Asansör Emniyet Sisteminin Geleceği

Yayın TarihiEylül-Ekim, 2019 Karl Kriener - KONE Ürün Geliştirme Mühendisi Yazdır

Asansörlerin emniyetini bir sonraki aşamaya taşıyabilecek teknolojiye yönelik bir inceleme

Bu bildiri 2016’da Madrid’de düzenlenen Uluslararası Dikey Taşımacılık Teknolojileri Kongresi'nde sunuldu ve ilk olarak A. Lustig tarafından düzenlenen IAEE kitabı Elevator Technology 21'de yayınlandı. Uluslararası Asansör Mühendisleri Birliği'nin izni ile yeniden basıldı (web sitesi: www.elevcon.com).

Günümüzün asansör emniyet sistemi uzun yıllardır değişmemiştir. Değişen yalnızca uygulamalardır. Şimdiki binaların uzunluğu neredeyse 1 km'yi buluyor ve bu da aşırı hız regülatörü ve güvenlik tertibatı gibi emniyet komponentlerle ilgili büyük talepleri beraberinde getiriyor. Diğer taraftan, yalnızca Avrupa’da değil her yerde modernleşme hala en önemli işlerden biri. Alan gereksinimleri ve işlevsellik ise zorluklar arasında yer alıyor.

Asansör sektörünün emniyet komponentleri ve emniyet sistemleri üretiminde kilit firmalardan biri olan Wittur Grup yeni ürün geliştirme konusunda oldukça aktiftir. Klasik mekanik hız regülatörüne ihtiyaç duymayan güvenlik tertibatları bu çözümlerden biridir. Asansör dünyası, tamamen dikey olmayan ve elektromanyetik tahrikle çalışan asansör kuyularında çoklu kabin kullanımı gibi diğer yeni konseptler üzerinde de çalışıyor. Bu da emniyet sistemi açısından tam bir devrim gerektiriyor. Önemli ürünlerden biri, standartlara ve yönetmeliklere uyacak şekilde kabin üzerindeki bir elektronik emniyet freni olabilir.

1. Fren Sisteminde En Gelişmiş Teknoloji

Bir asansörün emniyet tertibatı, yolcuların, bakım personelinin ve asansör sisteminin kendi güvenliğinden sorumlu çeşitli mekanik ve elektrikli komponentten oluşur. Kabin içerisindeki insanların karşı karşıya olduğu riskler açısından aşağıdaki komponentler gereklidir:

  • Motor freni — kabini durakta tutma ve acil durumda kabini frenlemek için
  • Kabin Freni — kabini aşırı hızdan ve serbest düşüşten durdurup tutmak için
  • Tampon — darbe enerjisinin etkisini azaltmak için
  • Güvenlik şalterleri — güvenlik zincirini açmak için

Modern asansörlerde ise bunların yanı sıra, örneğin, kısmen yukarıda bahsedilen komponentlerle gerçekleştirilen, kapılar açıkken durakta yaşanabilecek kontrolsüz hareketlere (UCM) karşı başka güvenlik fonksiyonları da vardır.

Güvenlik tertibatı sisteminin birçok mekanik komponentli bulunur:

  • Kabin Freni (anında veya aşamalı)
  • Frenlerin mekanik senkronizasyonu
  • Aşırı Hız regülatörü
  • Aşırı Hız regülatörü halatları
  • Halat halkalarını gerdirme aparatı
  • Regülatör halatı ile senkronizasyon arasındaki bağlantı

Mevcut sistemin dezavantajları, yalnızca çok sayıda komponent ve bunların güvenilir mekanik etkileşimi değildir. Diğer bir husus ise montaj masrafının yüksek oluşudur. Ayrıca bakım eksikliği de güvenilirliklerini tehlikeye atabilecek bir yüksek risk potansiyelidir. Yukarıda bahsedilen dezavantajların dışında, bileşenlere büyük bir alan gerekmesi de, özellikle modernizasyon açısından önemli bir rol oynar.

2. Kabin Freni üzerinde Mekatronik Etki

2.1 Elektromekanik Kabin Freni Kavramı

Mekatronik güvenlik komponentleri ve sistemleri birçok endüstriyel makinede kullanılmaktadır. Bu unsurlar günümüzün tüm mekanik güvenlik tertibatı sistemine aktarılarak basitleştirilebilir ve dolayısıyla iyileştirilebilir. Aşağıda bu tür bir sistemin faydaları ile zorlukları anlatılmaktadır. Regülatör sisteminin görevi aşırı hız durumunda freni devreye sokmaktır. Buna benzer mekatronik yaklaşımda ise güvenlik elektronik aksamı ve ilgili sensörler vasıtasıyla elektromekanik freni tetikleyen bir aktör (mıknatıs) vardır. Bu tür bir sistem halat halkası ve gerdirme aparatının olduğu gibi hız regülatörünün de yerini tutar. Güvenlik elektronik aksamları asansör kumandasına ve aşırı hız durumunda güvenlik devresine entegre edilir. Eşzamanlı olarak, sensör (örn.manyetik bant kodlayıcısı) kabin konumu bilgisi için kullanılabilir.

2.2 Elektromekanik Fren Tasarımı

Patentli tasarım prensibi ayarlanabilir bir yay gücüne dayalı bir silindir freni şeklindedir. Başlangıç durumunda silindir en düşük seviyededir. Sıkıştırma yayı şeklinde dizayn edilen tahrik yayı bir mıktanıs vasıtasıyla gerdirilmiş bir konumda tutulur. Mıknatıs düştüğünde, yay silindiri kılavuz rayın doğru bastırır ve bağımsız bir şekilde nihai konumuna doğru iter. Silindirin devreye girmesi elektrikle gerilmiş yay tarafından mekanik olarak gerçekleştirilir.

Buna göre, frenin EN81’e uyumlu olduğu düşünülebilir. Tahrik yayı, frenin kavrama konumu boyunca tamamen sıkıştırılmış durumdadır. Frenin sıfırlanması kabinin kaldırılmasıyla gerçekleşir. Kılavuz plakasını normal konumunda tutmak için mıknatısın önceden çalıştırılması gerekir.

EN 81-20 Bölüm 5.6.2.1.5: Elektrikli güvenlik tertibatı, güvenlik tertibatının devreye girmesinden önce makinanın durmasını sağlayan genel koşulları tarif eder. Artık mekanik bir senkronizasyon söz konusu olmadığı için her bir aparat için ayrı bir emniyet şalteri öngörülmüştür. Testler, uygun şekilde tasarlanmış mıknatıslarla elektriksel senkronizasyonun mekanik senkronizasyondan daha duyarlı olduğunu göstermiştir. Bu da kabinin dengesiz yüklenmesi durumunda bir diğer avantaj olarak karşımıza çıkar. Arızalara karşı güvenli olmak, istenmeyen devreye girme durumunu engellemek için bir kesintisiz güç kaynağını (UPS) gerekli kılar.

3. Asansörlerde Daha Fazla Elektronik Aksam Kullanımı

EN 81'deAsansörlerin Güvenliği ile İlgili Uygulamalarda Programlanabilir Elektronik Sistemlerine (PESSRAL) yönelik standart değişikliğinin hayata geçmesi güvenliğin temini açısından elektronik komponentlerin kullanımını mümkün kılmaktadır. Bu da uluslararası IEC 61508 standardı olan Güvenlikle İlgili Elektrikli/Elektronik/Programlanabilir Elektronik Sistemlerde Fonksiyonel Güvenlik standardına tabidir.

3.1 Bir Asansör Sistemine Elektromekanik Güvenlik Tertibatının Entegre Edilmesi

Sensör ve güvenlik aksamları için GLGS-22U gibi komponentlerin piyasaya sürülmesi gerekmektedir. Bu tür komponentler hali hazırda mevcuttur. Geleceğin asansörlerinde daha fazla elektronik aksam kullanılmasının önemli bir etkisi de denetleme fırsatı sunmalarıdır. Bu sayede, asansörün veya birtakım önemli komponentlerin kontrol edildiği her an güvenliğin iyileştirilmesi için önleyici tedbirler alınabilir. Bu da yeni komponentlerin kullanımına ve böylelikle asansörlerin ve asansör işinin değişmesine yol açar.

Elektronik güvenlik aksamlarınınkullanımının diğer avantajları düşünüldüğünde (örneğin elektronik sistemle kuyu sonu ve limit şalterin tespitinde) inceleme sürüşü ve geri çağırma sürüşü gibi asansör fonksiyonlarını temin etmek için bu güvenlik elektronik aksamlarına bir dizi sinyal sağlanmalıdır. İlave bir basitleştirme güvenilir bir CAN haberleşme ağı ile elde edilebilir.

GLSG-22U kullanırken dikkat edilmesi gereken husus acil durumda (örneğin güç kesintisi durumunda) asansörü tahliye etme hususudur. Bu tür bir durumda kabin yalnızca yukarı yönde ilerleyebilir. Eğer elektromekanik güvenlik tertibatı uygun yönergeler ve önlemler göz önünde bulundurularak çift yönlü olarak tertip edilirse, EN 81-21’in Mevcut Binalardaki Yolcu ve Yük Asansörlerinin her iki yönde de güvenlik boşluğu olması ile ilgili maddesi uyarınca asansörlerde kullanılabilir.

3.2 Avantajlar

Yeni bir güvenlik tertibatı kullanmanın çok sayıda avantajı vardır:

  • Daha az komponent (alan tahsisi, fonksiyonel riskler, montaj ve servis masraflarının azalması, vb.)
  • Kabin şasesine kolay entegrasyon
  • GLSG-22U’nun basitleştirilmiş çoklu tanzimi (örn. Elektriksel olarak senkronize edilmiş dört birim)
  • Gerçek zamanlı senkronizasyon
  • Seyir yüksekliği vb nedenlerle sisteme olumsuz bir etki söz konusu olmaz.
  • Hız kısıtlayıcı sistemdeki hatalar nedeniyle tehlikeli bir hıza ulaşılmaz.
  • Sistemin kendi kendini gözetlemesi sayesinde kritik durumlar fark edilir (daha yüksek güvenlik)
  • Bir asansör boşluğunda birçok kabinin yer alması (uygulanması daha kolay)

Güvenlik sistemlerinin geleceği bir sonraki seviye düşünüldüğünde ve elektronik akşamların sağlayabileceği fırsatlar göz önünde bulundurulduğunda, bunun bir sonucu ihtiyaç duyulan tüm fonksiyonları tek bir komponentte birleştiren kontrollü fren gücüne sahip bir emniyet freni olacaktır:

Serbest düşüşte kontrollü yavaşlama (eksi fren gücü), yukarı ve aşağı yönde aşırı hız, acil durdurma, acil durum terminali yavaşlaması ve kontrolsüz hareket.

Durakta tutma freni (yükleme sırasında seviyelendirme gerekmez)

Otomatik kurtarma fonksiyonu – kabini yavaşça frenleyerek belirlenen durağa getirmek

Bu tür bir frenin doğrudan kabinde bulundurulması, özellikle de tahrikli asansörlerde, yolcular açısından güvenlik seviyesini artıracaktır çünkü belli bir çekiş gücü kaybı söz konusudur ki bu da en kötü senaryoda ölümle sonuçlanabilecek kazalara yol açabilir.

Bir dişli kayış veya başka bir yüksek tahrikli vasıtayla asılı kalan bir kabinin (motor freni ile) frenlenmesi durumunda tahrik kasnağı üzerindeki kaymanın azalması nedeniyle hız kesimi yaşanabilir.

Tehlikeli hız kesme (> 1 g) kabinde yalnızca bir kişi olduğunda ve güvenlik tertibatı kavrandığında da gerçekleşebilir.

Mimarlar, gün geçtikçe tamamen dikey olmayan binalar yapmak istemektedirler. Bu tür durumlarda halatsız (lineer motorla tahrik edilen) asansör çözümlerine başvurulması gerekir. Aynı asansör boşluğunda birçok kabin farklı yönlerde gidip gelebilir. Bu tür asansörlerde doğrudan kabin üzerinde bir fren bulunması gerekir.

4.1 İşlevselliğin Başka Şekillerde Temini

2014/33/EU Asansör Yönetmeliğinin Asansör Güvenlik Komponentleri Listesinin ikinci maddesinde kabini düşmeden veya kontrolsüz hareketten (Ek 1 - Sağlık ve Güvenlik İhtiyaçları’nın 3.2 numaralı maddesi uyarınca) koruyacak bir cihaz tanımına yer verilmektedir.

Ayrıca, Ek 1’in Kabin İçerisindeki İnsanlara Yönelik Riskler konulu 3.Bölümünde güç kesintisi veya komponentlerin arızalanması durumunda asansörü serbest düşüşten veya kontrolsüz hareketten koruyacak bir cihaz tanımı yapılmaktadır.

Kabin freninin, fren gücü halatlı asansörlerdeki diğer frenlerle karşılaştırıldığında bir hayli yüksektir. Uygulanan fren gücünün (hali hazırda kontrolsüz olan) kabin ile karşı ağırlık arasındaki dengesiz hacimle karşılaştırıldığında çok yüksek kalması nedeniyle aşırı hızlanma durumunda yolcular yaralanabilir. Diğer taraftan, neyse ki kabinin serbest düşüş durumu çok sık rastlanılan bir durum değil. Yukarıdaki ifadeler ve güvenlik komponentlerinin arızalanmasının önlenebilme olasılığı göz önüne alındığında, kabinin serbest düşmesi durumu hariç tutulabilir. Sonuç olarak, kabin emniyet freninin fren gücü belirgin bir şekilde (%40’tan fazla) azaltılacaktır. Bu aynı zamanda bu frenin dizaynının daha kompakt olduğu anlamına gelir.

Bu konsepti ve IEC 61508'e dayalı yüksek standartlarda işlevsel güvenliği sağlama olasılığını takiben, Asansör Yönetmeliğinin gelecekte revize edilmesi gerekebilir. Bina uzunluklarının 1km’ye varması nedeniyle güvenlik komponentleri açısından teknik zorluklar söz konusudur. Bu tür asansörlerin beyan hızı en az 10m/s’dir. EN 81 frenleme hızının beyan hızının %115’i kadar olması gerektiğini söyler ki bu da asansörlerin hız tehlikesiyle ilgili bir diğer tanım olarak düşünülebilir.

Elektronik güvenlik aksamlarıyla birlikte sensörlerin kullanımı ve gözetleme sayesinde asansörlerin güvenliği bir üst seviyeye taşınacaktır.

4.2 Kontrollü Kabin Freninin Avantajları

Kabindeki bu tür bir fren konsepti aşağıda özetlenen avantajlara bağlı olarak güvenliği artırır:

  • Kabin zemin konumunda sabit tutulur. (kontrolsüz hareket hariç)
  • Daha fazla yolcu güvenliği (her koşulda kontrollü hız kesme)
  • Kalıcı kendi kendine kontrol sistemleri (güvenlik yeniliği)
  • Koruyucu bakım fırsatları (7/24 uzaktan izleme)
  • Yeni mimari olasılıklar (bileşik dikey ve yatay kuyular — çoklu kabinler)
  • Güvenilir işlevsellik seyahat yüksekliğinden etkilenmez.
  • Daha az komponent
  • Yeni özellikler (otomatik kurtarma prosedürleri)

5. Sonuç

Asansörlere daha fazla mekatroniğin entegre edilmesi bir gerekliliktir. Bunun yolcular açısından güvenlik seviyesinin arttırılması açısından bir şans olarak görülmesi gerekir. Ancak, standartlar ve yönetmelikler bu olasılıkları ve anlayışı göz önünde bulundurmalı ve bu tür yeni komponentler hakkındaki bilgiler asansör sektöründe öğretilmelidir.

Asansörlerde daha fazla sensör kullanımı komponentlerin görünümünü ve işlevini değiştirecektir. Buna bağlı olarak servis ve bakım konseptleri de değişecektir. Tekil komponentlerin iletişim seviyesi ve bunların endüstriyel teknolojisi ile birlikte çalışabilirliği çok önemlidir ve yakın geleceğin akıllı asansörlerinin oluşturulmasına yardımcı olacaktır. Bu gereksinimleri ve yeni işlevleri karşılayabilmek için kontrollü frenleri de içeren güvenlik konseptleri gereklidir.

Referanslar

  1. Nitidem, E. “Innovative Control-by Wire Technology for Elevator Safety” VFA Presentation, Interlift Augsburg (2015).
  2. Kriener, K. “Neue Spielraume am Beispiel einer elektro-mechanischen Fangvorrichtung” (2015).
  3. Heilbronner Aufzugstage (2016).

Karl Kriener, 2014’ten beri Witter Group’ta Güvenlik Ekipmanı ARGE Müdürü olarak çalışmaktadır. KONE’da kabin iskeleti ve kaldırma komponentlerinin ürün yaşam döngüsü konusunda işe başlayan Kriener 1997’den beri asansör sektöründedir. 2007’den beri ise fren ve hız regülatörü gibi emniyet komponentlerinin ürün geliştirme alanında çalışmaktadır.