PESSRAE - Công nghệ tối quan trọng trong ngành công nghiệp thang máy, thang cuốn

Điển hình có thể kể đến hệ điều khiển thang máy dựa vào rơ le được thay thế bằng công nghệ bán dẫn, tiếp đó là sự nâng cấp hơn nữa với sự ra đời của bộ vi điều khiển và bộ vi xử lý. Chính nhờ điều đó, bộ điều khiển thang máy và thang cuốn hiện tại giống như một hộp đen, kết nối các hệ thống phụ khác nhau thông qua hệ thống dây dẫn và giao diện điện tử. Do vậy, các kỹ sư chỉ có thể nhìn thấy các tín hiệu đầu vào và đầu ra. Hệ thống hoạt động được điều phối tốt bởi các chương trình tích hợp mà người dùng và các chuyên gia bảo trì không nhìn thấy được. Trong những năm gần đây, ngày càng có nhiều hệ thống điện tử lập trình (PESes – Programmable Electronic Systems) được phát triển và triển khai để đảm bảo an toàn cho người dùng. Nếu các thiết bị như vậy được sử dụng trong thang máy, thì thuật ngữ "dành cho thang máy" được thêm vào cuối (PESSRAL – Programmable Eletronic Systems in Safety related Application for Lifts). Nếu được sử dụng trong thang cuốn, phần bổ sung sẽ trở thành “dành cho thang cuốn” (PESSRAE - Programmable Eletronic Systems in Safety related Application for Escalators).

Tiêu chuẩn hóa hệ điều khiển PESSRAE

Trong bộ điều khiển thang máy và thang cuốn, các thiết bị điện tử thường chỉ được sử dụng trong điều khiển vận hành và chuyển động, với các điều khiển liên quan đến an toàn thì được điều khiển bằng rơ le. Trong thời gian gần đây, chúng ta có thể thấy ảnh hưởng của điện tử được mở rộng sang việc xử lý đầu vào từ các thiết bị liên quan đến an toàn. Với hệ điều khiển đó, kết nối logic truyền thống theo dạng nối dây chuyển đổi thành điều khiển dựa trên chức năng. Các yêu cầu chức năng dựa trên nhiều kết quả hơn và việc triển khai nó được mở với các cấu ​​trúc phần cứng và phần mềm theo nhiều cách khác nhau. Hiện nay trong các tiêu chuẩn kĩ thuật đã có các quy định đối với hệ điều khiển PESSRA, khi ngày càng nhiều nhà sản xuất thang máy và thang cuốn sử dụng hệ điều khiển này. PESSRA được chính thức thêm vào tiêu chuẩn ở châu Âu và Hoa Kỳ cụ thể là: EN 81 Lifts (2005), EN 115 Escalator (2010), ASME A17.1 Lifts & Escalator (2007).

Các giai đoạn phát triển của bộ điều khiển thang máy và thang cuốn như sau:

Cấu trúc thiết bị

Cấu trúc chung của bộ điều khiển PESSRA được thể hiện trong hình dưới:

Cấu trúc bao gồm các cảm biến đầu vào, thiết bị điện tử có thể lập trình và một bộ truyền động đầu ra. Không có kết nối dây trực tiếp giữa các tín hiệu an toàn ở phía đầu vào và phía đầu ra. Các tín hiệu đầu vào được xử lý bởi các thiết bị điện tử có thể lập trình, sau đó điều khiển bộ truyền động ở phía đầu ra. Ví dụ về các thiết bị điện tử có thể lập trình là: bộ vi xử lý/vi điều khiển, bộ điều khiển logic khả lập trình, mạch tích hợp dành riêng cho ứng dụng và các thiết bị dựa trên máy tính khác (cảm biến thông minh, bộ truyền và bộ truyền động).

Đánh giá rủi ro cho PESS

SIL (Safety Integrity Level) là thước đo độ tin cậy bằng số hoặc tỷ lệ lỗi của hệ thống PESSRA. Nhà sản xuất phải thực hiện phân tích rủi ro để xác định các rủi ro có hại trước khi bắt đầu phát triển. Các mối nguy hiểm được xác định sẽ được phân loại trong Mức độ an toàn tổng thể (SIL). Lỗi càng nguy hiểm thì mức SIL càng cao. Đối với thang máy SIL thì 3 là mức tối đa cho phép.

Có bốn tham số rủi ro là cơ sở để đánh giá mức độ an toàn tổng thể đó là: Hệ quả (C - Consequence), Tần suất xuất hiện vùng nguy hiểm (F – Frequency in the presence of a dangerous zone), Khả năng tránh một sự kiện nguy hiểm (P – Possiblity to avoiding a dangerous event), Xác suất của sự kiện rác (W – Probability of junk event).

Các mối nguy hiểm được xác định sẽ được phân loại trong Mức độ an toàn tổng thể (SIL). Lỗi càng nguy hiểm thì mức SIL càng cao.

Ban đầu các công ty lớn trên thế giới như Orona, Otis, Schindler, GamaLift,… chỉ sử dụng PESS trong các bộ phận an toàn như bộ hạn chế tốc độ và tiếp điểm cửa. Tuy nhiên, sau quá trình phát triển diễn ra nhanh chóng đã khiến PESS được ứng dụng vào các thiết kế thang máy tích hợp và mở ra những khả năng hoàn toàn mới. Ví dụ, các thang máy có nhiều hơn 2 cabin trong một giếng thang ngày nay chính là nhờ sử dụng thiết bị điện tử.

Ưu và nhược điểm của PESS

Khi hệ thống kiểm soát thang máy và thang cuốn tiến bộ, sẽ có nhiều ứng dụng hơn của hệ thống PESSRA. Ưu điểm của PESSRA so với điều khiển có dây là:

- Các thiết bị PESSRA có các thành phần thông minh có thể lập trình có khả năng tự giám sát và phát hiện sớm hỏng hóc. Khả năng này cung cấp các cảnh báo sớm về các lỗi hệ thống có thể xảy ra, điều này sẽ dẫn đến độ tin cậy của hệ thống tốt hơn.

- Các thiết bị PESSRA được kết nối thông qua kênh truyền thông, vì vậy có thể ngăn chặn được việc tự ý câu tắt và xáo trộn các thiết bị an toàn. Ngoài ra, có thể tiết kiệm không gian do cần ít dây nối hơn.

- PESSRA là một thiết bị điện tử, vì vậy điện áp hoạt động sẽ thấp; do đó, có thể tránh được điện giật.

Tuy nhiên, những thuận lợi đi kèm với những thách thức nhất định, như:

- Kiểm soát PESSRA liên quan đến cả thiết kế phần cứng và phần mềm, vì vậy nó sẽ rất độc quyền. Tuy nhiên, các nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM - Original Equipment Manufacturing) cũng có thể coi đây là một trong những ưu thế có thể tận dụng để mang đến những sản phẩm nổi bật về công nghệ lại có tính độc quyền.

- Cần có nhân viên có kỹ năng về cả phần cứng và phần mềm để thiết kế, kiểm tra và xác minh hoạt động của hệ thống.

Ví dụ thực tiễn

Nếu chúng ta có thể thực hiện điều khiển từ xa thang cuốn trong phòng giám sát an ninh, đặc biệt là nhận thức thông minh và điều khiển an toàn, từ xa các sự kiện khẩn cấp, chúng ta có thể tăng tốc đáng kể phản ứng khẩn cấp và giảm nguy cơ thương tích về con người. Nhưng là một thiết bị chuyên dụng, việc điều khiển thang cuốn từ xa phải tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn và quy định về an ninh, nếu không, khi có lỗi phần mềm, lỗi thành phần hoặc lỗi không tương thích điện từ (EMC – Electromagnetic Compatibility), thang sẽ không dừng khẩn cấp đúng cách hoặc dừng khẩn cấp không chính xác. Điều này sẽ dẫn đến một tình huống nguy hiểm hơn. Thiết bị dừng khẩn cấp phải là thiết bị an toàn điện phù hợp với EN115-1:2008 + A1:2010 5.12.1.2, nghĩa là: có thể bao gồm A) một hoặc nhiều công tắc an toàn, hoặc B) mạch an toàn và mạch chống không đảm bảo an toàn, hoặc C) hệ thống điện tử liên quan đến an toàn có thể lập trình (PESSRAE). Hiện tại, thế giới thường áp dụng cách A, với nút dừng khẩn cấp vật lý cho mỗi thang cuốn phù hợp với thiết bị an toàn điện (EN115-1:2008 + A1:2010 5.12.1.2). Người vận hành sẽ nhấn thủ công nút dừng khẩn cấp vật lý tương ứng để dừng thang cuốn từ xa trong trường hợp hành khách té ngã, như trong hình dưới:

Hình ảnh thực tế nút dừng cho mỗi thang cuốn.

Cách tiếp cận này có những nhược điểm sau:

- Không dễ dàng tìm được các nút chính xác khi xảy ra trường hợp khẩn cấp

- Khi vận hành lỗi gây thêm thương tích, người vận hành phải chịu trách nhiệm an toàn tương ứng, do đó người vận hành không muốn sử dụng, cũng không dám sử dụng.

Với cách dừng thang cuốn từ xa (tức là cách C), người vận hành chỉ nhấn một nút dừng để ngắt mạch an toàn để dừng thang cuốn mà sự cố nguy hiểm xảy ra, thông qua sự điều khiển của máy chủ phân tích video và các thành phần điều khiển từ xa (Đạt chứng nhận an toàn PESSRAE và đạt chứng chỉ kiểm tra kiểu loại).

Hiện nay, PESSRA đã được áp dụng ở một số thang máy và thang cuốn tại Việt Nam.