinen puuttuminen (hätäpysäytykset)
Lopuksi ihmisen väliintulo on suoraan sovitettu silmukan sisällä. Punaiset, sienipäälliset hätäpysäytyspainikkeet (E-Stop) on kytketty suoraan turvaketjuun kriittisissä toimintasolmuissa: kaivon sisällä korin alla työskenteleville teknikoille, hissikorin päällä huoltohenkilöstölle, joka suorittaa akselitarkastuksia, ja itse pääohjainkaappiin. Näistä painikkeista painaminen katkaisee silmukan välittömästi ja ohittaa kaikki automaattiset tietokoneen komennot.
Lukituksen kinematiikka: Kuinka sähköiset ja mekaaniset järjestelmät sulautuvat
Yleinen vikakohta vähemmän kehittyneissä koneissa on mekaanisen todellisuuden irrottaminen sähköisestä tilasta. Turvaketju estää tämän yhteensopimattomuuden positiivisten mekaanisten pakkoirrotuskytkimien avulla.
Vakioreleessä tai kodin valokytkimessä jousta käytetään kosketinten irrottamiseksi. Jouset voivat kuitenkin heiketä, murtua tai lika sitoa niitä. Jos jousi pettää, sähkökoskettimet saattavat jäädä kiinni, vaikka mekaaninen varsi olisi siirtynyt vaaralliseen asentoon.
Tämän haavoittuvuuden poistamiseksi hissin oven lukituksissa käytetään mekaanista kiilarakennetta. Mekaanisen oven lukon avaaminen fyysisesti työntää sähkökoskettimet erilleen. Vaikka voimakas sähkökaari on hitsannut koskettimet hieman yhteen, oven avaamiseen kohdistettu raaka mekaaninen voima katkaisee hitsauksen irti ja pakottaa sähköpiirin avautumaan.
Toinen kriittinen huolenaihe hissin turvajärjestelmän arkkitehtuurissa on vahingossa tapahtuvan sähköoikosulun tai "sillan" uhka. Jos teknikko suorittaa viallisen ovikytkimen vianetsintää ja testaa järjestelmää kahden liittimen yli, kytkin ohitetaan. Jos teknikko unohtaa irrottaa hyppyjohtimen ennen hissin palauttamista matkustajapalveluun, syntyy katastrofaalinen turvallisuushaavoittuvuus-hissi saattaa kulkea avoimen lukitsemattoman oven kanssa.
Tämän toimintariskin pienentämiseksi nykyaikaiset hissien turvaohjaimet käyttävät kaksikanavaista-turvallisuusarkkitehtuuria ja edistynyttä solmuvalvontaa. Yhden jatkuvan langan sijasta turvaketju segmentoidaan ja sen paluusignaalia arvioidaan jatkuvasti redundanttien mikroprosessorien toimesta.
Lisäksi älykkäät turvajärjestelmät käyttävät dynaamista pulssia. Ohjain syöttää tietyn digitaalisen koodin tai korkeataajuisen -pulssin turvaketjuun. Jos teknikko yrittää ohittaa kytkimen tavallisella kuparijohtimella, ohjain havaitsee välittömästi, että ainutlaatuinen pulssikuvio on kadonnut tai sitä on muutettu, ja se lukitsee koko järjestelmän kriittisellä vikakoodilla, jota ei voida poistaa ilman valtuutettua master-nollausta.
Turvaketjun diagnostiikkasuunnittelu ja vianmääritys
Koska turvaketju on massiivinen sarjasilmukka, joka sisältää kymmeniä koskettimia, jotka on venytetty satojen jalkojen johdotuksen yli, avautuneen kytkimen tarkan määrittäminen voi olla tekninen haaste, jos järjestelmää ei ole suunniteltu älykkäästi.
Historiallisesti hissiteknikot joutuivat seisomaan ohjaimen edessä volttimittarin kanssa ja tutkimaan manuaalisesti riviliittimiä löytääkseen, missä turvajännite putosi nollaan. Viisikymmentä{1}}kerroksisessa rakennuksessa tämä manuaalinen eristysprosessi voi viedä tuntikausia huolellisen diagnosoinnin.
Nykyaikainen elektroniikkatekniikka on ratkaissut tämän rajoituksen solmumatriisivalvonnana tunnetulla tekniikalla. Säännöllisin väliajoin sarjaketjussa-tyypillisesti jokaisen suuren ali-järjestelmävyöhykkeen- jälkeen korkea-impedanssinen diagnostiikkajohto napautetaan pois pääsilmukasta ja reititetään suoraan hissitietokoneen ohjaimen pienjännitetuloihin.
Analysoimalla näitä tulomatriisisolmuja ohjain voi välittömästi tunnistaa tarkan vyöhykkeen, jossa piiri on katkennut. Jos tietokone esimerkiksi näkee 110 V kaivon turvamerkkijonon lähdössä, mutta 0 V oven lukitusjonon tulossa, se näyttää välittömästi kohdistetun diagnostiikkakoodin huoltonäytössä, kuten "Vika: Nostotien oven lukitus auki - Floor 4."
Näistä edistyneistä digitaalisista apuvälineistä huolimatta kenttäteknikon on pysyttävä valppaina kroonisia ympäristön ja fyysisiä heikkenemismuotoja vastaan, jotka vaivaavat turvaketjua pitkän käyttöiän aikana:
Koskettimien hapettuminen: Koska turvaketjukytkimet sijaitsevat ilmastoimattomissa hissikoissa, jotka ovat alttiina pölylle, ympäristön kosteudelle ja betonihiukkasille, koskettimien hopeoidut-pinnat voivat muodostaa johtamattoman hapetuskerroksen. Tämä voi aiheuttaa ajoittain mikro-katkoja piirissä, laukaiseen haamuvikoja, jotka pysäyttävät hissin satunnaisesti muutamaksi sekunniksi ennen kuin tärinä mahdollistaa kontaktin-luovuttamisen.
Mekaaninen kohdistusvirhe: Vuosien raskaan rakennuskäytön aikana ovet painuvat, rakenteelliset yläpäät siirtyvät hieman betonin painumisen vuoksi ja ohjauskengät kuluvat. Tämä rakenteellinen ajautuminen voi aiheuttaa sen, että mekaaniset siltavarret ohittavat sähköisen lukituskotelon keskikohdan, mikä estää turvaketjua muodostamasta kiinteää sähköistä yhteyttä, vaikka ovi näyttäisi olevan täysin suljettu paljaalla silmällä.
Hiilenseuranta: Jos hissi toimii ympäristössä, jossa on korkea kosteus ja pöly, turvakoskettimia pitelevien muovisten eristyspalojen yli voi muodostua hieno kerros likaa. Ajan mittaan korkeajännitepotentiaalit voivat polttaa mikroskooppisen hiilen polun tämän lian läpi, jolloin syntyy suuri-resistanssisähköpolku, joka vuotaa virran maahan, jolloin turvareleet tärisevät tai laukeavat odottamattomasti.
Johtopäätös
Hissin turvaketju on loistava toteutus tinkimättömästä sähkötekniikasta. Se on ehdoton portinvartija laajemmassa hissiturvajärjestelmässä, mikä osoittaa, että jopa langattoman pilvitekniikan ja monimutkaisen ohjelmistoautomaation hallitsemalla aikakaudella ihmisten turvallisuuden perimmäinen tae perustuu edelleen kiinteän, suljetun -silmukan sarjapiirin absoluuttiseen fysiikkaan.
Vertikaalisen kuljetusalan työntyessä syvemmälle 2000-luvulle{0}}turvallisuusketju on käymässä läpi merkittävintä rakenteellista kehitystään sen perustamisen jälkeen. Sähkömekaaniset kytkimet ja raskaat kuparilangat väistyvät yhä enemmän PESSRAL-tekniikalle-ohjelmoitaville elektronisille järjestelmille turvallisuuteen liittyvissä hissien sovelluksissa.