A3 aus der Sicht des Steuerungsbauers

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1 A3 aus der Sicht des Steuerungsbauers A3 from the point of view of the control maker Mit A3 ist die Erweiterung zur EN81-1 gemeint, die 2010 in den konsolidierten Fassungen der EN81-1 und -2 eingearbeitet wurde. Die Übergangsfrist läuft am ab. Am meisten verunsichert daraus die neue Forderung UCM. Gem. EN 81-1:2010 Kapitel 9.11 bzw. EN 81-2:2010 Kapitel 9.13 müssen neue Aufzüge mit einer von der Antriebssteuerung möglichst unabhängigen zertifizierten Schutzvorrichtung zum Verhindern einer unbeabsichtigten Bewegung des Fahrkorbs von der Haltestelle weg (UCM- Schutzvorrichtung) ausgestattet werden, wenn die Türen nicht verschlossen sind. Diese Schutzeinrichtung lässt sich unterteilen in die Funktionen Erkennung, Auslösung und Bremsung. Auch eine Aufgabenstellung für den Steuerungsbauer Es sollte eine Sicherheitsschaltung entwickelt werden, die aus einer normalen Schachtkopierung eine sicherheitsgerichtete macht und damit alle Sicherheitsfunktionen abdeckt, wie Überbrückung der Türen in der Zone, Verzögerungskontrollschaltung, UCM, SAFÜ (s. u.) und sichere Fahrschützüberwachung. Dieses Gerät sollte dabei die Aufgaben Erkennung und Auslösung für UCM übernehmen, sodass der Aufzugbauer nur noch eine für die Notbremsung zertifizierte Bremseinrichtung einbauen muss. Es sollte dabei so universell ausgelegt sein, dass es mit jeder handelsüblichen Notbremse zusammenarbeitet, d.h. z.b. Sperrmagnet am Geschwindigkeitsbegrenzer (GB) in Kombination mit einer für langsame Geschwindigkeiten zertifizierten Fangvorrichtung, separaten Notbremse, Seilbremse, zertifizierten Betriebsbremse (z.b. bei getriebelosen Antrieben), bei Hydraulikaufzügen mit einem redundanten Ventilsystem oder einem separaten Sicherheitsventil. Das Gerät sollte dafür eine zertifizierte, re- Strack Lift Automation (2) A3 refers to the extension to EN81-1, which in 2010 was integrated in the consolidated editions of EN81-1 and 2. The transitional period expires on The new UCM requirement has created the most uncertainty. According to EN 81-1: 2010 chapter or EN 81-2: 2010 chapter 9. 13, new lifts must be equipped with a certified protection gear that is as independent of the drive control as possible to prevent unintended movement of the car away from the stop (UCM protection gear) if the doors are not closed. This protection gear can be subdivided into the functions recognition, tripping and braking. Task for the control maker A safety shut-down had to be developed which turned normal shaft copying into a safety-oriented variety and as a result covered all safety functions, such as bridging doors in the zone, deceleration check circuit, UCM, monitoring of the overspeed governor and safe travel protection monitoring. This gear was intended to handle the tasks recognition and tripping for UCM, meaning the lift maker only had to install a certified brake facility for the emergency brake. At the same time it had to be so universally designed that it worked with every standard commercial emergency brake, for example a blocking magnet on an overspeed governor in combination with a catch device certified for slow speeds, separate emergency brake, cable brake, certified service brake (e.g. for gearless drives), in the case of hydraulic lifts with a redundant valve system or a separate safety valve. The device was to supply a certified, reproducible tripping of the emergency brake in terms of maximum distance, speed and time. In addition, it was to ensure that in all other cases the emergency brake did not become an unintended hindrance for the lift, e.g. if as a result of a safety circuit interruption or power failure during the journey the catch was in addition tripped or at the start of a normal journey or inspection inching the drive moved against the emergency brake or when leaving the zone a safety light barrier for goods lifts was interrupted. It also had to recognise errors which according to the standard did not need to be considered, such as traction capability loss or when entering the stop. Solution The device is called MULTiBUS-SHB. It is an electronic safety shut-down in accordance with EN81-1/2: 2010 chapter (PESS- RAL) and complies with SIL3. It consists of two redundantly designed micro-controllers with safety relays. 2 Liftjournal 4/2011

2 Abbildung 1: max. Anhaltewege im UCM-Fall Figure 1: maximum stopping distance in UCM case produzierbare Auslösung der Notbremse in Bezug auf max. Weg, Geschwindigkeit und Zeit liefern. Zusätzlich sollte es dafür sorgen, dass in allen anderen Fällen die Notbremse nicht zu einer ungewollten Behinderung des Aufzugs wird, z.b. wenn infolge einer Sicherheitskreisunterbrechung oder Spannungsausfall während der Fahrt der Fang zusätzlich auslöst oder bei Start einer Normalfahrt oder Inspektions-Tippbetrieb der Antrieb sich gegen die Notbremse bewegt oder beim Verlassen der Zone ein Sicherheitslichtgitter für Lastenaufzüge unterbrochen wird. Es sollte auch Fehler erkennen, die nach Norm nicht in Betracht kommen brauchen, wie z.b. Treibfähigkeitsverlust oder oder UCM bereits beim Einfahren in die Haltestelle. Lösung Das Gerät heißt MULTiBUS-SHB. Es ist eine elektronische Sicherheitsschaltung gem. EN81-1/2:2010 Kapitel (PESSRAL) und erfüllt SIL3. Es besteht aus zwei redundant aufgebauten Mikrocontrollern mit Sicherheitsrelais. MULTiBUS-SHB kann gleichzeitig zwei Türzonen verwalten, eine Außenzone (= normaler Zonenbereich) und eine Innenzone (= verkürzte Zone). Die UCM- Funktion des MULTiBUS-SHB löst immer dann aus, wenn eine einmal aktivierte Zone (Außen- oder Innenzone) von innen nach außen unplanmäßig verlassen wird oder wenn die Geschwindigkeit innerhalb der Zone zu groß ist. Dabei spielt es keine Rolle, ob die Aufzugsteuerung gerade fahren will oder nicht oder wie schnell sich der Fahrkorb unplanmäßig aus der Zone bewegt. Berechnung des Anhalteweges bei UCM Die UCM-Schutzvorrichtung muss gem. der EN 81-1/2 den Aufzug spätestens gem. Abb. 1 angehalten haben. Annahme des schlimmsten Falls Der schlimmste anzunehmende UCM- Fall ist ein relativ leichter Aufzug mit Treibscheibenantrieb, der in der vorletzten oberen Haltestelle mit der max. möglichen Nachregulierungsgeschwindigkeit aufwärts fährt. Wir nehmen an, MULTiBUS-SHB can simultaneously administer two door zones, an outer zone (= normal zone area) and an inner zone (= shortened zone). The UCM function of the MULTiBUS-SHB is tripped whenever an unplanned departure from a zone that has been activated (outer or inner zone) occurs from inside outwards or if the speed inside the zone is too high. In this case it makes no difference whether or not the lift control wishes to depart at that moment or not, or how fast the unplanned lift car movement out of the zone is. Calculation of the stopping distance in UCM According to EN 81-1/2, the UCM protection gear must have stopped the lift at the latest as shown in the following diagram. Assumption of worst case The worst case UCM scenario is a relatively light lift with traction sheave drive, which travels upwards from the penultimate highest stop with the maximum possible readjustment speed. We assume the UCM case occurs shortly before leaving the inner zone circuit as almost free fall in upward direction and in doing so leaves the inner zone 10 % faster than the maximum speed permitted by the MULTiBUS-SHB. In the following calculation a catch device acts as emergency brake, which is engaged by the release of a blocking magnet on the speed limiter. Evaluation of results Option A catch as brake: The reaction distance of the overspeed governor is quite decisive in this connection. If it is greater than 180 mm or if the doors are to open when entering the stop earlier than e.g. 250 mm before the stop, an additional inner zone must be created. Option B traction sheave brake, certified service brake, shaft brake, cable brake, etc: In these cases a simple zone is sufficient (outer zone). Monitoring of the overspeed governor According to EN 81-1: 2010 chapter 9. 10, lifts with traction sheave drives must be equipped with protection gear for the upwardly moving car against overspeed. MULTiBUS-SHB can monitor the overspeed governor for the upward travel direction (or both directions in the case of only one joint contact) in order to trip a fast emergency braking in the case of overspeed and to save the incident until Reset emergency brake is pressed. If only one joint overspeed governor contact is used for upward and downward motion, the at v = a t v = 2as s = 2 vt v s = s = a wobei: a = Beschleunigung, v = Geschwindigkeit, s = Weg, t = Zeit where: a = acceleration, v = speed, s = distance, t = time Tabelle 1: Grundlegende Formeln für die gleichmäßig beschleunigte Translation Table 1: basic formulae for evenly accelerated translation Liftjournal 4/2011 3

3 dass der UCM-Fall als beinahe Freifall in Aufwärtsrichtung kurz vor Verlassen der Innenzonenschalter auftritt und dabei die Innenzone mit 10% schneller als der vom MULTiBUS-SHB max. zugelassenen Geschwindigkeit verlässt. In der folgenden Berechnung dient als Notbremse eine Fangvorrichtung, die response speed at rated speeds over 1 m/s must be clearly below the mechanical tripping speed (about 10%). Normalfallbeschleunigung / Normal case acceleration gn = 9,81 m/s² Masse des leeren Fahrkorbes / Mass of empty car mfk = 300 kg Masse der Seile / Mass of cable ms = 200 kg Masse des Gegengewichtes / Mass of counterweight mgg = 450 kg aus den Massenverhältnissen abgeleitete Beschleunigung des leeren Fahrkorbs / acceleration of the empty car deduced afk = 6,00 m/s² from mass conditions Phase 1 (Detektion) / Phase 1 (detection) Aufzug verlässt gerade die Zone oberhalb bündig / Lift just leaving the zone above flush zurückgelegter Weg bis Verlassen der Zone / distance traveled until leaving zone Vom MULTiBUS-SHB erlaubte Nachregulierungsgeschwindigkeit / Readjustment speed permitted by MULTiBUS-SHB Geschwindigkeit am Ende der Phase 1 / Speed at end of phase 1 Entfernung von der Haltestelle am Ende der Phase 1 / Distance from stop at end of phase 1 sz = (hier mit Verwendung der Innenzone) / (here with use of internal zone) 0,1 m v1 = (= erlaubte Nachregulierungsgeschwindigkeit +10%) / (readjustment speed permitted + 10%) 0,22 m/s s1 = 0,1 m Phase 2 (Auslösung) / Phase 2 (resolution) Reaktionszeit Zonenschalter + MULTiBUS-SHB + Notbremsmagnet / Reaction time zone switch + MULTiBUS-SHB + emergency brake magnet Reaktionszeit Magnetschalter / Reaction time magnetic switch tm = 0,01 s Reaktionszeit MULTiBUS-SHB / Reaction time MULTiBUS-SHB tshb = 0,06 s Reaktionszeit Notbremsmagnet / Reaction time emergency brake magnet Geschwindigkeit am Ende der Phase 2 / Speed at end of phase 2 v2 = v1 + afk (tm + tshb + tnb) = 0,7 m/s Entfernung von der Haltestelle am Ende der Phase 2 / Distance from stop at end of phase 2 s2 = Phase 3 (Notbremsung) / Phase 3 (emergency braking) Reaktionsweg der Notbremse / Reaction distance of emergency brake max. zurückgelegte Strecke vor Aktivierung der Notbremse / max. distance covered before activation of emergency brake snb = s1 + afk (tm + tshb + tnb)2 2 = 0,12 m (der GB dreht weiter, bis die Sperrnocken das GB- Rad anhalten und den Fang einrücken, z.b. = 0,25 m) / (the overspeed governor continues to turn until the stop cams on the overspeed governor wheel stop and engage the catch, e.g. = 0.25 m) 0,25 m Geschwindigkeit am Ende der Phase 3 / Speed at end of phase 3 v3 = v2 + 2aFKsNB = 2,43 m/s Entfernung von der Haltestelle am Ende der Phase 3 / Distance from stop at end of phase 3 s3 = s2 + snb = 0,37 m Phase 4 (Notbremsung) / Phase 4 (emergency braking) Mindestverzögerung der Notbremse / Minimum deceleration of the emergency brake Bremsfaktor der Notbremse / Braking factor of the emergency brake Verzögerung der Notbremse / Deceleration of the emergency brake Geschwindigkeit am Ende der Phase 4 / Speed at end of phase 4 v4 = (Stillstand) / (standstill) 0 m/s Entfernung von der Haltestelle am Ende der Phase 4 (= Anhalteweg) / Distance from stop at end of phase 4 (stopping distance) s4 = s3 + v3 2 2aNB = 0,97 m Bei dieser Kombination muss also eine Innenzone von ±100 mm verwendet werden. / Consequently, in this combination an internal zone of 100 mm must be used. Tabelle 2: Berechnung des Anhaltewegs mit Disk und Innenzone bei GB mit snb=0,25m und Fang als Bremse Table 2: Calculation of the stopping distance with disk and internal zone with overspeed governor snb=0.25 m and catch as brake 4 Liftjournal 4/2011

4 Weitere Beispiele / More examples Fang und GB mit nur 0,18 m Reaktionsweg (snb) und einer einfachen Zone von ±250 mm (die Innenzone wird weggelassen) / Catch and overspeed governor with just 0.18 m reaction distance (snb) and a simple zone of ±250 mm (the internal zone is left out) gn = 9,81 m/s² mfk = 200 kg ms = 200 kg mgg = 600 kg afk = 6,00 m/s² sz = 0,25 m v1 = 0,22 m/s s1 = 0,25 m tm = 0,01 s tshb = 0,06 s v2 = 0,7 m/s s2 = 0,27 m snb = 0,18 m v3 = 2,17 m/s s3 = 0,45 m v4 = 0 m/s s4 = 0,93 m Tabelle 3: Links: Berechnung des Anhaltewegs, ohne Innenzone, bei GB mit snb=0,18m und Fang als Bremse Table 3: Links: Calculation of the stopping distance, without internal zone, with overspeed governor snb=0.18 m and catch as brake Notbremse (ohne Reaktionsweg, snb=0) und einer einfachen Zone von ±350 mm (die Innenzone wird weggelassen) / Emergency brake (without reaction distance, snb=0) and a simple zone of ±350 mm (the internal zone is left out) gn = 9,81 m/s² mfk = 200 kg ms = 200 kg mgg = 600 kg afk = 6,00 m/s² sz = 0,35 m v1 = 0,22 m/s s1 = 0,35 m tm = 0,01 s tshb = 0,06 s v2 = 0,7 m/s s2 = 0,37 m snb = 0 m v3 = 0,7 m/s s3 = 0,37 m v4 = 0 m/s s4 = 0,42 m Tabelle 4: Rechts: Berechnung des Anhaltewegs, ohne Innenzone, mit Notbremse ohne Reaktionsweg (snb=0), also nicht mit GB ausgelöst Table 4: Right: Calculation of the stopping distance, without internal zone, with emergency brake without reaction distance (snb=0), i.e. without overspeed governor triggered durch das Abfallen eines Sperrmagnets am GB eingerückt wird. Bewertung der Ergebnisse Möglichkeit A Fang als Bremse: Der Reaktionsweg des GB ist hierbei ganz entscheidend. Ist er größer als 180 mm oder sollen die Türen beim Einfahren in die Haltestelle früher als z.b. 250 mm vor der Haltestelle öffnen, muss eine zusätzliche Innenzone geschaffen werden. Möglichkeit B Treibscheibenbremse, zertifizierte Betriebsbremse, Wellenbremse, Seilbremse etc.: In diesen Fällen reicht eine einfache Zone aus (Außenzone). SAFÜ: Überwachung des Geschwindigkeitsbegrenzers Gem. EN 81-1:2010 Kapitel 9.10 müssen Aufzüge mit Treibscheibenantrieb mit Schutzeinrichtungen für den aufwärts fahrenden Fahrkorb gegen Übergeschwindigkeit (SAFÜ) ausgestattet sein. MULTiBUS-SHB kann den GB-Kontakt für die Aufwärtsfahrtrichtung (oder beide Richtungen bei nur einem gemeinsamen Kontakt) überwachen, um bei Übergeschwindigkeit eine schnelle Notbremsung auszulösen und das Ereignis zu speichern bis Reset Notbremsung gedrückt wird. Wird für Auf- und Abwärtsfahrt nur ein gemeinsamer GB-Kontakt verwendet, muss die Ansprechgeschwindigkeit bei Nenngeschwindigkeiten über 1 m/s deutlich unterhalb der mechanischen Auslösegeschwindigkeit liegen (ca. 10%). Sichere Fahrschützüberwachung Ein Aufzugantrieb wird von der Aufzugsteuerung durch mindestens zwei unabhängige Schaltgeräte (Fahrschütze oder sichere Elektronik) gem. EN 81-1:2010 Kapitel 12.7 bzw. EN 81-2:2010 Kapitel 12.4 redundant angesteuert. Zwar ist die Safe travel protection monitoring A lift drive is tripped redundantly by the lift control by at least two independent switch devices (travel contactors or safe electronics) in accordance with EN 81-1: 2010 chapter or EN 81-2: 2010 chapter Monitoring of the correct switching of both switch devices is admittedly not currently required as safety shut-down according to EN 81-1/2 chapter , but is nevertheless securely checked by MULTiBUS-SHB, since e.g. EN81-41 chapter and Table 7 does not make such a restriction either. Deceleration check circuit According to EN 81-1: 2000 chapter 12. 8, in the case of shortened buffer travel, the gear must check whether the normal deceleration is effective before entering the terminal stop. If the normal deceleration is ineffective, this gear must reduce the speed of the lift in a way that ensures the lift car or counterweight does not come down on the buffer at a speed higher than that for which the buffer is designed. MULTiBUS-SHB monitors the operating decel- Liftjournal 4/2011 5

5 Überwachung des richtigen Schaltens der beiden Schaltgeräte gem. EN 81-1/2 Kapitel zurzeit nicht als Sicherheitsschaltung erforderlich, wird jedoch durch MULTiBUS-SHB trotzdem sicher kontrolliert, da z.b. auch die EN81-41 Kapitel und Tabelle 7 eine solche Einschränkung nicht vornimmt. Verzögerungskontrollschaltung Gem. EN 81-1:2010 Kapitel 12.8 müssen bei verkürztem Pufferhub Einrichtungen überprüfen, ob die normale Verzögerung vor dem Einfahren in die Endhaltestellen wirksam ist. Wenn die normale Verzögerung nicht wirksam ist, müssen diese Einrichtungen die Geschwindigkeit des Aufzuges so verringern, dass der Fahrkorb oder das Gegengewicht nicht mit einer höheren Geschwindigkeit auf die Puffer aufsetzt als mit der, für die die Puffer ausgelegt sind. MULTiBUS-SHB kann in den Endhaltestellen das betriebsmäßige Verzögern des Aufzugs überwachen. Falls die Geschwindigkeit dort zu hoch sein sollte, öffnet MULTiBUS-SHB den Sicherheitskreis. ZONE: Überbrückung der Türen zum Einfahren und Nachregulieren MULTiBUS-SHB dient zur Überwachung der Entriegelungszone gem. EN 81-1/2:2010 Kapitel Es wertet 2 oder 2x2 voneinander unabhängige Zonenschalter auf gleichläufiges Schalten aus. Wenn beide Schalter eingeschaltet haben und die Schaltung intern keinen Fehler aufweist, dürfen damit Türkontakte im Sicherheitskreis zum Zwecke des Einfahrens und Nachregulierens überbrückt werden. MULTiBUS-SHB berechnet zusätzlich die aktuelle Geschwindigkeit. Ist sie zu hoch zum Einfahren oder Nachregulieren, werden die Türen nicht überbrückt. Fazit Das Thema UCM aus der EN81-1/2 A3 bzw. der neuen EN81-1/2:2010 ist durchaus komplex. Zudem wird es Pflicht beim Inverkehrbringen von neuen Aufzügen ab dem Zurzeit gehen wir davon aus, dass UCM später auch bei Modernisierungen Pflicht werden wird. Dipl.-Ing. Dirk Strack Geschäftsführer STRACK LIFT AUTOMATION GmbH eration of the lift in the terminal stops. If the speed there should be too high, MULTiBUS- SHB opens the safety circuit. ZONE: bridging of doors for entering stops and readjustment MULTiBUS-SHB serves to monitor the unlocking zone in accordance with EN 81-1/2: 2010 chapter It evaluates two or 2x2 zone switches independently of each other for simultaneous switching. If both switches have turned on and the circuit does not indicate any internal faults, door contacts in the safety circuit may be bridged with it for the purpose of entering the stop and readjustment. MULTiBUS-SHB in addition calculates the current speed. If it is too high for entering or readjustment, the doors are not bridged. Conclusion The subject UCM from EN81-1/2 A3 or the new EN81-1/2:2010 is very complex. In addition, it will be obligatory when putting new lifts into operation from Currently, we assume that UCM will later become obligatory in the case of modernisations too. Dipl.-Ing. Dirk Strack Managing Director STRACK LIFT AUTOMATION GmbH 6 Liftjournal 4/2011