ANALIZA SISTEMELOR DE ACȚIONARE ȘI COMANDĂ A ASCENSOARELOR [310501]

ANALIZA SISTEMELOR DE ACȚIONARE ȘI COMANDĂ A ASCENSOARELOR

CARACTERISTICA GENERALĂ A ASCENSOARELOR

Noțiuni introductive

Fig.1.1. [anonimizat]. Datorită controlului tehnic strict și a sistemului de securitate (dispozitivul de frânare (paracăzătoare), oprire și menținere a cabinei (contragreutății) pe glisiere), posibilitatea de accident este practic imposibilă. Utilajul electric și alimentarea ascensorului trebuie să corespundă cerințelor “Normelor de construire a instalațiilor electrice”. [anonimizat], [anonimizat], [anonimizat], transportare a acestuia.

[anonimizat]-se atât diversificarii tipurilor de cladiri si a [anonimizat] a cresterii exigentei clientilor în ceea ce priveste confortul transportului pe verticala si efcientizarea costurilor de exploatare si întretinere. [anonimizat]:

Sarcina;

Actionarea;

Frecventa de conectare;

Tractiunea;

Tipuri de comenzi;

Tipuri de uși;

Camera de mașini;

Spații de siguranță;

Semnalizări;

Dotări suplimentare;

Sarcina: În conformitate cu standardele europene EN81-1 si EN81-2 între sacină și numărul de pasageri există o relatie: Numar personae = sarcina nominală[kg]: 75[kg], [anonimizat] 1.1. sunt prezentate principalele caracteristici tehnice ale ascensoarelor.

Tabel 1.1. Principalele caracteristici tehnice ale ascensoarelor

Există două clase principale de ascensoare: ascensoare hidraulice și electrice . Lifturile de tracțiune pot fi în continuare împărțite în două categorii: cu tracțiune prin reductor si tracțiune direct de la motor.

Fgur.1.2. Intervalul tipic de înălțimi pentru diferite tehnologii de ridicare utilizate în prezent.

Actionarea: [anonimizat].

Acționarea electrică este în cazul cînd cabina este miscata de un motor electric cu roată de fricție sau tambur prin intermediul cablurilor de suspensie. Există trei tipuri de actionări electrice:

Cu viteză variabilă: 1.0; 1.6; 2.5; 3.5; 6.0…17 m/s, avînd ca caracteristici :

Capacitate mare de transport;

Viteza mare controlată;

Confort maxim al deplasării (accelerații și decelerații controlate);

Precizie mare de oprire in stații.

Cu două viteze: 1.0; 0.25 m/s. avînd ca caracteristici :

Preț relativ scăzut;

Confort mediu (trecera pe viteza mică se simte);

Viteza mxima de 1.0 m/s.

Cu o viteză: 0.35; 0.5; 0.63 m/s. avînd ca caracteristici :

Preț scazut;

Precizie de oprire in stații scazută;

Durată lungă a cursei;

Confort scăzut(porniri și opriri bruste);

Viteza maxima de 0.63 m/s.

[anonimizat]. Există două tipuri de actionări electrice:

Cu viteză variabila: 0.8; 1.0 m/s, având ca caracteristici:

Confortul sporit prin pornire și oprirea controlată.

Cu două viteze: 0.35; 0.5; 0.63 m/s, având ca caracteristici:

Este soluția normală pentru ascensoarele hidraulice. Realizează precizie de opriri in statie, accelerații și decelerații medii;

Revenirea automată în stații in cazul întreruperii alimentării;

Viteză și capacitate mică de transport, confortul deplasării dinamice depinde de temperatura uleiului, motiv pentru care sunt necesare dispozitive de mentinere a temperaturii.

Frecventa de conectare este numărul de porniri pe ora pe care le poate suporta masina de actionare.

Acest aspect este important în calculul necesarului de ascensoare, capacitatea de transport fiind direct proportionala cu acest parametru, valorile care se folosesc sunt:

Pentru ascensoarele electrice: 90,120,180,240 conectări / ora;

Pentru ascensoare hidraulice: 20,30,60 conectari / ora.

Tracțiunea este modul în care este legată cabina de elementul de actionare

Ascensoarele în funcție de destinație, înălțimea de ridicare, localizarea troliului, planificarea și construcția clădirilor au scheme cinematice diferite.

Pentru acționare electrică :

Fig.1.3. Schema cinematic cu legatura direct

Fig.1.4. Schema cinematic cu legatura indirectă

Pentru acționare hidraulică :

Fig.1.5. Schema cinematic cu legatura directă

Fig.1.6. Schema cinematic cu legatura indirecătă

Analiza evoluării tipurilor de comenzi

Astăzi, există un număr mare de sisteme de comandă a ascensorului, printre care există atât sisteme tip releu tipice clădirilor vechi, cât și sisteme bazate pe tehnologia microprocesoarelor.

Fig.1.9. Comanda sistemului prin relee Fig.1.10. Comanda sistemului prin

microprocesor

Toate sistemele de control pot fi împărțite în două tipuri în funcție de structura lor: centralizată și distribuită. Sistemul de comandă a ascensoarelor asigură îndeplinirea cerințelor pasagerilor, comenzile din cabină sau solicitările de la etaje, tot în acest timp rezolvă o serie de sarcini legate de determinarea direcției de deplasare, în funcție de etajul la care se află cabina ascensorului și etajul necesar deplasării, cu necesitatea de a asigura funcționarea inofensivă a ascensorului pentru pasageri. Modul în care sunt executate comenzile înregistrate depinde de tipul lor, ele se împart:

Comenzile de grup(classic, destination control system);

Comenzile secvențiale;

Comanda colectiv-selectivă;

Comanda colectivă în jos;

Comanda universală;

Comanda cu însoțitor;

Comanda exterioara;

Pentru a fi pe înțelesul tuturor, tipurilor de comenzi la ascensoare, sunt arătate mai jos într-un exemplu cu o situație de transport pe verticala si cum este rezolvata de cele trei comenzi de bază- universala, colectiva în jos, colectiv-selectiva). In figura de mai jos: Cele doua persoane de la parter doresc sa urce la stațiile 4, respectiv 7. Cel de la 3 merge la 8 ;Cel de la 5 coboară la P ; Cel de la 7 coboară la 2 ; Cel de la 9 coboară la Pornesc sa urce la stațiile 4, respectiv 7. Cel de la 3 merge la 8 ;Cel de la 5 coboară la P ; Cel de la 7 coboară la 2 ; Cel de la 9 coboară la P.

Fig.1.11. Comanda universală, colectiv în jos, colectiv selectiv

Primele ascensoare nu au fost concepute pentru a procesa simultan mai multe solicitări. Interogările au fost executate numai secvențial, fiecare interogare ulterioară ar putea fi efectuată numai după executarea celei anterioare, așa tip de comandă se numește secvențială. Acest sistem de comandă oferă cea mai simplă realizare a schemei de control. Cu toate acestea, în unele cazuri, implementarea sa se desfășoară și în prezent. De exemplu, o astfel de schemă de control este utilizată în ascensoarele de marfă și în spitale, precum și în ascensoarele de pasageri în clădirile din etaje mici și mijlocii. Această schemă de control implică faptul că toate solicitările utilizatorilor sunt înregistrate și executate secvențial. În cazul sosirii solicitărilor simultane, comenzile care vin de la cabina ascensorului sunt prioritare, adică liftul dă în primul rând pasagerul la etajul necesar și doar apoi se mișcă la etajul de la care a fost efectuat apelul (solicitarea).

Următoarea etapă a dezvoltării în acest domeniu a fost schema de comanda colectivă în jos. A devenit larg răspândită în clădirile rezidențiale unde se folosește un sistem de colectare a comenzilor numai la coborâre. Ascensorul, care se mișcă în jos, coborând la primul etaj, face opriri în conformitate cu cererile pasagerilor de la etaje, colectând astfel pasagerii. Atunci când se deplasează în direcția opusă (de jos în sus), sunt procesate numai cererile din cabină, iar cererile din etaje sunt ignorate. Acest lucru se datorează faptului că nevoia de a muta locuitorii caselor de la un etaj la altul este foarte rară. La panoul de apelare a ascensorului cu o astfel de schemă de comandă, există un singur buton.

Puțin mai târziu, un sistem de comandă colectiv-selectiv a început să fie utilizat în clădirile administrative, birouri și hoteluri, comanda înregistrează toate comenzile din cabina și palier indiferent de starea ascensorului (oprit, în mers, cabina goala, cabina ocupata etc.) si le execută în ordine pe sensul de mers (atât la coborâre cât si la urcare) inițiat de prima comanda (indiferent de ordinea în care au fost date). Dispozitivul de chemare a ascensoarelor care funcționează în conformitate cu această schemă de control are două butoane – în sus și în jos. Această complicație a schemei de control este justificată de o creștere a capacității ascensorului. Astăzi, o astfel de schemă de control este foarte frecventă în diferite tipuri de clădiri.

În clădirile cu un număr mare de etaje și trafic intens de călători, sunt instalate mai multe lifturi (un grup de ascensoare) distanta dintre cele mai depărtate nu trebuie să depășească 10-15m. În același timp, este necesar să se coordoneze activitatea ascensoarelor din grupul de apeluri, al căror obiective este creșterea performanțelor ascensoarelor, reducerea timpului de așteptare pentru pasageri, reducerea (sau lipsa totală) a numărului de drumuri în gol a uzurii asociate ascensoarelor și consumul redus de energie. Aceste sarcini sunt rezolvate de sistemele de control al grupului de ascensoare care utilizează dispeceri-zarea.

De asemenea, se poate de remarcat faptul că amplasarea în grup permite îmbunătățirea calității serviciilor de deservire a ascensoarelor, cu o economisire semnificativă a cheltuielilor de capital datorită utilizării unei camera de mecanisme comune. De asemenea, se reduce în mod semnificativ timpul efectuării serviciilor tehnice.

Un algoritm de control progresiv pentru un grup de ascensoare a fost dezvoltat de compania americană Otis Elevator, care implică faptul că fiecare pasager de la palier indică etajul necesar pentru el. În concordanță cu aceasta, sistemul indică în ce lift să se urce și peste ce perioadă va sosi cabina. Pentru aceasta, la fiecare etaj este instalat un panou de comandă similar celui din cabina ascensorului.
La optimizarea mișcării ascensoarelor, numărul de opriri pe care le efectuează cabina ascensorului este considerat ca o funcție obiectivă și această valoare trebuie minimizată. Astfel, cu cât mai putine opriri face cabina ascensorului, cu atât mai repede se întoarce la etajul principal de îmbarcare, în același timp, datorită unui număr mai mic de opriri colective, există o economie semnificativă de energie electrică și o reducere a timpului de lucru al ascensorului așa tip de comanda este numita “Destination control system”.

Fig.1.12. Tipul de comandă “Destination control system”

CERINȚE FAȚĂ DE SISTEMUL DE COMANDA ȘI ACȚIONARE AL ASCENSOARELOR

Principalele cerințe pentru sistemul de comanda și control al ascensorului sunt siguranța, fiabilitatea, accelerația netedă, mișcarea și frânarea, precizia opririi cabinei, zgomotul scăzut în timpul funcționării și evitarea interferențelor cu recepția radio și televiziunea. Aceste cerințe trebuie să fie luate în considerare atât în proiectarea sistemului de control, cât și în procesul de instalare și funcționare. Cerința cheie este siguranța ascensorului. În timpul funcționării sale există riscul unor situații de avariere (urgență), cum ar fi depășirea vitezei de deplasare a cabinei mai mult de cit cea admisibilă ascensorului, supraîncărcarea cabinei, pornirea ascensorului atunci când ușile de la cabină și sau mină sunt deschise, ruperea cablului sau elementele de suspensie. Posibilitatea inversării acestuia pentru a asigura ridicarea și coborârea cabinei

În cazul unei supraâncărcări a motorului electric, precum și în cazul unui scurtcircuit în circuitul principal sau în circuitele de comandă a acționării electrice, tensiunea trebuie automat sa fie deconectată de la motorul de acționare a ascensorului și frâna mecanică aplicată.

Astfel, algoritmul pentru care funcționează sistemul de control trebuie să asigure apariția unor astfel de situații.

Cel mai bun algoritm de lucru este cel care asigură disponibilitatea generală a utilizării și confortul pasagerilor. Accesibilitatea generală a utilizării unui ascensor presupune existența unui sistem de control in cabina ascensorului si palierul de la etaj destul de simplu și ușor de înțeles, ceea ce nu necesită o pregătire specială pentru pasagerii din toate grupele de vârstă. Confortul și condițiilor de transport sunt determinate de timpul minim de așteptare pentru pasagerii din cabină și cei de la palierele de îmbarcare cât și deplasarea acestora între etaje.

În acest caz, algoritmul sistemului ar trebui să minimizeze consumul de energie și, în același timp, să nu necesite costuri financiare semnificative. De asemenea, este necesar să se ia în considerare faptul că modul de funcționare al acționării electrice principale a ascensorului este caracterizat prin comutarea și oprirea frecvente. În acest caz se disting următoarele etape de mișcare:

accelerarea motorului electric la o viteză constantă;

deplasarea la o viteză constantă;

reducerea vitezei la apropierea etajului de destinație;

frânarea și oprirea caninei ascensorului la palier fix, cu precizia necesară.

În același timp, există faptul că durata de deplasare la o viteză constantă poate fi absent dacă suma căilor de accelerație la viteza constantă și la frânare este mai mică decât distanța dintre nivelele de plecare și de destinație.

De asemenea, la sistemul de control al echipamentelor de ridicare, există anumite cerințe privind siguranța la incendiu. În cazul unui incendiu, toate ascensoarele trebuie să coboare până la etajul principal și să deschidă ușile (etajul principal este definită ca parterul sau etaj 1 al clădirii). În această stare, ascensoarele sunt blocate până când sistemul de siguranță împotriva incendiilor este oprit.

DISPOZITIVUL DE RIDICARE AL ASCENSORULUI

În cazul unui ascensor electric, elementul de tracțiune este un troliu, care servește la efectuarea mișcării verticale a cablurilor de tracțiune pe roata de fricție. La general, dispozitivul de ridicare care asigură mișcarea cabinei constă dintr-un reductor, un ambreiaj elastic, o frână și un motor electric asincron specific ascensoarelor traditionale pînă in prezent, unde roata de tracțiune se află la capătul de ieșire al arborelui reductorului de fapt numită tracțiune prin reductor. O mare parte a ascensoarele tradiționale din municipiul Chișinău sunt schimbate cu ascensoare moderne cu tracțiune directă. De asemenea, în cazul în care ascensorul este de mare viteză în loc de tampoanele din arc, se utilizează tampoane hidraulice. "Regulile pentru construirea și funcționarea în siguranță a ascensoarelor" prevăd că acționarea electrică trebuie realizată astfel încât să fie posibilă scoaterea frânei mecanice simultan cu pornirea motorului sau după pornirea, la oprirea motorului electric este necesară acționarea frânei mecanice. Atunci când se alege o comandă electrică DC, de regulă se utilizează motoare cu turație redusă, în care viteza de rotație coincide cu viteza necesară a roții de tracțiune. Această soluție exclude posibilitatea utilizarea reductorului, care simplifică transmisia mecanică și reduce pierderile de putere în ea. În acest caz, sistemul este destul de silențios.

Fig.1.7. Tracțiunea prin reductor. Fig.1.8. Tracțiune directă.

Motoare sincrone cu MP

Principala diferență dintre un motor sincron cu magnet permanent (MSMP) și un motor de inducție este rotorul. Studiile efectuate arată că MSMP are o eficiență de aproximativ 2% mai mare decât un motor electric asincron foarte eficient (IE3), cu condiția ca statorul să aibă același design și același convertor de frecvență să fie utilizat pentru control. În acest caz, motoarele sincrone cu magneți permanenți în comparație cu alte motoare electrice au cea mai bună performanță: putere / volum, moment / inerție etc.

Controlul motorului sincron cu magnet permanent:

Pentru pornirea motorului sincron cu magneți permanenți este necesar un sistem de control, de exemplu, un convertizor de frecvență. În același timp, există un număr mare de moduri de a controla sistemele de control implementate. Alegerea metodei optime de control depinde în principal de sarcina care este pusă în fața unității electrice. Metoda de bază pentru controlul unui motor sincrone cu magneți permanenți utilizat în acționarea ascensoarelor este controlul vectorial cu orientare dupa câmp. Reglarea netedă și precisă a poziției rotorului și a vitezei de rotație a motorului, domeniu de control mare

Utilizarea invertoarelor AC

Pentru a asigura o mișcare mai ușoară a cabinei, în sistemul de comandă este utilizat un convertizor de frecvență, care, în funcție de modul dorit, scade sau mărește frecvența furnizată motorului. Convertoarele de frecvență fac posibilă controlarea cât mai eficientă a cuplului și a vitezei la arborele de ieșire al motorului electric, asigurând astfel un confort ridicat în deplasarea pasagerilor în cabina ascensorului. În același timp, utilizarea sistemului " convertizor de frecvență – motor sincron cu magneți permanenți" oferă proprietăți dinamice ridicate ale transmisiei electrice și permite reducerea vibrațiilor și a punctelor caracteristice mașinii electrice clasice cu două trepte, aspect important pentru instalațiile de ridicare instalate în clădiri spitalelor, deoarece vibrațiile în lifturile acestor clădiri poate avea un efect dăunător asupra stării pacientului transportat.

Utilizarea sistemelor de control cu ajutorul unui convertizor de frecvență permite reducerea costurilor de energie datorate nivelării proceselor tranzitorii la momentul pornirii motorului. Un alt avantaj al introducerii unui convertizor de frecvență variabilă, este creșterea nivelului general de siguranță al sistemului de echipamente de ridicare, deoarece convertizorul de frecvență are o serie de funcții de protecție, inclusiv monitorizarea scurtcircuitului și controlul suprasarcinii motorului.

Metodele de control care generează modelele necesare a modulării în lățime a impulsurilor, au fost discutate pe larg în literatura de specialitate. Tehnica modulării în lățime a impulsurilor este folosită pentru a genera tensiunea sau curentul necesar pentru a alimenta un motor sau semnalele de fază. Această metodă este tot mai mult utilizată pentru sistemele de curent alternativ, cu condiția ca, curentul armonic să fie cât mai mic posibil, iar tensiunea de ieșire să fie cât mai mare posibilă. În general, schemele cu PWM generează modele de comutație a poziției prin compararea formelor de undă sinusoidale trifazate cu o formă de undă triunghiulară.

În ultimii ani, teoria vectorilor spațiali a demonstrat unele îmbunătățiri, atât pentru tensiunea de vârf de ieșire cât și pentru pierderile prin armonice în înfășurări. Tensiunea maximă de ieșire bazată pe teoria vectorilor spațiali este de ori mai mare decât modularea sinusoidală convențională. Acesta permite alimentarea motorului cu o tensiune mai mare decât la metoda mai ușoară a modulării sinusoidale. Acest modulator permite un cuplu mai mare la viteze mari, și un randament mai mare.

Structura unui invertor trifazat de tensiune tipic este prezentată în figura 1.9.:

Va , Vb și Vc sunt tensiunile de ieșire aplicate la înfășurările unui motor. De la Q1 la Q6 sunt șase tranzistori de putere care formează ieșirea, și care sunt controlați de a, a’, b, b’, c și c’. Pentru controlul motoarelor de curent alternativ, atunci când un tranzistor superior este pornit, și anume, când a, b sau c este 1, tranzistorul corespunzător inferior este oprit și anume corespondentul a’, b’ sau c’ este 0. Aceasta înseamnă că, pornirea liniei superioare impune oprirea liniei inferioare și invers. Stările deschis și închis a tranzistoarelor superioare Q1, Q3 și Q5 sau echivalent, stările a, b, și c, sunt suficiente pentru a evalua tensiunea de ieșire.

Cele mai des întâlnite dispozitive de putere pentru aplicații de control a motoarelor sunt MOSFET de putere și IGBT. Un MOSFET de putere este un tranzistor cu tensiune controlată. Acesta este conceput pentru funcționarea la frecvență înaltă și are o cădere de tensiune mică; de aceea, are pierderi mici de putere. Cu toate acestea, sensibilitatea la temperatura de saturație limitează aplicabilitatea MOSFET-ului în acționări de mare putere. Un tranzistor bipolar cu poarta izolată (IGBT) este un tranzistor bipolar controlat de un semnal de tensiune de control (poarta – emitor de tensiune), pe baza acestuia. IGBT necesită un sistem cu un curent scăzut, are un timp rapid de comutare și este potrivit pentru frecvențe înalte de comutare. Dezavantajul este căderea de tensiune mai mare a unui tranzistor bipolar, cauzând pierderi mai mari de conducție.

MONITORIZARE ECHIPAMENTELOR DE SIGURANȚĂ

În timpul funcționării ascensoarelor se acordă o atenție deosebită siguranței. Echipamentele pentru ascensoare necesită inspecții periodice și întreținere pentru a asigura o funcționare sigură. Uzinile producătoare pretinde că 75% din defecțiunile mecanismelor de ridicare sunt asociate cu încălcări grave ale cerințelor privind funcționarea și regulile de utilizare a echipamentelor. Pentru a asigura funcționarea în siguranță a echipamentelor și a altor mecanisme de ridicare și transport, acestea din urmă sunt echipate cu un sistem de protecție controlate electrice ca exemplu dispozitivelor de întindere, limitatorul de viteza, dispozitivul paracăzător, ușile ascensorului etc.

Ascensoarele moderne pot fi echipate cu tot felul de module de protecție suplimentare: dispozitive de siguranță împotriva incendiilor pentru lifturi, sisteme de aer condiționat și încălzire, sisteme de acces electronic programabile etc.

Dispozitive de monitorizare a siguranței

Pentru a asigura un control suplimentar asupra siguranței mecanismelor de ridicare din mină și din cabina ascensorului, sunt instalate o varietate de senzori electronici (DUSK, SEC, senzori de captură) care controlează tensiunea cablurilor. Conform tehnologiei de operare în condiții de siguranță a ascensoarelor, în caz de alarmă, unul din senzori declanșează un sistem de frânare neted și liftul se oprește.

Siguranța industrială a ascensoarelor prevede prezența obligatorie a senzorilor de control al poziției ușii. Dacă orice ușă din partea constructivă a ascensorului este deschis mecanic (prin metoda vandalismului), mecanismul de ridicare și transport este blocat și liftul se oprește. Dacă există o cameră de control, sistemul semnalează o eroare la consola operator.

Fig. 1.11. Dispozitiv de zăvorâre pentru usi de palier

Proiectate sa reziste in cele mai grele condiții de exploatare, dispozitivele de zăvorâre garantează siguranța utilizatorilor. Prevăzute cu control electric al zăvorârii, acestea semnalizează automatizării momentul în care ușa s-a inchis și s-a zăvorat Conform reglementărilor privind siguranța ascensorului, toți senzorii și sistemele de monitorizare a securității trebuie să funcționeze corect și să se afle în același sistem de alimentare. În cazul unei defecțiuni a unuia dintre ele, ascensorul trebuie blocat până la sosirea inginerului de service și depanarea.