التحكم اللاسلكى فى ابواب مصاعد البضائع

المقدمة

بالرغم من محدودية استخدام التقنيات اللاسلكية
 wireless technology فى المصاعد فالقليل من مصنعى المصاعد يستخدمها فى القليل من التطبيقات والبعض منهم يستخدم البلوتوث فى اعداد نظام التحكم الا ان بعض المعايير الخاصة بالمصاعد مثل معيار الجمعية الامريكية لمهندسى الميكانيكا الخاص باشتراطات السلامة للمصاعد والسلالم ASME A17.1/CSA B44 لم يحظر استخدام الاتصالات اللاسلكية بشكل عام ولكن يحظر استخدام الأجهزة اللاسلكية المساعدة مثل أجهزة التحكم عن بعد في التلفزيون (الريموت) والترددات الراديوية غير مباشرة الارتباط بالمصعد ويسمح فقط بالاتصالات اللاسلكية مباشرة الارتباط بوظائف المصعد

مع انتشار استخدام اللاسلكي في تطبيقات مثل الهاتف المحمول والواى فاى Wi-Fi والبلوتوث Bluetooth الا ان المسائل المرتبطة بتحصين نظام تحكم المصعد تبقى مهمه فيلاحظ ان الكود ASME A17.1-2000 / CSA B44-00 يتضمن متطلبات تحصين جميع معدات التحكم من التداخل الكهرومغناطيسى كما ان معيار الاتحاد الاوروبى للتسويق EN 12016 يضمن أن المصعد لن يتحرك بشكل غير متوقع عند الضوضاء المشعة المفروضة على نظام التحكم في المصعد والمثير للدهشة أن تبني اختبار تحصين المعدات قبل 10 سنوات كانت النتائج تؤدى الى عدم اعتماد التقنية اللاسلكية فى المصاعد .

الان اصبحت هذه التقنية تحظى بموثوقية مثلها مثل الاتصالات السلكية فالتطبيقات الصناعية الاخرى تستخدم مستوى جودة السلامة لتصنيف المعدات (SIL) لذا فإنه مع تصنيفات SIL العالية التي تتطلبها ASMEA17.1 / CSA B44 قد حان الوقت لاستخدام اللاسلكي في تطبيقات التحكم في المصاعد لذا تناقش هذه المقالة التحكم اللاسلكى فى باب مصعد البضائع كأحد هذه التطبيقات فبسبب كثرة الأسلاك المستخدمة في النظم التقليدية ونضج التقنيات اللاسلكية واستخدامها اسلاك اقل لذا يبدو استخدامها مع ابواب مصاعد البضائع مثاليا .

يناقش هذا المقال أنظمة التحكم التقليدية للمصعد الكهربائي ثم يقارنها مع النظام الاسلكي ويلقى الضوء على انخفاض عدد الأسلاك المطلوبة أثناء التثبيت ويتبع هذا مناقشة طرق الاتصال والبروتوكولات وقبل الختام تستعرض المقالة الاختبارات التنظيمية والمطابقة .

التحكم التقليدى فى باب مصعد البضائع

ان فهم النظم التقليدية السلكية أمر ضروري لشرح مزايا الاتصال اللاسلكي ففى معظم النظم التقليدية يتم تشغيل أبواب وبوابات مصاعد البضائع بشكل فردي بواسطة المحركات الخاصة بها -محرك لكل باب خارجى- ولهذا يكون لكل باب مجموعة خاصة بها من نهايات تحديد الموضع أو المشفرات بالإضافة إلى ذلك يحتوي كل باب على مجموعة ازرار للفتح والاغلاق والايقاف الخاصة به كما ان كل باب خارجى لديه أيضا مفتاح او مبدل المنطقة للتأكد من وجود العربة خلفه اضافة الى دائرة للتأكد من تعشيق الباب وجهاز فتح في حالات الطوارئ كما ان باب الصاعدة لديه أيضا جهاز انعكاس وتبديل ويعود توصيل الأسلاك لكل هذه الأجهزة إلى غرفة المحرك كسلسلة أو دارات متوازية (لكل وظيفه سلك أو اكثر) لتنتهى فى وحدة تحكم الباب الموجود في غرفة المحرك.

يسرد الجدول عدد الموصلات العائدة إلى غرفة المحرك  من اقرب باب لغرفة المحرك سواء الارضى او الاخير اعتمادا على موضع الغرفة وباب داخلى وحيد لتحديد عدد فرد الاسلاك اللازمة.

يسرد العمود الأول (ناحية اليسار) من الجدول الأجهزة الكهربائية التي تحتاج إلى أسلاك والتى من ضمنها محرك بسرعتين للباب الداخلى واخر للخارجى ويسرد العمود الثاني إجمالي ألاسلاك اللازمة لتوصيل جهاز التحكم في الابواب الموجود في غرفة الماكينة بأقرب باب (اسلاك البئر وتسمى الضفيرة أو اللنية) وهذا العدد هو نفس المطلوب لربط كل باب خارجى لتكون كل الأبواب متصلة.

يسرد العمود الثالث اجمالي عدد أسلاك الكابل المتحرك مع الصاعدة (الكابل المرن) اللازمة للتوصيل بين جهاز التحكم فى غرفة المحرك  وباب الصاعدة بينما يسرد العمود الرابع الأسلاك اللازمة لربط وحدة تحكم الباب بوحدة تحكم المصعد.

بما أن التحكم في المصعد يبدأ بتشغيل الباب اذا يجب أن تتصل عناصر التحكم في الابواب مع بعضها فالإشارات المرسلة كمخرجات من نظام التحكم في المصعد الى وحدة التحكم في الباب تكون عبارة عن بدء تشغيل الكاسحة (الكامة) retiring-cam واجراء عملية التفتيش وبدء فتح الباب وبدء إغلاق الباب ودفع وامساك جرس التحذير أما الإشارات المرسلة من تحكم الباب الى تحكم المصعد كمدخلات هى لتحديد حالة الباب (مغلق او مفتوح)  وبدء تشغيل الجهاز  واغلاق الباب وتعشيقه.

يوضح الشكل السابق عدد التوصيلات في مصعد بضائع نموزجى ثلاثة وقفات ويتطلب نظام باب مصعد فى هذه الحالة 66 اتصال سلكى للابواب الخارجية و 22 للباب الداخلى وثلاثة أسلاك لتغذية الكهرباء (3 فازات) و 16 سلك لربط وحدة التحكم فى المصعد بوحدة التحكم فى الباب وبذلك يكون مطلوب 107 سلك توصيل مما يتطلب الوقت والمجهود لتوصيلها بشكل صحيح ومنع تداخلها .

قد نظن ان توقف العربة على مستوى الطابق يجعل الباب الخارجى والداخلى متقاربين كهربيا ولكن فى الحقيقه هما بعيدان حيث يفصل بينهما طول الكابل المرن اضافة الى طول الضفيرة اعتمادا على مسافة ارتفاع البئر وهى ليست بمسافة قليله وحتى مع استخدامنا للاتصال المتسلسل (السريال) الذى يقلل من عدد الاسلاك اللازمة الا ان مسار الاتصال بين الاجهزة لا يزال بعيدا وربما نحتاج الى اسلاك خاصة أو محمية تناسب هذا الاتصال المتسلسل.

التحكم اللاسلكى فى باب مصعد البضائع

على الرغم من أن الاتصالات السلكية ثابتة بين الباب الداخلى والخارجى عندما يكونا متجاورين الا انهما متباعدين كما اوضحنا ولكن لاسلكيا هما متقاربين وببساطة يكون المطلوب الوحيد هو مسار الاتصال بينهما الا انه يجب ايضا ان توجد حالة من قدرة النظام على مراقبة حالة الباب بالكامل فمشغل الباب يجب ان يحدد المشكلات بناءا على معلومات عن شروط الباب مثل توافر معلومات تحديد الموضع واستقلالية رصد حالة الفتح والاغلاق عن رصد حالة التعشيق وكذا
الإشارات التي تشير إلى تنشيط أجهزة فتح الطوارئ أو حالة الارتباك بيحيث تبدو الصاعدة للنظام بأنها فى مكانين مختلفين او اكثر فى ذات الوقت فهذه مشكلات يجب حلها.

عند اختيارنا لشبكة منسجمة نستخدم فيها عناصر تحكم لامركزية لتقليل الطاقة المطلوبة للاتصالات الراديوية  فسيكون لكل باب السيطرة الخاصة به ففى هذه الشبكة المتداخلة سيقوم كل عنصر تحكم فى باب برفع البيانات الى الباب التالى فى الخط ولكل باب قناة اتصال وعنوان فريد عادة ما يكون هذا العنوان عبارة عن رقم الطابق ويظهر الشكل التالى الشكبة اللامركزية المنسجمة مقارنة بالشبكة المركزية الشهيرة.

بمجرد البدء  بنظام لاسلكي لا مركزى فإن إشارة بدء الإغلاق ستنتقل منفصلة عن طريق وحدة تحكم المصعد في غرفة المحرك ثم تنتقل عبر الكابل المرن الى وحدة تحكم باب العربة وتسلسل التشغيل يقتضى ان يبدأ الباب الداخلى بالاغلاق قبل الخارجى وعندما يغلق الباب الداخلى ثلثى المسافة ترسل اشارة  لاسلكية ليبدأ الباب الخارجى المجاور فى الاغلاق .

ان الاتصال اللاسلكي يمكنه ان يستوعب اى عدد من الاشارات الخاصة بالابواب سواء من أزرار الفتح والاغلاق او تحديد الموضع او التأكد من التعشيق او التواجد أو ما يخص اشارات محرك الباب نفسه كزيادة الحمل الكهربى عليه وهلم جرا ويمكن نقل حالة الباب الداخلى والخارجى المجاور له لاسلكيا ومن ثم فإن وحدة تحكم الباب الداخلى (باب الصاعدة) ترسل اشارة الى وحدة تحكم المصعد عندما يضغط المستخدم على احد الازرار الخاصة بالفتح او الاغلاق ويظهر فى الشكل التالى مسار الاتصال اللاسلكى بين الازرار فى الباب الخارجى ووحدة تحكم المصعد.

في النظم اللاسلكية اللامركزية يتم توصيل الأجهزة الخاصة بكل باب خارجى أو داخلى وتلغى هذه الاتصالات اللاسلكية ربط الابواب الخارجية ببعضها ولكن مازالت تتطلب اسلاك للتغذية وحينها يصبح كل تحكم لامركزي يقود كلا من البابين بشكل مباشر.

يوضح الجدول السابق عدد الاسلاك فى حالة استخدام شبكة لاسلكية لامركزية وكما هو موضح في العمود الأول من جهة اليسار استخدام عناصر التحكم السلكية واللاسلكية نفس الأجهزة الكهربائية ويسرد العمود الثاني أسلاك الضفيرة التي تربط بين الابواب الخارجية وغرفة المحرك وتكون هذه الاسلاك خاصة بالتغذية وتأمين اغلاق الباب فقط .

العمود الثالث يسرد العدد الإجمالي لأسلاك الكابل المرن لتوصيل وحدة تحكم المصعد بوحدة الباب الداخلى الذى يتم توصيل الاجهزة الخاصه به بالوحدة اللاسلكية اعلى الصاعدة مباشرة وكما يظهر من الجدول عدم وجود توصيلات داخليه فيما بين تحكم المصعد وتحكم الباب فى الغرفة.

يوضح الشكل السابق عدد الاتصالات لـتطبيق لاسلكي لثلاثة وقفات فى مصعد بضائع باستخدام التحكم اللاسلكي اللامركزي حيث يقل عدد الاتصالات السلكية إلى 24 للباب الخارجى و 22 للباب الداخلى وبدون اتصالات بين التحكمين الموجودين فى الغرفة مما قلل من الأسلاك بنسبة 57 ٪ بالمقارنة مع تعقيد النظام السلكي وفى نفس الوقت يعمل تقليل الاتصالات والأسلاك على تقليل الاخطاء ومستوى التعقيد واستكشاف الأخطاء وإصلاحها مما يترجم مباشرة إلى وفورات كبيرة في الانشاءات.

بروتوكولات الاتصالات اللاسلكية

تربط الشبكة الشخصية اللاسلكية (WPAN) كل تحكم لاسلكي غير مركزي باستخدام شبكة متجانسة كما هو موضح سابقًا وال WPAN يعتبر مماثلا لشبكة المنطقة المحلية التي تستخدم عادة لشبكات الكمبيوتر السلكية.

يقدم معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE)
معيار الاتصالات 802.15.4 الذي يحدد الشبكة وبروتوكولات اتصال البيانات ل WPAN ويشمل هذا المعيار تجنب اصطدام وتداخل الاتصالات لضمان اتصالات موثوقة وآمنة.

يستخدم بروتوكول الوصول المتعدد (CSMA) ذي الحامل الناقل إجراءً الاستماع - الإرسال - الإقرار ويسمح CSMA للتحكم اللاسلكي بالاستلام والاتصال بشكل موثوق أثناء وجود أجهزة لاسلكية أخرى وفي هذا البروتوكول تستمع الاجهزة اللاسلكية اولا للموجات الحاملة الاخرى ثم ينتظر الجهاز توقف عمليات النقل المستمرة قبل ان يبدأ الارسال والاجهزة مع هذا البروتوكول قادرة على تلقى اى انتقال للبيانات وفى نفس الوقت ومع الشبكة المنسجمة سيقل استخدام الاسلاك فى البئر من باب للباب التالى له الذى يكون بوسعه لقى البيانات المنقولة ثم اعادة ارسالها مرة اخرى للباب التالى له على الخط ببروتوكول الاستماع - الارسال - الاقرار  بينما سيتلقى كل جهاز لاسلكي بالتسلسل إشارة البدء القريبة منه فقط ولا يتلقى اشارات من كل الأبواب الخارجية وبعدها سيشرع فى الاغلاق.

كما اوضحنا سابقا سيتم تخصيص قناة فريدة لكل خط لكل مصعد والأجهزة التي تم تعيينها لهذه القناة الفريدة فقط هي التي يمكنها تلقي إشارة معينة تنشأ من جهاز مبرمج للاتصال على هذه القناة وعندئذ يقوم مفتاح او مبدل المنطقة بتحديد الباب الوحيد الذى سيستجيب لاشارة الاغلاق

عندما تصل الصاعدة لمستوى الطابق وعن طريق الكامة سيتم فتح الباب الخارجى وسينشط مفتاح المنطقة وسيحدد اشارات الفتح والاغلاق الخاصة بهذا الباب بالذات ومع ان طريقة مفتاح المنطقة ليست بالجديدة ولكنها شائعة فى الانظمة السلكية ايضا الا ان استخدام التحكم اللامركزي يسمح بمعرفة حالة كل باب على طول القناة وهذا يجعل من الممكن اكتشاف ما إذا كان هناك أكثر من مفتاح منطقة نشط كما هو الحال عند نزول الصاعدة وتفعيل حالة الطوارئ لنزول الصاعدة لمستوى اخر من قبل الافراد المفوضين وهنا سقوم شبكة التحكم اللامركزية بتعليق تشغيل الباب.

المتطلبات التنظيمية والشهادات

لتلبية متطلبات معيار   A17.1 / CSA B44 بجب إدراج عناصر التحكم اللاسلكية واعتمادها في ASMEA17.5 / CSA B44.1 وتمرير اختبار الحصانة الكهرومغناطيسية ﻋﻠﻰ اﻟﻤﺴﺘﻮﻳﺎت اﻟﻤﺮﺗﺒﻄﺔ ﺑ "دواﺋﺮ اﻟﺴﻼﻣﺔ" مطابقة مع EN 12016 يحدد المعيار ASMEA17.5 / CSA B44.1 الحدود الدنيا من معايير السلامة لمعدات التحكم في المصعد وعلاوة على ذلك فإنه عند الاختبار وفقا ل EN12016 يجب :
♦ عدم السماح بتقديم أجهزة وقاية كهربائية مهمة تكون غير فعالة
♦ عدم التصريح بحركة الصاعدة خارج مستوى الوقوف على الطابق عندما تكون اجهزة تعشيق الابواب مفتوحة
♦ عدم تجاوز السرعة المقننة للحدود المنصوص عليها في المعايير (الكود)
♦ عدم السماح بترك الصاعدة تعود إﻟﯽ اﻟﺗﺷﻐﯾل اﻟﻌﺎدي إذا ﮐﺎﻧت ﻓﻲ متجاوزة
♦ عدم السماح بتقديم معشقات غير فعالة وكذا نقاط توصيل الابواب او اى مفاتيح أو مبدلات غير فعالة

في حين أن متطلبات مماثلة يجب تطبيقها بموجب المعيار الاوروبى EN 81  فيتطلب هذا المعيار ايضا ان يجرى الاختبار وفقا للمعيار EN 12015 الذى يختلف عن المعيار EN 12016 الذى يختبر حساسية المتحكم للانبعاثات المشعة فى حين ان اختبارات EN 12015 تحدد كمية الإشعاع والانبعاثات التي يمكن توليدها بواسطة وحدة التحكم عبر الخط.

متطلبات الاختبار تأتي أيضا من لجنة الاتصالات الاتحادية  ولجنة صناعة كندا وأوروبا التي تنظم استخدام الطيف وغيرها من متطلبات التداخل الكهرومغناطيسي وتشمل المعايير العالمية والاتحادية المطبقة على وحدات التحكم اللاسلكية ما يلي:

♦ الكود الفيدرالى لمنح تراخيص المعدات منح تراخيص المعدات ذات الاشعاعات المتعمدة FCC الجزء 15 الجزئية C
♦ الصناعة الكندية وشهادة الاعتماد في كندا
♦ التوجيهات الاوروبية بخصوص معدات الاتصالات التلفيزيونية والرادوية  R&TTE
♦ المعيار الدولى IEEE 802.15.4 لبروتوكولات اتصالات البيانات لاسلكيا

استنتاج

استعرضت هذه المقالة تقنية ناضجة ولكنها غير مستغلة إلى حد كبير مع ان الاتصال بين الباب ونظام تحكم المصعد بشبكة أسلاك يستهلك جزء كبير من وقت التثبيت بالمقارنة بالأنظمة اللاسلكية التى تقلل بشكل كبير من عدد الأسلاك ونقاط الاتصال.

 إن اللامركزية تقضي على مرابط التحكم بغرفة الآلة وهو أمر ضروري الآن مع تبني فكرة الوحدات الصغيرة بدون غرفة وكما اوضحنا ان الاتصال اللاسلكي يوفر تحكمًا قويًا ومبسّطًا وفى نفس الوقت يوفر توفيرا كبيرا فى التكلفة.