Apr 01 2015

Damit der Fahrstuhl nicht zum Grauen wird

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Sicheres Schachtinformationssystem LIMAX Safe

LIMAX2 Tower Quelle: Elgo

LIMAX2 Tower
Quelle: Elgo

Mit LIMAX Safe stellt Elgo im Aufzugsmarkt erstmals ein Schachtinformationssystem vor, welches neben den reinen Messfunktionen eine Reihe von Sicherheitsfunktionen abdeckt. Die konsequente Nutzung der neuen Sicherheitsnormen hat zu einem hoch integrierten System geführt, welches nach EN81-1:2 SIL3 baumustergeprüft ist und diverse Schalter und Überwachungssysteme im klassischen Aufzug ersetzt. Die Reduktion der Komponenten verringert Kosten bei Montage und Wartung und die Realisierung der Sicherheitsfunktionen in Software ermöglicht präzise, situationsgerechte Reaktionen und eine nie gekannte Flexibilität.

Das PESSRAL Systeme
PESSRAL: Programmable Electronic Systems in Safety Related Applications for Lifts (Programmierbare elektronische Systeme für elektrische Sicherheitseinrichtungen für Aufzüge)
2003 hat Elgo als erste Firma weltweit ein Sicherheitssystem für Aufzüge nach der dazumal noch vorläufigen Normenerweiterung EN81-1/2 prA1 (PESSRAL) entwickelt. Mit MoSIS (Modular Shaft Information System) wurde in Zusammenarbeit mit Schindler Aufzüge ein System geschaffen, welches die neuen Möglichkeiten dieser Norm voll ausschöpft (s. Dazu auch den Artikel in Liftreport 5/2005). Heute, über 5 Jahre nach definitiver Annahme dieser Normenänderung, ist es an sich erstaunlich, wie moderat sich die effektive Anwendung in der Aufzugsindustrie durchsetzt und wie wenige Systeme tatsächlich Einzug in moderne Aufzüge gefunden haben. Bei den größeren Aufzugsherstellern sind die Umsetzungszeiten für solche Technologiesprünge in freigegebene Produkte typischerweise etwas länger. Überraschend jedoch ist die Tatsache, daß der Komponentenmarkt bis heute nur eine sehr überschaubare Anzahl Systeme anbietet, welche unter Anwendung von PESSRAL baumustergeprüft sind.

Umsetzung von PESSRAL
Traditionell werden im Aufzug – insbesondere bei sicherheitsrelevanten Funktionen – eine Vielzahl von individuellen Komponenten mit sehr begrenztem Funktionsumfang eingesetzt. „Eine Funktion – eine Komponente“, war über lange Zeit die Prämisse. Auch hier war ein begründender Faktor die EN81, welche konsequent lösungsorientiert formuliert war. Ein gutes Beispiel hierzu sind die klassischen Schachtendschalter. Diese sind in Funktionsprinzip und Anwendung im Schacht genau definiert. Mit den neuen Erweiterungen der Norm ist nun die Möglichkeit gegeben, diese Funktion nach dem Prinzip der „gleichwertigen Sicherheit“ mittels anders gestalteten technischen Systemen zu realisieren.

Beim Schachtendschalter besteht nun zum Beispiel prinzipiell die Möglichkeit, diesen nicht mehr in Form eines zwangsgeführten, mechanischen Schalters umzusetzen, sondern alternative technische Funktionsprinzipien zum Einsatz zu bringen. Diesen grundsätzlichen Weg zur Anwendung der neuen Möglichkeiten sind bis heute die meisten Hersteller gegangen, welche sich mit PESSRAL Systemen im Aufzug beschäftigt haben. Streng nach der oben genannten Prämisse „Eine Funktion – eine Komponente“.
Konsequente Umsetzung von PESSRAL

Der Ersatz von althergebrachten, oftmals elektromechanischen Systemen mittels neuer technischer Wirkprinzipien ist somit durch PESSRAL in klar definiertem Rahmen möglich geworden. Jedoch trägt diese enge, durch Kontinuität geprägte Herangehensweise den tatsächlichen Möglichkeiten durch die neuen Normen kaum Rechnung. Der wahre Nutzen erschließt sich erst, wenn die traditionellen Sichtweisen aufgegeben werden und das komplexe technische System „Aufzug“ als mehr verstanden wird, als eine Ansammlung von einzelnen Komponenten, welche eng definierte und klar abgegrenzte Funktionen erfüllen. Nur die Marktteilnehmer, welche diesen Weg konsequent gehen, werden langfristig mit innovativen Lösungen erfolgreich sein.

Wie schon mit den Systemen der ersten Generation hat Elgo bei der Entwicklung des neuen LIMAX Safe Schachtinformationssystems konsequent diese neuen Denkansätze verfolgt. Ohne aufwändige technische Analysen der heutigen Aufzugssysteme gelangt man nämlich zu einer simplen Feststellung: Es gibt in heutigen Aufzügen eine Vielzahl von Funktionen, welche direkt oder indirekt von der Position und / oder der Geschwindigkeit des Fahrkorbs im Schacht abhängen. Viele dieser Funktionen sind zudem sicherheitsrelevant.

Sicherheitsrelevanten Funktionen:

– Schachtendschalter
– Türüberbrückung für Nachstellen oder vorzeitiges Türöffnen
– Verzögerungskontrolle bei reduziertem Pufferhub
– Stillsetzung bei Übergeschwindigkeit
– Wegfahrschutz bei offenen Türen (EN-81 A3)
– Gewährleistung von Schutzräumen bei reduzierten Schachtköpfen / Schachtgruben (EN81-21)

Nicht direkt sicherheitsrelevante Funktionen:

– Positions- und Geschwindigkeitsregelung des Fahrkorbs
– Stockwerkserkennung (Schachtkopierung)
– Endhalterkennung
– Kontinuierliche Fahrkurvenüberwachung

Mit der richtigen Fragestellung, bzw. Arbeitshypothese lässt sich die obige Feststellung in eine greifbare technische Aufgabenstellung umdeuten: „Wenn ein System im Aufzug existiert, welches zu jeder Zeit Position und Geschwindigkeit des Fahrkorbs im Schacht technisch sicher detektiert, dann ist es prinzipiell möglich, alle Funktionen, welche von diesen beiden Parametern abhängen, durch dieses System teilweise oder vollständig ausführen zu lassen.“ PESSRAL normiert dann die Vorgehensweise, wie ein solches System realisiert wird.

Der Fokus bei dieser Herangehensweise liegt offensichtlich nicht auf der Substitution technischer Systeme mit neueren Technologien, sondern ganz konsequent auf der Anwendung der Prinzipien der funktionellen Sicherheit aus einer Systemsicht heraus, welche den gesamten Aufzug einschliesst.
LIMAX Safe – Sicheres Schachtinformationssystem
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Grafik: Elgo

Grafik: Elgo

Im Kern baut LIMAX Safe auf der Elgo Magnetbandtechnik auf. Ein absolut codiertes Magnetband wird entlang des gesamten Schacht montiert und die Positionsinformation mittels eines auf der Kabine befestigten Lesekopfes abgelesen. Diese Technologie hat sich in den vergangenen Jahren in über 30.000 Aufzügen mit dem Schachtkopiersystem LIMAX2 als robust und zuverlässig bewährt. Um den Anforderungen an die funktionelle Sicherheit zu genügen, ist bei LIMAX Safe die Leseelektronik vollständig redundant ausgeführt. Diverse interne Maßnahmen wie Kanalvergleich, Plausibilitätsüberprüfung und entsprechende Auslegung der Hardware stellen sicher, dass die Positionswerte, sowie allfällig auftretende Systemfehler zuverlässig erkannt werden. Die erfassten, sicheren Positions- und Geschwindigkeitsinformationen werden der Aussenwelt über eine sichere Bus-Schnittstelle zur Verfügung gestellt.

Bei LIMAX Safe wurde von Anfang an ein modulares Konzept verfolgt. Die Leseeinheit mit der Bezeichnung LIMAX RED ist als sicheres Messsystem unabhängig einsetzbar. Als solches ist LIMAX RED in erster Linie für Systemintegratoren interessant, welche die Postions- und Geschwindigkeitsinformationen in einer sicheren Auswerteelektronik verarbeiten können.
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Aufzug Sicherheitskreis Grafik: Elgo

Aufzug Sicherheitskreis
Grafik: Elgo

Eine solche Auswerteelektronik stellt auch die Safe Box dar – die zweite Modulkomponente von LIMAX Safe. Die Safe Box ist direkt in den Sicherheitskreis des Aufzugs eingebunden. Als Gesamtsystem ersetzt LIMAX Safe in dieser Einsatzform praktisch alle sicherheitsrelevanten Schalter, Lichtschranken und ähnlichen Systeme im Schacht. Der Fahrkorbstatus relativ zum Schacht wird einmal zentral durch LIMAX RED erfasst. Die Safe Box wertet diese Informationen aus, vergleicht sie mit dem hinterlegten Schachtabbild und löst autonom notwendige Schritte aus, um den sicheren Betrieb des Aufzugs zu gewährleisten. Im Allgemeinen bedeutet dies ein Öffnen des Sicherheitskreises, z.B. beim Überfahren des Schachtendes. Weiterhin stellt die Safe Box aber auch Schaltausgänge zur Verfügung. Im Hinblick auf den Schutz vor Wegfahrt mit offenen Fahrkorbtüren kann damit beispielsweise eine Seilbremsvorrichtung angesteuert werden. Über ebenfalls vorhandenen Signaleingänge werden Statussignale des Aufzugs erfasst. So wird zum Beispiel über eine Abfrage des Zustandes der Rückholsteuerung festgestellt, ob sich der Aufzug im Inspektionsmodus befindet. Geschwindigkeitslimiten und Schaltpunkte werden in diesem Fall automatisch auf die für diesen Betriebszustand geltenden Werte gesetzt.

LIMAX Safe ist nach Sicherheitsstufe SIL 3 ausgelegt und baumustergeprüft. Mit dieser Auslegung ist auch die höchste im Aufzug angewendete Sicherheitsstufe abgedeckt. Somit kann prinzipiell auch die Funktion des Geschwindigkeitsbegrenzers teilweise übernommen werden. Teilweise bedeutet in diesem Fall die Detektion der Übergeschwindigkeit mit SIL3. Die sichere, mechanische Auslösung der Fangbremse ist damit noch nicht garantiert. Die Zukunft wird hier wahrscheinlich interessante Neuerungen bringen.

Vorteile:

– Absolute Schachtkopierung
– Schachtendschalter
– Türüberbrückung bei Nachregeln
– Türüberbrückung für vorzeitiges Öffnen
– Überwachung Übergeschwindigkeit in allen Betriebsarten
– Erkennung der Wegfahrt mit offenen Türen
– Optional: Reduktion der Überfahrten bei reduzierten Schachträumen (EN81-21)

Die drastische Reduktion der Anzahl Komponenten bringt Kostenvorteile mit sich. Insbesondere bei der Montag ergeben sich signifikante Zeiteinsparungen. Die Installation, Verkabelung und Justage verschiedenster Schalter und Lichtschranken fällt weg. Es bleibt lediglich das Magnetband im Schacht und die Elektronik auf dem Fahrkorbdach. Auch bei der Wartung führt die Reduktion der Komponenten zu weniger Zeitbedarf. Eine allfällige Fehlersuche wird ebenfalls vereinfacht, zumal die Elektronik hierfür auch Diagnosemöglichkeiten mitbringt.

Da alle Schaltpunkte und Überwachungsgrenzen in Software abgebildet sind, ergibt sich eine grosse Flexibilität bei der Anpassung und Erweiterung von implementierten Funktionen. So können zum Beispiel die Positionen der Schachtendschalter im Inspektionsmodus virtuell versetzt werden, um ein Einschliessen des Monteurs im Schachtkopf von vornherein auszuschliessen. Weitere Komfortfunktionen können bei Bedarf rasch und effizient realisiert werden. Dies gilt auch bei allfälligen Änderungen der maßgeblichen Normen.
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Integrationsgrad Sicherheit Grafik: Elgo

Integrationsgrad Sicherheit
Grafik: Elgo

Durch die modulare Konzeption von separater Lese- und Auswerteelektronik ergeben sich flexible Möglichkeiten bei der Integration ins Aufzugssystem. Mit dem kompletten System inklusive Safe Box erhält der Aufzugsbauer ein autonomes System, welches eine Vielzahl von Mess- und Sicherheitsfunktionen bedient. Der Entwickler hat mit LIMAX Red eine sichere Sensorplattform, auf welcher nach eigenen Anforderungen Funktionen mit Sicherheitscharakter aufgebaut werden können.

Ausblick

Wir von Elgo sind überzeugt, daß der moderne Aufzug noch großes Innovationspotential birgt. Die technologischen Entwicklungen der letzten beiden Jahrzehnte sind hier sicher nur der Anfang. Über Jahrzehnte in weitgehend unveränderter Funktion eingesetzte Systemkomponenten können und müssen nun neu hinterfragt werden.Durch die Anwendung der Prinzipien der Funktionalen Sicherheit können neue Technologien zur Umsetzung gelangen und dadurch völlig neue Lösungsansätze verfolgt werden. Mit PESSRAL hat sich ein interessantes Entwicklungsfeld aufgetan, welches den noch vergleichsweise jungen Innovationsschub im Aufzugsbau sicherlich weiter verstärken wird.

Dipl.-Ing. HTL Enrico Marchesi
ELGO Electronic GmbH & Co. KG
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