Le apparecchiature elettriche degli ascensori sono strettamente legate alla tipologia di tensione e corrente messe a disposizione dell’ascensore.
In Italia la distribuzione di energia elettrica ai fini del 1900 è partita praticamente da subito con la distribuzione in corrente alternata così come in gran parte dell’Europa; in America c’è stato invece un breve periodo di distribuzione in corrente continua.
All’inizio la corrente arrivava all’utente finale in modalità trifase con tensione concatenata di 380Vac e frequenza di 42 Hz
Nel 1898 la centrale di Paderno d’Adda, collegata ad una linea di distribuzione da 13.5 kV a 42 Hz e la più grande in Europa e la seconda nel mondo; questa centrale dà il via all’industrializzazione della Pianura Padana.
L’impianto stabilì allora una serie di record tecnologici: era la più potente centrale idroelettrica d’Europa e seconda nel mondo solo a quella delle cascate del Niagara.
Lo scopo principale principale della costruzione dell’impianto era avere sufficiente potenza ed energia per procedere all’elettrificazione della rete tramviaria di Milano che fu una delle prime città europee con linee interamente trasformate a trazione elettrica.
La scelta della frequenza delle grandi reti elettriche risulta da un compromesso tra contrastanti esigenze e risulta vincolante per i successivi ampliamenti della rete: si consideri, ad esempio, che, per non far percepire lo sfarfallio provocato da una luce intermittente all’occhio umano, è necessario adoperare una frequenza superiore a 10 Hz. L’unificazione ai due valori oggi prevalenti in tutto il mondo, 50 Hz e 60 Hz, è relativamente recente. Si pensi che in Italia, alla fine della Seconda Guerra Mondiale, erano in esercizio reti a 42 Hz, 46 Hz, 48 Hz e 50 Hz. In quel periodo, alcuni paesi esercivano i loro sistemi a frequenze anche più basse (25 Hz in Francia). L’unificazione del sistema italiano fu fatta nell’immediato dopoguerra per consentire il parallelo dell’intera rete e l’interconnessione con i paesi confinanti. Il valore della frequenza ha ripercussioni tecniche ed economiche. Per alcuni componenti del sistema elettrico valori bassi risultano più vantaggiosi, per altri vale il contrario. Per comprendere quale tipo di ripercussione abbia il valore della frequenza sui vari componenti del sistema, consideriamo a mo’ di esempio il trasformatore. Un trasformatore operante a 60 Hz, frequenza normalizzata negli Stati Uniti, pesa e costa circa il 15% di meno rispetto ad un modello equivalente a 50 Hz. Infatti, a parità di forza elettromotrice indotta, il flusso magnetico è inversamente proporzionale alla frequenza; a pari induzione di lavoro, allora, risulta inversamente proporzionale alla frequenza anche la sezione del circuito magnetico di un assegnato trasformatore: si riduce, in tal modo, il peso delle parti in ferro e, con il diametro degli avvolgimenti, anche il peso delle parti in rame.
Per molti anni poi la tensione nominale in Italia ed in altri paesi è rimasta 220/380Vac. Sono nel 1995 si è passati ad una tensione nominale unificata di 230/400Vac.
Fin dai primi del 1909 la richiesta di sicurezza degli impianti elettrici ha portato alla realizzazione di Organismi per il controllo e la normazione. L’Italia in questo l’ha fatta da pioniere aprendo nel 1909 il CEI (Comitato Elettrotecnico Italiano).
(consigliamo questa lettura: Il Treno nella Storia – I pionieri della sicurezza elettrica)
L’importanza della corrente elettrica nella seconda era industriale fin dal diciannovesimo secolo e la necessità di poterla usare in modo sicuro ha portato a studiarne profondamente i pericoli per il corpo umano in base al valore della corrente, tensione e tempo di applicazione. A seconda del sistema di distribuzione (TT, TN, IT) vengono utilizzati diversi metodi per proteggere i circuiti e le linee dai sovraccarichi, cortocircuito, contatti diretti e contatti indiretti.
Attualmente l’installazione degli impianti elettrici è regolamentata dalle norme CEI 64.8, da tutte le norme di prodotto collegate e dal decreto 37/08.
Storicamente i circuiti che alimentano gli ascensori sono divisi in due: circuito Forza Motrice e circuito Luce, poi il circuito luce viene suddiviso nei sottocircuiti: luce cabina, luce vano, luce locale macchine.
L’alimentazione unica prelevata dal contatore veniva di solito divisa in FM e luce nel quadro della portineria e la linea FM passava anche in un quadretto posto in corrispondenza del piano terra dove era presente un interruttore magnetotermico.
Con l’aumentare del grado di sicurezza richiesto e del costo del rame le linee FM e Luce tendono ad essere separate nei quadretti elettrici di distribuzione presenti nei locali macchine. La richiesta di selettività dell’intervento delle protezioni richiede che la protezione ad intervenire sia quella più vicina alla causa di guasto e quindi i punti in cui interrompere e derivare le linee (i quadri elettrici intermedi) devono essere ridotti al minimo. Per esempio la protezione contro i contatti indiretti in un sistema TT (che si trova tipicamente in tutti gli impianti non industriali e non medici) che ha un ascensore elettrico con inverter, gruppi di continuità, alimentatori switching adesso richiede che il differenziale posto a monte del quadro sia di tipo B con una corrente differenziale di 0,3A. In un sistema TT la corrente differenziale ammessa è quella di 1A ritardata quindi essendo la taglia intermedia disponibile solo quella da 0,5A e possibile mettere in serie al massimo solo 3 differenziali (quello generale del condominio, quello di un quadro intermedio di distribuzione e quello del quadro elettrico dell’ascensore). La tendenza attuale è quella di portare nel locale macchine una sola linea trifase e di separare le linee FM e luce direttamente nel centralino elettrico del locale macchine o nel quadro di manovra per gli impianto MRL. L’interruttore presente al piano terra in fianco all’ascensore non viene più richiesto dalle norme attuali perché l’interruttore magnetotermico non è considerato un sistema valido per il sezionamento del circuito (come invece lo è un sezionatore) e perché il sistema che gestisce l’arresto d’emergenza dell’ascensore è attualmente visto in modo differente.
Prima dell’entrata in vigore delle UNI 81.20 l’impianto elettrico di alimentazione degli ascensori era a carico di una azienda d’istallazione di impianti elettrici abilitata secondo la legger 46/90 o il successivo DL 37/08. All’elettricista era dato il compito di installare i montanti, di realizzare il centralino nel locale macchine, di realizzare l’impianto luce del locale macchine e del vano. Con la UNI 81.20 il centralino e l’illuminazione del vano di corsa è a carico e sotto la responsabilità dell’installatore dell’ascensore. Questo è dovuto anche al fatto che negli impianti MRL il centralino elettrico è integrato nel quadro di manovra di sola pertinenza dell’installatore dell’impianto.
Anche il tratto di linee tra quadro di manovra e centralino elettrico deve essere realizzato secondo le disposizioni delle norme CEI 64-8.
A seconda del tipo di sistema di alimentazione (TT, TN, IT) l’impianto di messa a terra, regolato sempre dalle CEI 64-8 e dalla EN 60204-1, ricopre un ruolo essenziale per il coordinamento delle sicurezze.
Quando ancora non esistevano gli interruttori differenziali, quando gli isolamenti dei cavi era realizzato in tela o in materiali plastici che non avevano le caratteristiche di quelli di adesso, dove i componenti elettromeccanici (relè) si affidavano per buona parte all’isolamento in aria era indispensabile collegare all’impianto di terra tutte le parti metalliche che potevano andare a contatto con fili o altri componenti conduttori (le cosiddette masse).
La soluzione primaria per combattere i guasti verso massa all’interno del circuito di manovra era proprio quello di collegare a massa uno dei due capi dell’alimentazione del circuito di manovra.
Ancora oggi questo concetto è valido ed una delle prove da fare periodicamente è quella della misurazione dell’isolamento dei vari circuiti tra di loro e verso massa, prova che va fatta solo dopo avere fatto un’altra prova propedeutica: la prova della continuità di tutti i collegamenti verso le masse (telai del quadro, masse del motore od altri macchinari, sportelli dei quadri se non isolati, masse estranee). Quando un vecchio quadro perdeva isolamento il manutentore meno esperto o incosciente scollegava dall’impianto di terra le masse per poter permettere all’ascensore di continuare ad andare …… meno sicuro! Purtroppo il controllo propedeutico della continuità delle masse non lo si trova esplicitato nelle UNI 81.1 e UNI 81.80 ma lo si trova nelle EN 60204-1 a cui le UNI 81.1 e EN 81.80 si rifanno.
Fino all’introduzione della serie di norme EN 60204 che definiscono come debbano essere realizzati di quadri di manovra in genere, compresi quelli degli ascensori, l’interruttore FM presente nel centralino del locale macchine dell’ascensore era ammesso che venisse utilizzato anche per effettuare l’arresto dell’ascensore in caso di emergenza se si trovava a fianco del quadro di manovra. La EN 60204-1 presente anche in traduzione italiana redatta dal CEI, prevede che l’arresto di emergenza debba essere realizzato secondo una delle tre modalità previste dalla norma e per attuare l’emergenza deve essere usato un interruttore con fungo rosso su sfondo giallo; i contatti presenti nel fungo devono essere a distacco obbligato e, qualora si staccassero dal fungo devono aprirsi. Il tutto perché in caso di emergenza il dispositivo di attuazione deve essere subito individuabile e facilmente azionabile e l’arresto in emergenza deve avvenire il prima possibile in modo controllato.
La norma EN 60204-1 definisce come debbano essere realizzati i cablaggi all’interno dei quadri di manovra, come debbano essere scelti e posizionati i componenti all’interno del quadro, come debbano essere realizzati i cablaggi e come devono essere installati e scelti i componenti che si vengono a trovare a valle del quadro di manovra. Per finire la EN 60204-1 definisce anche quali prove debbano essere fatte sul quadro prima della sua installazione, durante il collaudo, e dopo, come debbano essere fatte le prove periodiche.
Analizziamo di seguito i vari circuiti presenti nel quadro di manovra e che escono da esso.
Circuito di alimentazione FM del motore.
Partendo dal centralino di distribuzione del locale macchine, ai morsetti di ingresso al quadro di manovra, arrivano le tre fasi che convenzionalmente sono indicate con R, S, T ed i colori standard sono marrone, nero e grigio e corrispondono alle tre fasi L1, L2, L3. Otre alle fasi arriva anche il cavo di collegamento all’impianto di messa a terra che va collegato con un certo criterio: se il collegamento delle terre è fatto da un’unica vite collegata alla carcassa del quadro allora questo cavo deve essere il primo verso la carcassa e deve essere separato, da tutti gli altri cavi che vengono ridistribuiti alle altre masse, usando un dado, questo per assicurare che questo sia l’ultimo conduttore che si vuole rimuovere solo in maniera volontaria. Se invece nel quadro è presente una barra di terra il conduttore che entra deve essere collegato da solo nel suo “occhiello” e deve essere facilmente individuabile.
Per quanto riguarda gli altri collegamenti: tutte le masse o masse estranee vanno collegate. Per definizione una massa è una parte metallica che direttamente o indirettamente può andare a contatto con un conduttore attivo. Direttamente vuole dire che la parte metallica del conduttore, per esempio un terminale, può toccare la massa, indirettamente vuole dire che il suo isolamento primario può toccare la massa. Quindi un quadro con sportello metallico non verniciato deve avere lo sportello collegato a terra perché questo è una massa. Gli sportelli verniciati possono non essere collegati a terra se il costruttore della carcassa certifica che la vernice è isolante e se, dalle prove di continuità, lo sportello risulta isolato dal resto della carcassa perché per esempio le cerniere sono realizzate in materiale isolante.
Un conduttore attivo è un conduttore che può portare una tensione diversa da quella di riferimento del conduttore di terra. In un sistema TT ed in alcuni TN il conduttore di neutro va considerato un conduttore attivo.
L’uso del neutro nel circuito FM non era così frequente nei quadri elettromeccanici anzi non era proprio usato. Con l’avvento dei quadri elettronici dove è necessario avere tensioni riferite al centro stella (230Vac) è diventato necessario portare anche il conduttore del neutro.
La linea FM, partendo dai morsetti di ingresso nel quadro va ad alimentare il motore ed il trasformatore del circuito di manovra.
Analizziamo in dettaglio il circuito che alimenta il motore.
La linea FM che alimenta i motori la prima cosa che incontra è la protezione termica del motore, protezione che fa si che il motore non sia sottoposto a correnti troppo alte che lo possono danneggiare. La protezione termica per eccellenza dagli inizi della storia dell’energia elettrica è il fusibile che a sua volta surriscaldandosi per la eccessiva corrente che passa nel suo filamento, si fonde ed apre il circuito. Il fusibile assicurava anche che le alte correnti di spunto potessero passare senza che lui si rompesse. Evoluzioni usate ancora oggi sono gli interruttori magnetotermici, con corrente nominale il più vicino possibile a quella del motore e con curva di tipo D che permette al motore di spuntare senza intervenire, e le protezioni termiche regolabili. queste ultime due si basano sulla differente dilatazione di materiali diversi al passaggio della corrente, dilatazione che fa scattare delle leve che aprono il circuito. Nella protezione termica regolabile non si fa altro che regolare la geometria tra le lamelle. Gli interruttori elettronici invece si basano sulla misura elettronica della corrente. La scelta della giusta protezione è regolamentata dalla EN 60204-1 ed anche dalle CEI EN 61439-1 e 2 che rimandano alle appropriate norme di prodotto.
Per far muovere un motore occorre che ai suoi morsetti arrivino le tensioni delle tre fasi. Invertendo tra di loro due delle tre fasi il motore si muove nel verso opposto.
Quindi i contattori indispensabili sono almeno due e nei primi quadri elettrici ad una velocità ne troviamo appunto solo due. Questi relè sono interbloccati meccanicamente ed anche elettricamente tra di loro per fare in modo che solo uno possa chiudere, a turno i contatti, per evitare dei cortocircuiti tra fasi diverse con tutti i pericoli che ne derivano. Per risparmiare in meccanica e complessità era solito tagliare tramite i contattori solo due delle tre fasi.
Purtroppo ci si accorse ben presto che l’utilizzo di soli due contattori non era sicuro perché se uno dei due si bloccava in chiusura il motore continuava a girare pericolosamente. Il primo intervento per migliorare la sicurezza fu quindi quello di aggiungere un teleruttore in serie a monte dei due teleruttori di direzione. In questo modo, anche in caso di un teleruttore che rimane “impastato” chiuso, l’altro può interrompere ugualmente la marcia del motore. Per migliorare la sicurezza in caso di primo guasto, sono stati aggiunti ai teleruttori dei contatti ausiliari normalmente chiusi che fanno si che, attraverso un circuito di monitoraggio elettromeccanico ai primi tempi ed elettronico adesso, non possa essere rimesso in moto un motore al quale uno dei contattori della catena si sia impastato chiuso.
A seconda del costruttore questo teleruttore aggiunto viene chiamato teleruttore ausiliario oppure pilota o di marcia
Per gli impianti che necessitavano di un comfort di marcia migliore in partenza ed in arrivo era necessario regolare in qualche modo la velocità del motore.
Con i primi motori con rotore avvolto la soluzione, che permetteva anche di avere correnti di spunto accettabili dall’impianto elettrico, era quella di mettere in serie agli avvolgimenti rotorici dei reostati che permettevano di avere accelerazioni e decelerazioni meno intense. Questi reostati arrivati alla velocità di regime venivano cortocircuitati mediante teleruttori azionati da sistemi elettromeccanici che li azionavano a seconda della posizione della cabina nel vano.
Questo tipo di funzionamento con l’inserzione di reostati sia sul rotore che sullo statore era praticamente indispensabile e punto di forza dei motori azionati in corrente continua e quindi anche dei motori Ward leonard. Per un approfondimento sulla storia dei motori elettrici per ascensori potete vedere la nostra pagina.
Questo tipo di motori però lasciò il passo a motori a gabbia di scoiattolo più efficienti, semplici e con necessità di meno manutenzione. Nel motore con rotore a gabbia di scoiattolo gli avvolgimenti del rotore, essendo fatti da lamierini, non possono essere messi in serie a dei reostati. Per questo tipo di motori, per ottenere più velocità, la soluzione è quella di creare campi rotanti a velocità diverse raddoppiando gli avvolgimenti dello statore. In questo modo, alimentando gli avvolgimenti a 12 o 16 poli il motore gira con un numero di giri inferiore, passando ad alimentare l’altro gruppo di avvolgimenti a 4 poli il motore tende a raggiungere la velocità nominale dell’impianto. Lo stesso procedimento inverso si fa in fase di rallentamento.
Adesso il teleruttore che prima cortocircuitava i reostati, interbloccato meccanicamente con il teleruttore della alta velocità, alimenta gli avvolgimenti del motore che lo fanno andare in bassa velocità.
Questo tipo di impianto è diventato lo standard fino all’avvento dei sistemi di regolazione della velocità agendo su tensione e/o frequenza e/o corrente, dispositivi che adesso vengono chiamati “inverter”.
L’uso dell’inverter rende vano l’uso di motori a due velocità e riduce il numero di teleruttori necessari poiché alla regolazione ed al senso di marcia ci pensa l’inverter. Alcuni inverter di ultima generazione, grazie a circuiti di sicurezza interni ed in definite condizioni ambientali (per esempio assenza di polvere) possono lavorare in sicurezza anche senza i due teleruttori che abilitano la marcia del motore.
Gli inverter sono in grado di fare lavorare anche i motori predisposti per andare ad una o due velocità e quindi in caso di sostituzione del quadro di manovra (secondo le norme UNI 10411) non è necessario cambiare anche il motore. In caso di impianti nuovi si usano invece motori con gabbia di scoiatolo ottimizzata per l’uso abbinato agli inverter.
I motori gearless vengono azionati, da inverter, con lo stesso principio e sistema del motore asincrono con l’obbligo funzionale di avere montato a bordo motore un encoder che indica all’inverter la posizione del campo magnetico del rotore rispetto allo statore.
Circuito del freno motore
Il motore, quando la cabina è ferma al piano deve essere in qualche modo tenuto fermo in modo sicuro e per fare ciò si utilizzando dei sistemi che si oppongono al movimento dell’asse del motore. Fin da i primi impianti il freno motore viene realizzato con una coppia di ferodi che spinge su di un disco assiale al motore sul prolungamento dell’asse del motore prima dell’ingresso di questo nel gruppo riduttore integrato nel giunto motore argano oppure dalla parte opposta del motore. Sono un po’ come i freni a tamburo delle macchine dove i ferodi non agiscono dalla superfice interna del tamburo ma da quella esterna. Il ferodo viene normalmente tenuto in pressione sul tamburo attraverso delle leve tenute in tensione da delle molle regolabili per ottenere il giuso compromesso tra forza frenante e decelerazione della cabina. Quando il motore viene messo in moto il freno, attraverso altre leve, azionate da un motore o da un elettromagnete, viene aperto, nel senso che i ferodi, vincendo la forza delle molle che li spingono verso il tamburo, vengono spostati di millimetri per permettere al tamburo di ruotare liberamente.
La scelta dell’elettromagnete o del motore per azionare il freno è dettata dallo sviluppo della tecnologia dei raddrizzatori. Infatti la forza che tiene aperto il freno deve essere unidirezionale e quindi l’utilizzo di un elettromagnete deve creare una forza unidirezionale facilmente ottenibile con un campo magnetico in corrente continua. Il motore invece veniva usato per azionare una camma che a sua volta azionava le leve di apertura del freno. L’asse di questo motore girava di qualche grado e poi l’asse veniva tenuto fermo da un blocco meccanico; di fatto si utilizzava un motore in alternata come una elettrocalamita che invece di avere un moto lineare dello stelo mobile aveva un moto rotativo trasformato in lineare da una camma. Questi motori avevano il difetto di essere poco efficienti perché erano sempre sottoposti alla corrente di spunto; inoltre, se la regolazione o l’usura del blocco sull’albero permetteva di andare in extracorsa rispetto alla camma questo tendeva a fare bloccare la camma, e quindi il freno, in apertura.
Il circuito di azionamento del freno è simile a quello del motore: ci sono 2 teleruttori in serie che alimentano il freno quando viene alimentato il motore. Per risparmiare, spesso si utilizzano, per ognuno dei teleruttori di marcia, uno dei contatti normalmente aperti messi in serie; inoltre un altro contatto di uno dei teleruttori del motore aziona la bobina di un terzo teleruttore del freno i cui contatti sono messi in serie ai contatti dei due teleruttori di marcia. In questo modo il freno viene aperto qualche millisecondo dopo che viene messo in coppia il motore evitando controrotazioni.
Usando i due contatti dei teleruttori di marcia i contatti di monitoraggio di questi permettono di monitorare anche la chiusura o l’apertura del freno.
Il circuito di alimentazione del freno è forse il circuito più delicato di tutto l’ascensore perché tra fusibili in ingresso ed uscita dal trasformatore, trasformatore, passaggio dai vari teleruttori, è il circuito che, escludendo la quello di manovra, ha più passaggi di tutti. In realtà il circuito di manovra se si apre con cabina in movimento la cabina si ferma; se si apre il circuito del freno per un suo guasto con cabina in movimento il circuito del motore potrebbe non accorgersene e la cabina potrebbe andare con freno chiuso usurandone i ferodi.
L’introduzione dell’inverter ha spostato il controllo del freno all’inverter stesso per permettergli di regolare le sequenze di partenza ed arrivo mettendo prima in coppia controllata il motore ed aprendo o chiudendo al momento opportuno il freno.
Essendo il freno un elettromagnete che immagazzina una energia non trascurabile, l’alimentazione di questo deve avere un circuito di filtraggio dei picchi di corrente che si vengono a creare quando si disalimenta la bobina. Questi filtri sono attualmente obbligatori, per la EN 60204-1 ed il rispetto della direttiva EMC riguardo all’emissione di campi magnetici, anche su tutti i contattori e relè.
Il circuito di manovra
Il circuito di manovra si deve occupare di gestire il funzionamento in sicurezza dell’ascensore.
Parte importante del circuito di manovra è la catena delle sicurezze chiamata così perché deve interrompere, in modo sicuro, il movimento della cabina qualora uno dei dispositivi di sicurezza sia entrato in azione.
I dispositivi di sicurezza sono tutti quei dispositivi che fanno si che la cabina si muova o stia ferma in modo sicuro per gli utenti ed anche per l’impianto stesso.
Sin dagli inizi si è realizzato il circuito di manovra in modo che il movimento della cabina possa avvenire solo quando la cabina ha le porte chiuse, quando le porte di piano sono chiuse, quando la cabina non raggiunge delle posizioni oltre la corsa ammessa, in modo che la cabina non possa raggiungere velocità eccessive. Inoltre si è tenuto conto dei guasti all’interno del quadro di manovra per fare si che teleruttori di salita e discesa oppure alta e bassa velocità non potessero intervenire in contemporanea, che la cabina non si potesse muovere in caso di cortocircuiti all’interno del quadro di manovra ecc…
Con l’avvento delle nuove direttive e quindi con la prima direttiva ascensori 95/16/CE l’approccio alla sicurezza è cambiato: si parla di rischio, probabilità che si verifichi ed entità del danno. La direttiva ascensori e la direttiva macchine indentificano quali possono essere i rischi chiamati RES e sta al costruttore, mediante valutazione dei rischi (secondo UNI ISO 14798) adottare le soluzioni più adeguate. Se si costruisce un ascensore seguendo la EN 81.20 e la correlata EN81.50 la valutazione dei rischi riguardante l’ascensore è stata fatta dai normatori. Quindi per tutti i dispositivi diversi da quelli considerati dalla EN 81.20 la loro installazione è subordinata ad una valutazione dei rischi presenti nella direttiva ascensori ed anche della direttiva macchina (vedere direttiva ascensori 2014/33/UE Allegato 1 punto 1.1)
Tutti i dispositivi di sicurezza, mediante contatti di sicurezza messi in serie, devono garantire, in caso di loro intervento, che la catena delle sicurezze si apra e che l’ascensore si fermi nel minor tempo possibile.
La norma EN 60204-1 e le norme che riguardano gli ascensori EN 81.1 e poi EN 81.20 definiscono quali componenti debbano essere usati nei circuiti di sicurezza.
Per intenderci, un circuito di sicurezza deve garantire, a seconda della gravità del danno, un certo livello di prestazioni.
Per esempio, quando si deve permettere ad una cabina di rilivellare a porte aperte si utilizzavano due contatti a distacco obbligato (rispettando la norma EN 60947-5-1) che, attraverso percorsi indipendenti arrivavano ad un circuito di sicurezza dal quale uscivano i contatti che bypassavano i contatti di sicurezza delle porte di piano e di cabina. Il circuito o modulo di sicurezza agli inizi era composto da 3 relè con contatti vincolati tra di loro e questi tre relè, attraverso una serie di collegamenti tra di loro riuscivano ad assicurare che se uno dei due contatti a distacco obbligato, dopo essere usciti dalla zona di ripescaggio non commutava il movimento veniva interdetto; i tre relè assicuravano anche che se uno qualsiasi dei tre relè si fosse bloccato, per via dei suoi contatti vincolati, faceva in modo che il circuito non chiudesse in bypass le porte. Adesso questi circuiti di sicurezza sono integrati in moduli di sicurezza realizzati ancora con relè oppure con sistemi elettronici certificati. Questi moduli di sicurezza devono rispettare la norma EN 81-50 ed avere il grado PL e SIL richiesto dalla valutazione del rischio.
Tutti i contatti di sicurezza delle porte, delle serrature, dei finecorsa dei vari dispositivi quali paracadute o limitatore di velocità devono essere del tipo a distacco obbligato o azionamento positivo e devono rispettare la norma EN 60947-5-1. Sono contatti ad azionamento positivo quei contatti che si aprono in caso di rottura delle molle o sistemi che li tengono chiusi. I contatti a distacco obbligato sono dei semplici ponti che si chiudono quando la parte ponte viene accoppiata meccanicamente alla parte contatti.
Il concetto di contatto a ponte asportabile, per la sua semplicità di attuazione viene utilizzato fin da subito. Poiché i primi quadri di manovra erano del tipo meccanico elettrico nel senso che tutto ciò che si poteva fare in maniera meccanica veniva preferito alla soluzione elettrica; ritroviamo così finecorsa che tramite bindelle metalliche azionate da leve azionano direttamente gli interruttori di alimentazione della forza motrice, oppure troviamo finecorsa che, su sistemi a tamburo azionano delle leve che tolgono alimentazione al motore quando un dado che si trova su di una vite senza fine che gira con il tamburo, raggiunge una certa posizione. Tutto questo adesso viene fatto da finecorsa con contatti di sicurezza che aprono la catena delle sicurezze.
Per ovviare al pericolo del contatto diretto con conduttori attivi lungo la catena delle sicurezze ed all’interno del quadro di manovra (che agli inizi erano a vista) il metodo primario è sempre stato quello di usare tensioni di lavoro non pericolose. Le ricerche sulla sicurezza elettrica (IEC 60479-1) hanno definito quasi da subito che tensioni in corrente alternata fino a 50 volt o in corrente continua/raddrizzata fino a 120 volt in ambienti ordinari non è pericolosa, in ambienti a maggior rischio in caso di incendio (un tempo chiamati luoghi marci) questi valori sono stati dimezzati.
E’ per questo motivo che storicamente i circuiti di manovra degli ascensori hanno tensioni tra i 48 e 60 volt o 110V che poi sono diventati valori standard di tensioni di alimentazione dei relè e teleruttori.
Per fare fronte a possibili azionamenti incontrollati o non voluti dei vari relè presenti all’interno del quadro di manovra nel caso in cui ci fosse un guasto verso le masse o un doppio guasto (un guasto verso una massa potrebbe portare a chiudere un circuito che aziona un relè ed un doppio guasto potrebbe creare dei circuiti non voluto che azionano relè) la EN 60204-1 definisce vari tipi di circuiteria:
Il primo tipo, circuitalmente più complicato, è quello di tenere isolati i due estremi del circuito secondario del trasformatore e di tenere i circuiti nel quadro separati dalle masse alimentando le varie bobine con doppi interruttori, uno per lato. In questo caso, un cortocircuito verso massa non chiuderebbe nessun circuito.
Il secondo metodo molto più utilizzato è quello che consiste nel mettere a massa uno dei due capi del secondario del trasformatore, in questo caso qualsiasi cortocircuito verso massa causerebbe o l’intervento della valvola automatica messa a protezione del circuito di manovra oppure metterebbe in cortocircuito verso massa un relè che quindi non potrebbe eccitarsi.
Con questo tipo di circuito è importante il controllo periodico della continuità delle masse prima di effettuare quello dell’isolamento dei vari circuiti tra di loro e verso terra.
I circuiti di manovra possono funzionare in tensione alternata, tensione raddrizzata e tensione raddrizzata e stabilizzata.
Il circuito raddrizzato presenta con il tempo più usura dei relè e maggiore sfarfallio che tende ad aumentare con il tempo. I circuiti stabilizzati, comportando, fino all’avvento degli alimentatori switching, l’utilizzo di grossi condensatori comporta forti correnti di chiusura dei contatti presenti nel circuito di manovra, ponti asportabili o interruttori di sicurezze della catena delle sicurezze inclusi con rischi di fessurazione o incollaggio degli stessi.
Purtroppo non è difficile trovare sui vecchi quadri dei relè dove, tra nucleo ed ancora, viene messo del materiale isolante quali fogli di carta o cartoncino allo scopo di tenere l’ancora leggermente separata dal nucleo. Questa è una prassi per contrastare la magnetizzazione permanente che il nucleo, realizzato in ferro, tende a assumere con il tempo per via del campo magnetico che agisce (nel caso di circuiti raddrizzati stabilizzati e non) sempre in un verso. Su questi relè, di solito completamente smontabili, andrebbe sostituito il nucleo.
Requisito essenziale per ogni circuito è che gli eventuali componenti lungo le linee non si guastino o incollino per via del passaggio di correnti troppo elevate, come nel caso di cortocircuiti. Questa sicurezza è ancora più indispensabile per proteggere la linea della catena delle sicurezze. Di solito vengono utilizzati fusibili o valvole automatiche (interruttori termici) con potere di interruzione minore delle correnti nominali di tutti i componenti presenti sulla linea. Fino alla comparsa di valvole automatiche in grado di tagliare anche piccole correnti in tensione continua i fusibili erano largamente utilizzati però avevano il difetto di essere monouso e, in caso di “necessità” davano adito a manomissioni con fusibili di fortuna quali fili di un conduttore multipolare, graffette, chiodi ecc….
Abbiamo quindi visto che la catena delle sicurezze è quella che dà il via a tutte le automazioni dell’ascensore: se questa è totalmente chiusa o parzialmente chiusa per permettere operazioni preliminari (per esempio l’attivazione del pattino retrattile che permette di chiudere le porte di piano e proseguire con la chiusura della catena a valle, oppure il comando di chiusura dell’operatore porte).
Il circuito di manovra ossia il circuito che, in base alla posizione della cabina ed in base a dove viene fatta una chiamata permette all’ascensore di mandare alla destinazione voluta è nato intorno alla fine del diciottesimo secolo grazie all’invenzione dei relè. Ai tempi l’ascensore automatico fu una rivoluzione che costò parecchi posti di lavoro perché fino ad allora il movimento dell’ascensore era governato da degli addetti sempre presenti in cabina che agivano, all’inizio, su diverse funi per poi passare a controllare l’ascensore attraverso dei reostati. La capacità di un ascensore di arrivare al piano livellato era strettamente legata alla capacità dell’operatore di governare l’ascensore (vedere per esempio il filmato dell’ascensore della cupola di San Pietro dove si vede che l’addetto ha fermato l’ascensore troppo presto e la gente per uscire doveva superare un gradino).
Sui sistemi di controllo della posizione della cabina nel vano i vari costruttori si sono sbizzarriti.
Partiamo dai sistemi che, attraverso un apparato di viti senza fine oppure di catene solidali con il movimento della cabina muoveva delle testine piene di contatti che indicavano quando rallentare o quando la cabina era presente ad un piano. I sistemi a vite senza fine venivano preferenzialmente usati su impianti con argano a tamburo perché da questo era semplice ricavare la posizione della cabina. Con sistemi con puleggia di frizione, per via dello scorrimento delle funi o si utilizzavano sistemi con catene (esemplare è il sistema della Schindler che frutta la fune del limitatore usando una catena che dava, attraverso dei contatti posizionati su di un disco demoltiplicato la posizione esatta della cabina, oltre a fungere come organo di tiro del limitatore.)
In alternativa troviamo soluzioni tipo quella della Otis che utilizzava sugli impianti con motori Ward Leonard dei selettori rotativi con testine dei contatti mobili collegati mediante catene alla cabina.
Per ascensori a manovre semplici ad una velocità prese, piede il sistema semplice degli invertitori di piano che, guidati da una rotaia posta sulla cabina passavano da una posizione di chiusura in un senso, per aprirsi con cabina al piano e poi richiudersi nella posizione opposta su di un secondo circuito quando la cabina proseguiva il viaggio nella stessa direzione. Questo sistema accoppiato ad una matrice di relè che andavano in autoritenuta fino a quando non si raggiungeva il piano di destinazione permise di ottimizzare con pochi componenti un sistema efficace di manovra.
In pratica, premendo il pulsante chiamata a un piano dalla bottoniera di piano o da quella di cabina si viene a chiudere un circuito tra pulsante, selettore del piano selezionato, relè di marcia nella direzione giusta, e relè di chiamata che va in autoritenuta e questo circuito rimane chiuso fino all’arrivo al piano prenotato quando il selettore di quel piano si apre ed aprendosi toglie corrente alla bobina del relè di chiamata che era rimasto autoeccitato e toglie corrente alla bobina del teleruttore di marcia che fino a quel punto era attivato.
Altro sistema di posizionamento chiamato anche SIL dal nome che gli ha dato un produttore consiste in un disco sul quale sono posizionati dei contatti in corrispondenza di ogni piano; questo disco, attraverso due bobine, una che si attiva in salita ed una in discesa, viene meccanicamente spostato in una direzione o l’altra di uno step (allo stesso modo di un bilanciere di un orologio) che corrisponde ad un piano, ogni volta che dal vano si chiude un interruttore che, a seconda della direzione eccita la bobina di salita o di discesa.
Il sistema funziona bene anche per sistemi a due velocità dove lo stesso interruttore viene azionato in corrispondenza di un piano, una accelerazione ed un rallentamento (in questo caso per coprire un piano completo il disco effettua 3 step che comandano partenza, rallentamento e arrivo al piano successivo)
Un passaggio successivo che si è avuto con l’introduzione dell’elettronica è stato quello di far fare il conteggio del SIL direttamente dalla scheda elettronica del quadro di manovra. In questo caso gli interruttori posti nel vano sono stati via via sostituiti da sistemi più silenziosi e circuitalmente meno complicati: i sensori magnetici che si attivano al passaggio in corrispondenza di una calamita o sensori mangnetici bistabili che si attivano quando passano in corrispondenza di una calamita con un senso magnetico prefissato e si disattivano quando passano da una calamita avente verso magnetico opposto.
I sensori monostabili sono di solito utilizzati agli estremi dei vani ed hanno anche funzione di rifasatori ossia, se si aprono (alternativamente) fanno capire al quadro di manovra a che estremo del vano si trovano.
Questi sensori magnetici vengono solitamente messi sul tetto della cabina mentre i magneti vengono messi sulle guide o su apposite staffe ancorate alle guide.
La stessa cosa si fa con i sensori magnetici monostabili in questo modo occorre avere solo una coppia di magneti sul tetto di cabina con i quali indicare al quadro quando deve rallentare e quando la cabina si trova ad un piano.
L’uso di sensori magnetici (in questo caso che abbiano funzioni di sicurezza secondo la EN 60947-5-5 che devono afferire a un circuito di sicurezza secondo la norma EN 61508) permette anche ai quadri idraulici di effettuare le operazioni di ripescaggio a porte aperte ed ai quadri elettrici di effettuare le operazioni di preapertura porte con cabina in approccio al piano. In questo caso la zona in cui la cabina si può muovere in sicurezza con le porte aperte viene indicata come zona di apertura porte.
L’opportuna combinazione su strisce magnetiche comuni dei due sensori magnetici di zona piano ed i due sensori magnetici di sicurezza della zona porte permette anche di effettuare i ripescaggi o rilivellamenti con porte aperte
Grazie ad opportune matrici di relè di chiamata e prenotazione è stato possibile realizzare quadri con prenotazione ai piani automatica in salita o in discesa oppure in tutti e due le direzioni.
L’elettronica e le ricerche in vari campi della sensoristica ha portato poi ad avere sistemi di rilevazione della posizione della cabina nel vano basati su:
lettura ottica di una banda opportunamente forata che scorre nel vano in fianco alla cabina,
encoder rotativi incrementali le cui pulegge scorrono su di una cinghia dentata che scorre lungo il vano
Sistemi di posizionamento assoluto che sfruttano gli utrasuoni che corrono lungo un cavo armonico steso lungo il vano di corsa
Sistemi di posizionamento a lettura magnetica che sfruttano la lettura di una banda opportunamente magnetizzata che scorre lungo il vano.
Quando l’ascensore ha delle porte automatiche (automatismo delle porte di cabina che trascina anche quello della porta di piano) oppure semiautomatiche (porte di cabina aperte mediante automatismo e porte di piano ad apertura manuale) il circuito di manovra si deve occupare anche della loro chiusura ed apertura.
Gli operatori porte sono sempre stati alimentati da motori collegati, mediante delle cinghie a dei sistemi che trasformano il moto da rotatorio a lineare mediante dei bracci snodati collegati alle pulegge oppure mediante cinghie che oltre che essere collegate alla puleggia del motore sono collegate anche alle porte di cabina.
Quando il quadro di manovra dà il comando al motore di muoversi in una direzione oppure in un’altra questo si muove fino a quando raggiunge un extracorsa in entrambe le direzioni. Questi extracorsa, a seconda del costruttore erano collegati o direttamente sugli alberi delle pulegge oppure lungo l’asse di scorrimento delle antine. Raggiunto il contatto di extracorsa l’alimentazione al motore veniva tagliata o direttamente oppure tagliando l’alimentazione dei relè di comando del motore dell’operatore.
Gli operatori porte, avendo inizialmente motori asincroni erano preferenzialmente alimentati con tensioni trifase. Per tenere da conto la sicurezza elettrica si preferiva spesso usare tre tensioni concatenate da 110V e ciò richiedeva l’uso di trasformatori trifase da inserire all’interno del quadro di manovra; trasformatore che spesso e volentieri era lo stesso che provvedeva a generare anche le tensioni necessarie agli altri circuiti come quello di manovra, quello delle luminose e quello dell’allarme mediante opportuni secondari dedicati con isolamento di sicurezza.
Alla chiusura totale delle porte di piano con blocco meccanico automaticamente inserito si chiudevano anche i contatti di sicurezza delle porte di piano e di cabina e così, chiudendo totalmente la catena delle sicurezze, si poteva chiudere il teleruttore preliminare o di marcia e fare così chiudere anche i dovuti teleruttori di velocità e direzione con conseguente movimento della cabina.
Adesso gli operatori porte utilizzano gli stessi principi di base e vengono inseriti ancora negli stessi punti del circuito di manovra solo che i vari levelismi meccanici hanno lasciato il posto a cinghie dentate ed i motori asinscroni trifase sono stati sostituiti da motori sincroni in corrente continua ed ultimamente da motori a magneti permanenti. Le schede elettroniche di controllo si occupano di regolare velocità e potenza del motore, di regolare la forza di chiusura delle antine e di riaprirle elettronicamente se queste sentono degli urti; si occupano della gestione dei finecorsa ed integrano anche il controllo delle barriere ottiche di sicurezza Oltre che della apertura in emergenza in caso di blackout.
Gli impianti con porte manuali, ed alcuni impianti con porte semiautomatiche, per permettere all’utente con cabina al piano di poter aprire le porte ed entrare o uscire dalla cabina devono avere un sistema che con cabina ferma al piano permetta, meccanicamente, di aprire le serrature. Questo sistema si basa praticamente sempre su di un pattino retrattile collegato alla cabina che viene azionato da un elettromagnete posto di solito sul tetto della cabina (in alcuni casi lo si ritrova sotto la cabina ed in altri integrato nel leverismo del pattino stesso).
Questo pattino, con cabina ferma al piano, ha l’elettromagente non eccitato e delle molle lo fanno aprire. Aprendosi si posiziona in proiezione della leva della serratura che finisce con una rotella in gomma. La leva della serratura viene girata dal pattino quel tanto che basta a fare rientrare il perno che tiene bloccata la porta di piano. In contemporanea si apre in contatto elettrico di sicurezza che fa parte della catena delle sicurezze e che viene chiamato contatto di blocco delle porte di piano.
Quando si entra in cabina o si esce e si chiudono le porte di piano e quelle di cabina, vengono chiusi anche un contatto di sicurezza che si trova sulla porta di piano ed un contatto di sicurezza che si trova su ogni antina della porta di cabina. Il contatto che si trova sulla porta di piano è chiamato preliminare e controlla che la porta di piano sia accostata. La chiusura del contatto preliminare, in caso di chiamata dell’ascensore ad un altro piano, chiude la catena delle sicurezze fino a dopo il preliminare e permette di azionare un relè che alimenta l’elettromagnete del pattino retrattile il quale tira il pattino retrattile che rilascia a sua volta la leva della serratura che a sua volta permette alla serratura di bloccare in posizione di chiusura la porta di piano. A questo punto anche i contatti delle porte di piano, che si trovano nella catena delle sicurezze a valle dei contatti preliminari, si chiudono e se anche le porte di cabina sono chiuse il teleruttore di marcia ed i teleruttori di direzione, freno e velocità possono chiudersi per fare partire la cabina
Alcune porte semiautomatiche di cabina utilizzano il pattino retrattile con relativo elettromagnete, altre invece hanno integrato il pattino sull’estremità della porta di cabina e quando questa si apre completamente permettono al blocco meccanico della porta di piano di aprirsi.
Anche la sicurezza delle serrature delle porte di piano è aumentata con il tempo. Adesso le serrature devono essere tutte certificate, montare contatti elettrici a distacco obbligato o ad apertura positiva (EN 60947-5-1), avere un controllo che il blocco meccanico non si sia aperto in aria ma in corrispondenza della porta chiusa (blocco che fa si che il contatto elettrico di blocco non si chiuda se dall’altra parte del perno della serratura non si ritrova la porta).
Circuiti ausiliari
I primissimi ascensori avevano ben poco di ausiliario; già avere i comandi automatici in cabina era un successo.
Con circuiti ausiliari intendiamo tutti quei circuiti che non riguardano la sicurezza intrinseca dell’ascensore ma che riguardano le segnalazioni. Per esempio nei circuiti ausiliari troviamo, inizialmente, le spie di segnalazione di occupato o cabina al piano. Poi si aggiunge il circuito della campanella di allarme. I circuiti di segnalazione, con il complicarsi dell’ascensore iniziano a complicarsi anche loro. adesso le segnalazioni avvengono anche con display TFT. Anche il campanello di allarme è cambiato nel tempo. Ora non basta lanciare l’allarme mediante una campanella, anzi nelle ultime normative non viene neanche più menzionata. Il sistema di allarme deve assicurare il collegamento con un centro di soccorso attivo 24/24 ore tutti i giorni dell’anno.
Ai circuiti ausiliari si sono poi aggiunti i circuiti di riporto al piano in caso di blackout con o senza riapertura delle porte automatiche. Questi circuiti interagiscono con tutti gli altri circuiti dell’ascensore compreso quello che attiva delle luci di emergenza.
