در حوزه زیرساخت های معماری مدرن، آسانسورها به عنوان امن ترین شکل حمل و نقل تجاری در جهان شناخته می شوند. روزانه میلیون‌ها مسافر وارد این کابین‌های عمودی می‌شوند و کاملاً از انرژی‌های جنبشی بسیار زیاد، سیستم‌های{1} ولتاژ بالا و شفت‌های عمودی عمیق اطراف آنها غافل هستند. این سابقه ایمنی بی عیب و نقص یک تصادف طراحی نیست. این نتیجه مستقیم یک شبکه بسیار پیچیده، لایه ای و سازش ناپذیر از حفاظت است که در مجموع به عنوان سیستم ایمنی آسانسور شناخته می شود.
در حالی که مسافران با اجزای ایمنی بصری مانند سنسورهای در و ترمزهای اضطراری آشنا هستند، ستون فقرات نهایی یکپارچگی عملیاتی آسانسور در معماری الکتریکی آن نهفته است. در مرکز مطلق این معماری، زنجیره ایمنی آسانسور قرار دارد که به طور متناوب به آن مدار ایمنی یا رشته ایمنی می گویند.
زنجیر ایمنی یک حلقه الکتریکی پیوسته و با سیم سخت است که هر محافظ مکانیکی مهم، قفل ساختاری و کلید بازگردانی دستی را در کل بالابر به یک مدار نظارتی منسجم متصل می‌کند. درک مکانیک دقیق، رفتارهای الکتریکی و اصول تشخیصی این زنجیره ایمنی برای هر مهندس یا متخصص تعمیر و نگهداری که وظیفه دارد حمل و نقل عمودی را ایمن، قابل اعتماد و سازگار نگه دارد، حیاتی است.
آناتومی مدار زنجیره ایمنی
برای درک قابلیت اطمینان مطلق زنجیره ایمنی، باید به توپوگرافی الکتریکی هسته آن نگاه کرد. از نقطه نظر مهندسی، زنجیره ایمنی به عنوان یک مدار سری کلاسیک طراحی شده است. در یک مدار سری، الکتریسیته باید از طریق تک تک اجزا به صورت متوالی، در امتداد یک مسیر واحد، جریان یابد تا حلقه کامل شود. اگر هر کلید یا کنتاکتی در آن مسیر باز شود، کل مدار فوراً قطع می شود.
این پیکربندی سری سیم‌کشی، اجرای فلسفه طراحی ایمن- شکست خورده است. زنجیره ایمنی به جای تکیه بر یک برنامه نرم افزاری کامپیوتری برای اسکن حسگرهای مختلف و تصمیم منطقی برای توقف آسانسور، از الکتریسیته فیزیکی استفاده می کند. اگر شرایط خطرناکی رخ دهد-مثلاً یک مسافر در وسط-بالابر-درب آسانسور را باز کند-سوئیچ فیزیکی باز می‌شود و به طور مکانیکی جریان جریان را قطع می‌کند.
هنگامی که جریان متوقف می شود، رله های ایمنی اولیه که در داخل کنترل کننده آسانسور قرار دارند، خارج می شوند. این خروج{1}}به صورت مکانیکی کنتاکتورهای اصلی کربن-را حذف می‌کند، که به طور کامل نیروی الکتریکی را از موتور کشش آسانسور حذف می‌کند و همزمان سیم‌پیچ‌های ترمز مکانیکی را خاموش می‌کند. فنرهای سنگین که از قدرت نگهدارنده الکتریکی محروم هستند، فوراً ترمزهای مکانیکی را روی محور محرک ماشین کشش می‌بندند و خودرو را به یک توقف ایمن و کنترل‌شده می‌رسانند.
زنجیر ایمنی معمولاً بر روی یک حلقه ولتاژ جریان مستقیم کم تا{{1}متوسط (DC) یا جریان متناوب (AC) که معمولاً بین 48 ولت و 110 ولت متغیر است، کار می‌کند. این سطح ولتاژ به اندازه ای بالا انتخاب شده است که به طور قابل اعتمادی از طریق اکسیداسیون سطحی جزئی یا گرد و غبار روی کنتاکت های الکتریکی منفجر شود، اما به اندازه کافی کم باشد تا خطر قوس الکتریکی خطرناک را به حداقل برساند. مهمتر از همه، این مدار به طور کامل از طریق ترانسفورماتورها از خطوط-ولتاژ بالا سه فاز-که موتور محرک کششی را تغذیه می‌کنند، جدا می‌شود و اطمینان حاصل می‌کند که یک سنبله الکتریکی یا اتصال کوتاه موضعی در موتور، کنتاکت‌های ایمنی را نمی‌بندد یا سیستم ایمنی آسانسور را به خطر نمی‌اندازد.
محافظ های الکتریکی کلیدی در امتداد زنجیره (از گودال تا اتاق ماشین)
زنجیر ایمنی به طور فیزیکی در کل چاه آسانسور حلقه می زند و از اعماق تاریک کف گودال تا اتاق ماشین بالای سر امتداد می یابد. ده ها سوئیچ جداگانه به این حلقه متصل می شوند. آنها را می توان به چهار ناحیه ساختاری اولیه حفاظتی طبقه بندی کرد.
حفاظت از راه آسانسور و فرود
سوئیچ هایی که اغلب چرخه می شوند در کل زنجیره ایمنی، کلیدهای قفل درب بالابر و کنتاکت درب خودرو هستند. هر درب فرود در هر طبقه دارای یک قفل مکانیکی است که با یک سوئیچ تماس الکتریکی یکپارچه شده است.
وقتی درها بسته می‌شوند و قفل می‌شوند، یک بازوی پل مسی یا نقره‌ای{0}} مدار آن طبقه خاص را تکمیل می‌کند. اگر کابین آسانسور بین طبقات حرکت کند و درب فرود حتی کسری از اینچ باز شود، زنجیر ایمنی پاره می‌شود و کابین فوراً متوقف می‌شود. به طور مشابه، خود درب کابین دارای یک سوئیچ دروازه است که تأیید می کند درب داخلی قبل از اجازه حرکت آسانسور کاملاً بسته است.
حفاظت از سرعت و حرکت
معمولاً در اتاق ماشین بالای سر یا بالای شفت، گاورنر سرعت بیش از حد قرار دارد. گاورنر از طریق یک حلقه کابل فولادی پیوسته بر سرعت فیزیکی کابین آسانسور نظارت می کند.
اگر کابین از یک آستانه ایمنی از پیش تعیین شده (معمولاً 115 درصد سرعت نامی) از سرعت ساختاری نامی خود فراتر رود، وزنه های داخلی گاورنر به سمت بیرون پرواز می کنند و به طور مکانیکی یک کلید الکتریکی بسیار حساس را که مستقیماً به زنجیر ایمنی متصل شده است، می اندازند. این عمل قبل از اینکه وسیله نقلیه بتواند به سرعتی برسد که باعث ایجاد گوه های ایمنی ثانویه و مکانیکی در زیر قاب خودرو می شود، خودرو را به خوبی متوقف می کند. بعلاوه، اگر طناب گاورنر شل شود یا بپیچد، یک سوئیچ طناب شل-فعال می شود و بلافاصله حلقه ایمنی باز می شود.
محدودیت های ترمینال و محدودیت های فیزیکی
برای جلوگیری از برخورد آسانسور به دال بتنی بالای سر یا برخورد شدید به کف گودال، زنجیره ایمنی شامل کلیدهای حد پایانه است. اینها کلیدهای غلتکی{1}}بازویی هستند که در نزدیکی مرزهای بالا و پایین راه آسانسور نصب شده اند.
اگر کابین آسانسور از ناحیه توقف معمولی خود عبور کند، قاب فیزیکی کابین به این کلیدهای محدود برخورد کرده و زنجیره ایمنی را باز می کند. پایین تر در گودال، زنجیره ایمنی از طریق سوئیچ های بافر عبور می کند. اگر کابین روی بافرهای روغن یا فنر فرود آید، این سوئیچ‌ها باز می‌شوند تا اطمینان حاصل شود که آسانسور خارج از سرویس قفل می‌شود تا زمانی که بازرس بتواند یکپارچگی ساختاری قسمت زیرین کابین را بررسی کند.
مداخله دستی (توقف های اضطراری)
در نهایت، مداخله انسان به طور مستقیم در حلقه قرار می گیرد. دکمه‌های قرمز رنگ قارچی-ایست اضطراری (E-توقف) مستقیماً به زنجیره ایمنی در گره‌های عملیاتی حیاتی متصل می‌شوند: داخل گودال برای تکنسین‌هایی که در زیر کابین کار می‌کنند، بالای کابین آسانسور برای کارکنان تعمیر و نگهداری که بازرسی‌های شفت را انجام می‌دهند، و درون خود کابینه کنترل‌کننده اصلی. زدن هر یک از این دکمه ها فوراً حلقه را می شکند و تمام دستورات خودکار رایانه را نادیده می گیرد.
سینماتیک درهم تنیدگی: نحوه ادغام سیستم های الکتریکی و مکانیکی
یک نقطه مشترک خرابی در ماشین آلات کمتر پیچیده، جدا کردن واقعیت مکانیکی از وضعیت الکتریکی است. زنجیر ایمنی از طریق کلیدهای قطع اتصال اجباری مکانیکی مثبت از این عدم تطابق جلوگیری می کند.
در یک رله استاندارد یا کلید چراغ خانه، از یک فنر برای جدا کردن کنتاکت ها استفاده می شود. با این حال، فنرها می توانند ضعیف شوند، بشکنند یا توسط کثیفی محصور شوند. اگر فنر از کار بیفتد، حتی اگر بازوی مکانیکی به موقعیت خطرناکی رفته باشد، ممکن است تماس های الکتریکی بسته بمانند.
برای از بین بردن این آسیب پذیری، قفل های درب آسانسور از طراحی گوه مکانیکی استفاده می کنند. عمل فیزیکی باز کردن قفل مکانیکی درب، تماس های الکتریکی را از هم جدا می کند. حتی اگر یک قوس الکتریکی قوی کنتاکت ها را کمی به هم جوش داده باشد، نیروی مکانیکی بی رحمی که با باز کردن درب وارد می شود، جوش می شود و مدار الکتریکی را مجبور به باز شدن می کند.
یکی دیگر از نگرانی های حیاتی در معماری سیستم ایمنی آسانسور، تهدید یک اتصال کوتاه الکتریکی تصادفی یا "پل" است. اگر یک تکنسین در حال عیب یابی یک سوئیچ درب معیوب باشد و یک بلوز سیمی را در دو پایانه برای آزمایش سیستم معرفی کند، آن کلید دور زده می شود. اگر تکنسین فراموش کند که جامپر را قبل از اینکه آسانسور را به سرویس مسافر برگرداند، خارج کند، آسیب‌پذیری ایمنی فاجعه‌باری ایجاد می‌شود-آسانسور می‌تواند با یک در باز و قفل حرکت کند.
برای کاهش این خطر عملیاتی، کنترل‌کننده‌های ایمنی آسانسور مدرن از معماری ایمنی{0} کانال دوگانه و نظارت بر گره پیشرفته استفاده می‌کنند. به جای یک تکه سیم پیوسته، زنجیره ایمنی قطعه بندی می شود و سیگنال بازگشت آن به طور مداوم توسط ریزپردازنده های اضافی ارزیابی می شود.
علاوه بر این، سیستم های ایمنی هوشمند از پالس پویا استفاده می کنند. کنترل کننده یک کد دیجیتال خاص یا پالس با فرکانس بالا- را به زنجیره ایمنی تزریق می کند. اگر یک تکنسین بخواهد سوئیچ را با یک جامپر سیم مسی استاندارد دور بزند، کنترل‌کننده فوراً تشخیص می‌دهد که الگوی پالس منحصربه‌فرد از بین رفته یا تغییر یافته است و کل سیستم را با یک کد خطای حیاتی قفل می‌کند که بدون تنظیم مجدد اصلی مجاز پاک نمی‌شود.
مهندسی تشخیصی و عیب یابی زنجیره ایمنی
از آنجایی که زنجیره ایمنی یک حلقه سری عظیم است که شامل ده‌ها کنتاکت است که در طول صدها فوت سیم‌کشی کشیده شده‌اند، اگر سیستم هوشمندانه طراحی نشده باشد، تعیین دقیق کلید باز شده می‌تواند یک چالش مهندسی باشد.
از لحاظ تاریخی، تکنسین های آسانسور مجبور بودند با یک ولت متر جلوی کنترلر بایستند و به صورت دستی بلوک های ترمینال را بررسی کنند تا جایی که ولتاژ ایمنی به صفر رسیده است را ردیابی کنند. در یک ساختمان پنجاه-طبقه، این فرآیند جداسازی دستی می‌تواند ساعت‌ها تشخیص پر زحمت ببرد.
مهندسی الکترونیک مدرن این محدودیت را از طریق تکنیکی به نام نظارت بر ماتریس گره حل کرده است. در فواصل منظم در امتداد زنجیره سری-معمولاً بعد از هر زیر{2}}منطقه اصلی سیستم-یک سیم تشخیصی امپدانس بالا-از حلقه اصلی جدا می‌شود و مستقیماً به ورودی‌های ولتاژ پایین- کنترل‌کننده رایانه آسانسور هدایت می‌شود.
با تجزیه و تحلیل این گره های ماتریس ورودی، کنترل کننده می تواند فوراً منطقه دقیقی را که مدار در آن شکسته شده است، شناسایی کند. برای مثال، اگر رایانه در خروجی رشته ایمنی گودال 110 ولت، اما در ورودی رشته قفل درب 0 ولت ببیند، فوراً یک کد تشخیصی هدفمند را روی صفحه تعمیر و نگهداری نمایش می‌دهد، مانند «عیب: قفل درب Hoistway باز - طبقه 4».
با وجود این کمک‌های دیجیتالی پیشرفته، تکنسین‌های میدانی باید در برابر حالت‌های تخریب مزمن محیطی و فیزیکی که زنجیره ایمنی را در طول عمر عملیاتی طولانی آزار می‌دهند، هوشیار باقی بمانند:
اکسیداسیون تماسی: از آنجایی که سوئیچ های زنجیره ای ایمنی در بالابرهای بدون قید و شرط در معرض گرد و غبار، رطوبت محیط و ذرات بتن قرار دارند، روکش های نقره ای-روی کنتاکت ها می توانند لایه ای از اکسیداسیون غیررسانا ایجاد کنند. این می‌تواند باعث ایجاد ریز{3}}شکستگی‌های متناوب در مدار شود، و باعث ایجاد خطاهای ارواح شود که آسانسور را به‌طور تصادفی برای چند ثانیه متوقف می‌کند، قبل از اینکه ارتعاش اجازه برقراری مجدد- تماس را بدهد.
ناهماهنگی مکانیکی: در طول سال‌ها استفاده سنگین از ساختمان، درها فرورفته، سربرگ‌های سازه به دلیل نشست بتن کمی تغییر می‌کنند و کفش‌های راهنما فرسوده می‌شوند. این رانش ساختاری می‌تواند باعث شود بازوهای پل مکانیکی مرکز جعبه اینترلاک الکتریکی را از دست بدهند و از ایجاد یک اتصال الکتریکی محکم توسط زنجیر ایمنی جلوگیری می‌کند حتی زمانی که درب کاملاً با چشم غیرمسلح به نظر می‌رسد.
ردیابی کربن: اگر آسانسور در محیطی با رطوبت و گرد و غبار بالا کار کند، یک لایه ریز از خاک می تواند در سراسر بلوک های عایق پلاستیکی که کنتاکت های ایمنی را نگه می دارند تشکیل شود. با گذشت زمان، پتانسیل‌های ولتاژ بالا می‌توانند یک مسیر میکروسکوپی کربن را از میان این دوده بسوزانند، و یک مسیر الکتریکی با مقاومت{1} بالا ایجاد کنند که جریان را به زمین منتقل می‌کند و باعث می‌شود رله‌های ایمنی به‌طور غیرقابل پیش‌بینی به صدا درآیند.
نتیجه گیری
زنجیره ایمنی آسانسور یک تحقق درخشان از مهندسی برق بدون سازش است. این یک دروازه‌بان مطلق در سیستم ایمنی آسانسور گسترده‌تر است و ثابت می‌کند که حتی در دوره‌ای که تحت تسلط محاسبات ابری بی‌سیم و اتوماسیون نرم‌افزاری پیچیده است، تضمین نهایی ایمنی انسان همچنان به فیزیک مطلق مدارهای سری حلقه‌های بسته{{1} متصل است.
همانطور که صنعت حمل و نقل عمودی به سمت قرن بیست و یکم می رود، زنجیره ایمنی مهم ترین تحول ساختاری خود را از زمان پیدایش خود تجربه می کند. سوئیچ های الکترومکانیکی و سیم های مسی سنگین به طور فزاینده ای جای خود را به فناوری PESSRAL{2}}سیستم های الکترونیکی قابل برنامه ریزی در برنامه های مرتبط با ایمنی برای آسانسورها می دهند.