В сфере современной архитектурной инфраструктуры лифты признаны самым безопасным видом коммерческого транспорта в мире. Миллионы пассажиров ежедневно заходят в эти вертикальные кабины, совершенно не обращая внимания на огромную кинетическую энергию, системы высокого-напряжения и глубокие вертикальные шахты, окружающие их. Этот безупречный показатель безопасности не является случайностью конструкции; это прямой результат сложной, многоуровневой и бескомпромиссной сети защиты, известной под общим названием «Система безопасности лифта».
Хотя пассажиры знакомы с компонентами визуальной безопасности, такими как дверные датчики и аварийные тормоза, основная основа эксплуатационной целостности лифта лежит в его электрической архитектуре. В абсолютном центре этой архитектуры находится цепь безопасности лифта, которую также называют цепью безопасности или страховочной струной.
Цепь безопасности представляет собой непрерывную проводную электрическую петлю, которая связывает все важные механические средства защиты, структурные замки и ручные переключатели по всему подъемному ходу в единую связную цепь мониторинга. Понимание точной механики, электрического поведения и принципов диагностики этой цепи безопасности жизненно важно для любого инженера или специалиста по техническому обслуживанию, перед которым стоит задача обеспечения безопасности, надежности и соответствия требованиям вертикальной транспортировки.
Анатомия цепи безопасности
Чтобы оценить абсолютную надежность цепи безопасности, необходимо взглянуть на ее электрическую топографию. С инженерной точки зрения цепь безопасности спроектирована как классическая последовательная цепь. В последовательной цепи электричество должно проходить через каждый отдельный компонент последовательно по одному пути, чтобы завершить цикл. Если какой-либо переключатель или контакт на этом пути размыкается, вся цепь мгновенно разрывается.
Эта фиксированная последовательная конфигурация является реализацией философии-безопасного проектирования. Вместо того, чтобы полагаться на компьютерную программу для сканирования различных датчиков и принятия логического решения об остановке лифта, цепь безопасности использует физическое электричество. Если возникает опасная ситуация,-например, когда пассажир взламывает дверь лифта во время-поездки-, физический переключатель размыкается, механически отсекая поток тока.
Когда ток перестает течь, первичные реле безопасности, расположенные внутри контроллера лифта, отключаются. При таком отключении-механически отключаются основные угольные-контакторы лица, что полностью отключает электроэнергию от тягового двигателя лифта и одновременно обесточивает-катушки механического тормоза. Лишенные электрической удерживающей силы, тяжелые пружины немедленно зажимают механические тормоза на приводном валу тяговой машины, обеспечивая безопасную и контролируемую остановку автомобиля.
Цепь безопасности обычно работает в специальной петле напряжения постоянного тока (DC) или переменного тока (AC) низкого-–-среднего значения, обычно в диапазоне от 48 В до 110 В. Этот уровень напряжения выбирается достаточно высоким, чтобы надежно устранить незначительное поверхностное окисление или пыль на электрических контактах, но при этом достаточно низким, чтобы свести к минимуму риск возникновения опасной электрической дуги. Важно отметить, что эта цепь полностью изолирована посредством трансформаторов от трехфазных линий высокого-напряжения-, которые питают тяговый приводной двигатель, гарантируя, что электрический всплеск или локализованное короткое-замыкание в двигателе не приведет к замыканию защитных контактов или нарушению работы системы безопасности лифта.
Ключевые электротехнические средства защиты на протяжении всей цепи (от приямка до машинного отделения)
Цепь безопасности физически проходит через всю шахту лифта, простираясь от темных глубин пола ямы до верхнего машинного отделения. В этот единый контур подключены десятки отдельных переключателей. Их можно разделить на четыре основные структурные зоны защиты.
Защита подъемников и площадок
Наиболее часто срабатывающими выключателями во всей цепи безопасности являются выключатели блокировки дверей лифта и контакты дверей кабины. Каждая лестничная дверь на каждом этаже оснащена механическим замком, интегрированным с электрическим контактным выключателем.
Когда двери закрываются и запираются, мостик с медным или серебряным-покрытием замыкает цепь для этого конкретного этажа. Если кабина лифта движется между этажами, а дверь лестничной площадки приоткрывается хотя бы на долю дюйма, цепь безопасности рвется, и кабина мгновенно останавливается. Аналогичным образом, сама дверь автомобиля оснащена переключателем, который проверяет, полностью ли закрыта внутренняя дверь, прежде чем лифту будет разрешено движение.
Защита от превышения скорости и движения
Регулятор превышения скорости обычно располагается в верхнем машинном отделении или наверху шахты. Регулятор контролирует физическую скорость кабины лифта с помощью непрерывной петли из стального троса.
Если кабина превышает номинальную конструкционную скорость на заранее определенный порог безопасности (обычно 115 процентов номинальной скорости), внутренние грузики регулятора вылетают наружу, механически отключая высокочувствительный электрический переключатель, подключенный непосредственно к цепи безопасности. Это действие останавливает автомобиль электрически задолго до того, как он достигнет скорости, при которой сработают вторичные механические предохранительные клинья под рамой автомобиля. Кроме того, если трос регулятора провисает или рвется, срабатывает переключатель провисания-троса, немедленно размыкая петлю безопасности.
Ограничения терминалов и физические границы
Чтобы предотвратить столкновение лифта с бетонной плитой над головой или с резким ударом о пол ямы, цепь безопасности включает в себя концевые выключатели. Это механические роликовые-выключатели, установленные вблизи верхней и нижней границ подъемного пути.
Если кабина лифта превышает нормальную зону остановки, физический корпус кабины ударяется об эти концевые выключатели, размыкая цепь безопасности. Дальше, в яме, цепь безопасности проходит через буферные выключатели. Если автомобиль приземляется на масляные или пружинные буферы, эти переключатели размыкаются, чтобы лифт оставался заблокированным и не работал до тех пор, пока инспектор не проверит структурную целостность нижней части автомобиля.
Ручное вмешательство (аварийная остановка)
Наконец, вмешательство человека непосредственно учитывается в контуре. Красные кнопки аварийной остановки (E-Stop) с грибовидной головкой-подключаются непосредственно к цепи безопасности в критических рабочих узлах: внутри ямы для технических специалистов, работающих под кабиной, наверху кабины лифта для обслуживающего персонала, выполняющего проверки шахты, и внутри самого главного шкафа контроллера. Нажатие любой из этих кнопок мгновенно разрывает цикл, отменяя все автоматические компьютерные команды.
Кинематика блокировки: как сливаются электрические и механические системы
Распространенной причиной отказа менее сложных механизмов является отделение механической реальности от электрического состояния. Цепь безопасности предотвращает это несоответствие с помощью механических принудительных-выключателей принудительного отключения.
В стандартном реле или бытовом выключателе освещения используется пружина, которая раздвигает контакты. Однако пружины могут ослабнуть, сломаться или застрять из-за грязи. Если пружина выйдет из строя, электрические контакты могут остаться закрытыми, даже если механический рычаг переместится в опасное положение.
Чтобы устранить эту уязвимость, в дверных замках лифтов используется механическая клиновая конструкция. Физический акт открытия механического дверного замка физически раздвигает электрические контакты. Даже если сильная электрическая дуга слегка сварила контакты, грубая механическая сила, приложенная при открытии двери, разрывает сварные соединения, заставляя электрическую цепь размыкаться.
Еще одной важной проблемой в архитектуре системы безопасности лифта является угроза случайного электрического короткого замыкания или «моста». Если технический специалист устраняет неисправный дверной переключатель и устанавливает перемычку между двумя клеммами для проверки системы, этот переключатель будет обойден. Если техник забудет снять эту перемычку перед тем, как снова ввести лифт в эксплуатацию для пассажиров, возникнет катастрофическая уязвимость безопасности.-Лифт может двигаться с открытой, незапертой дверью.
Чтобы снизить этот эксплуатационный риск, современные контроллеры безопасности лифтов используют двухканальную архитектуру безопасности и расширенный мониторинг узлов. Вместо одного непрерывного куска провода цепь безопасности сегментирована, а ее обратный сигнал непрерывно оценивается резервными микропроцессорами.
Кроме того, интеллектуальные системы безопасности используют динамические импульсы. Контроллер вводит в цепь безопасности определенный цифровой код или высокочастотный-импульс. Если технический специалист попытается обойти переключатель с помощью стандартной перемычки из медного провода, контроллер мгновенно обнаружит, что уникальная последовательность импульсов потеряна или изменена, и блокирует всю систему с помощью критического кода неисправности, который невозможно сбросить без авторизованного общего сброса.
Диагностическая инженерия и устранение неисправностей цепи безопасности
Поскольку цепь безопасности представляет собой массивную последовательную петлю, содержащую десятки контактов, натянутых на сотни футов проводов, точное определение того, какой именно переключатель разомкнулся, может стать инженерной задачей, если система не спроектирована разумно.
Исторически лифтовым специалистам приходилось стоять перед контроллером с вольтметром, вручную проверяя клеммные колодки, чтобы определить, где безопасное напряжение упало до нуля. В пятидесятиэтажном-этажном здании процесс изоляции вручную может занять часы кропотливой диагностики.
Современная электронная инженерия решила это ограничение с помощью метода, известного как мониторинг матрицы узлов. Через равные промежутки времени в последовательной цепи-обычно после каждой основной под-зоны-диагностический провод с высоким-импедансом отсоединяется от основного контура и направляется непосредственно ко входам низкого-напряжения контроллера компьютера лифта.
Анализируя эти узлы входной матрицы, контроллер может мгновенно определить точную зону, в которой цепь нарушена. Например, если компьютер видит 110 В на выходе цепочки безопасности ямы, но 0 В на входе цепочки дверного замка, он мгновенно отображает целевой диагностический код на экране обслуживания, например «Неисправность: открыта блокировка двери шахты -, этаж 4».
Несмотря на эти передовые цифровые средства, полевые техники должны сохранять бдительность в отношении хронических условий окружающей среды и физической деградации, которые мешают цепочке безопасности в течение длительного срока службы:
Окисление контактов. Поскольку цепные выключатели безопасности расположены в некондиционируемых шахтах, подверженных воздействию пыли, влажности окружающей среды и твердых частиц бетона, на посеребренных-поверхностях контактов может образовываться слой не-проводящего окисления. Это может вызвать периодические микро-разрывы в цепи, вызывающие ложные неисправности, которые случайным образом останавливают лифт на несколько секунд, прежде чем вибрация позволит восстановить контакт-.
Механическое смещение: за годы интенсивной эксплуатации здания двери провисают, перекрытия конструкции слегка смещаются из-за осадки бетона и изнашиваются направляющие башмаки. Этот структурный сдвиг может привести к тому, что механические рычаги моста не попадут в центр коробки электрической блокировки, что не позволит цепи безопасности создать надежное электрическое соединение, даже если невооруженным глазом дверь кажется полностью закрытой.
Отслеживание углерода: если лифт работает в среде с высокой влажностью и пылью, на пластиковых изоляционных блоках, удерживающих защитные контакты, может образоваться тонкий слой грязи. Со временем потенциалы высокого напряжения могут прожечь микроскопические пути углерода через эту грязь, создавая электрический путь с высоким-сопротивлением, который пропускает ток на землю, вызывая вибрацию или непредсказуемое срабатывание реле безопасности.
Заключение
Цепь безопасности лифта — блестящее воплощение бескомпромиссной электротехники. Он выступает в качестве абсолютного привратника в более широкой системе безопасности лифта, доказывая, что даже в эпоху доминирования беспроводных облачных вычислений и сложной программной автоматизации конечная гарантия безопасности человека по-прежнему опирается на абсолютную физику проводной, последовательной-цепи с замкнутым контуром.
По мере того как индустрия вертикальных перевозок продвигается в XXI-первый век, цепочка безопасности претерпевает самую значительную структурную эволюцию с момента ее создания. Электромеханические переключатели и толстые медные провода все чаще уступают место технологии PESSRAL-Программируемые электронные системы в приложениях, связанных с безопасностью лифтов.