Mit vierstufiger Sicherheit nach oben

Zwei Aufzugskabinen im selben Fahrschacht – eine Idee, die sich insbesondere aus Sicherheitsgesichtspunkten äußerst riskant anhört –, haben die ThyssenKrupp Aufzugswerke in die Tat umgesetzt. Ein ausgeklügeltes Safety-Konzept sorgt dabei dafür, dass es zu keiner gefährlichen Annäherung der Kabinen kommen kann.

Zwei Aufzugskabinen im selben Fahrschacht – eine Idee, die sich insbesondere aus Sicherheitsgesichtspunkten äußerst riskant anhört –, haben die ThyssenKrupp Aufzugswerke in die Tat umgesetzt. Ein ausgeklügeltes Safety-Konzept sorgt dabei dafür, dass es zu keiner gefährlichen Annäherung der Kabinen kommen kann.

Jeden Tag werden allein in Europa täglich schätzungsweise 825 Mio. Aufzugsfahrten unternommen. Doch an der Wartezeit, bis der Aufzug endlich kommt, hat sich seit seiner Erfindung vor rund 150 Jahren wenig verändert. Für ThyssenKrupp war dies Anlass, sich Gedanken über neue Beförderungskonzepte zu machen. Herausgekommen ist dabei ein neues Konzept, welches zwei Aufzüge in einem Schacht integriert. Diese sind nicht miteinander verbunden, sodass sie unabhängig voneinander unterschiedliche Etagen anfahren können. Die Vorteile dieses Konzeptes liegen zum einen in der Einsparung an Bauvolumen, zum anderen in einem Zugewinn an Nutzfläche durch den Wegfall von Aufzugsschächten. Des Weiteren steigt die Förderleistung bei gleicher Anzahl von Aufzugsschächten oder es lässt sich dieselbe Förderleistung bei weniger Aufzugsschächten erzielen.

Integraler Bestandteil des so genannten Twin-Konzeptes ist die von ThyssenKrupp selbst entwickelte Zielauswahlsteuerung DSC (Destination Selection Control). Im Unterschied zu traditionellen Aufzugsanlagen teilt der Fahrgast hier sein Etagenziel der Steuerung über eine zentrale Touch-Screen-Eingabe schon vor Betreten der Kabine mit. Die Steuerung kann ihm so einen für ihn optimalen Aufzug zuweisen. Gleichzeitig sorgt sie dafür, grundsätzlich solche Fahrbewegungen zu vermeiden, die eine wechselseitige Bewegungsfreiheit der beiden Kabinen einschränken würden.

Mindestabstand immer gewahrt

Ein vierstufiges Sicherheitskonzept gewährleistet, dass die Kabinen in jedem Betriebszustand einen Mindestabstand zueinander halten. Dem Sicherheitskonzept liegt in jeder dieser vier Stufen ein anderes Wirkprinzip zugrunde. Im Notfall aktivieren sich die Kabinen selbstständig und zwangsweise zueinander, sobald die Aktivierung einer vorgelagerten Sicherheitsstufe nicht zu einer Geschwindigkeitsreduzierung oder dem Stillstand der beiden Kabinen geführt hat.

Basis des Sicherheitskonzeptes ist die Zielauswahlsteuerung, die zu jeder Zeit den Aufenthaltsort der Fahrkabinen kennt. In der ersten Sicherheitsstufe werden die Zielrufe von der Steuerung immer so verteilt, dass sich die Kabinen nicht behindern und stets ein Mindestabstand verbleibt. Die zweite Sicherheitsstufe beinhaltet die Überwachung der Mindestabstände. Bei unerlaubter Annäherung der Kabinen zueinander wird ein betriebsmäßiger Halt eingeleitet, ohne den geforderten Sicherheitsabstand zu unterschreiten. Die dritte Sicherheitsstufe sieht die Auslösung des Nothalts vor. Wird der Sicherheitsabstand weiter unterschritten, werden die Antriebe gestoppt und die Betriebsbremsen aktiviert. Tritt der unwahrscheinliche Fall ein, dass die drei Sicherheitsstufen nicht zum Verzögern der Kabinen führen, tritt die vierte Sicherheitsstufe in Kraft. Dann werden die Fangvorrichtungen zwangsweise an beiden Kabinen eingerückt.

Die Sicherheitsstufen eins und zwei sind in das Steuerungskonzept der Aufzugssteuerung integriert. Hier geht es vor allem darum, die Rufzuteilung so zu organisieren, dass es zu keinen Überschneidungen der Fahrwege kommt und die Rufe optimal abgearbeitet werden. Pro Aufzugsgruppe ist eine Zielauswahlsteuerung nötig. Verbunden sind die einzelnen dezentralen Gruppensteuerungen über die Schächte hinweg über einen Gruppenbus (CAN-Bus). Dadurch ist jede Steuerung darüber informiert, wie sich die Gesamtsituation der Rufe in der Gruppe darstellt.

In den Stufen drei und vier kommt ein separates, autarkes Sicherheitssystem zum Tragen, das auf sicherheitsgerichteten Steuerungen von Hima basiert. Mit einer Zykluszeit von 0,02 ms für 1 K Programm sind diese nach SIL 3/Kat. 4 der IEC 61508 zertifizierten Steuerungen äußerst reaktionsschnell. Die Vernetzung erfolgt mit Standard-Ethernet-Technologie und unter Verwendung des von Hima entwickelten Safe-Ethernet-Protokolls, welches ebenfalls nach SIL 3/Kat. 4 zertifiziert ist.

Pro Twin-Aufzug sind drei sicherheitsgerichtete Steuerungen im Einsatz: Eine Safety-SPS verarbeitet die Signale der beiden Lasersensoren der oberen und unteren Kabine. Die zweite SPS nimmt die Signale eines weiteren, ebenfalls an der oberen und unteren Kabine platzierten Sensorpaares auf, welches nach einem magnetischen Wirkprinzip arbeitet und permanent Informationen über die Geschwindigkeit und Position der beiden Kabinen liefert. Via CAN-Bus werden diese Signale schließlich an die Kollisionsverhinderungseinrichtung weitergeleitet. Indem die bei den Systeme zwei unterschiedliche Sensorsysteme auswerten, wirken sie redundant und komplementär.

Die gewonnenen Ergebnisse werden unabhängig voneinander mehr als 50mal pro Sekunde ausgewertet und mit den erlaubten Werten verglichen. Die beiden Systeme übermitteln sich jeweils ihr Ergebnis und überprüfen sich gegenseitig. Sollte eine Rechnereinheit eine unerlaubte Annäherung feststellen oder die Ergebnisse der beiden unabhängigen Systeme voneinander abweichen, werden beide Kabinen über ihre Betriebsbremsen sicher verzögert und zum Halt gebracht.

Die dritte Safety-SPS erfüllt von der Abstandsüberwachung losgelöste, sicherheitsrelevante Steuerungsaufgaben. Im Rahmen eines Selbsttests initiiert sie zyklisch die Überprüfung der Sicherheitsbremse und anderer sicherheitsgerichteten Systeme. Des Weiteren überwacht sie die Schachttüren und erledigt außerdem kleinere Signalisierungsaufgaben. Diese Aufgaben wurden bewusst an eine dritte Sicherheitssteuerung ausgelagert, um die beiden anderen SPSen ausschließlich mit der Abstandsüberwachung zu belegen.

Neben den Positions-, Geschwindigkeits- und Fahrtrichtungsdaten, die die sicherheitsgerichteten Steuerungen über Feldbusse wie Profibus, CAN-Bus oder Modbus erhalten, verarbeiten sie auch diverse digitale Gebersignale. Am Ausgang jeder SPS werden Sicherheitsrelais angesteuert, die in die Sicherheitstechnik der Aufzugssteuerung eingreifen und dort elektromagnetische Aktoren zum Auslösen bringen. Während die Himatrix-Systeme von Hima untereinander über Ethernet und das sichere Datenprotokoll Safe-Ethernet kommunizieren, ist die Schnittstelle zur Aufzugssteuerung ausschließlich über Sicherheitsrelais realisiert.

Um die beiden Kabinen so nah wie möglich zusammenfahren zu können und so insbesondere in den Eingangsebenen möglichst geringe Wartezeiten zu erreichen, müssen die SPSen anhand komplexer Rechenalgorithmen ermitteln, ob der aktuelle Abstand der beiden Kabinen im sicheren Bereich ist oder nicht. Die Himatrix-Steuerungen verfügen diesbezüglich über Funktionsbausteine für mathematische Funktionen, die es erlauben, mittels Gleitkomma-Arithmetik sicherheitsgerichtet zu arbeiten. Das spezielle Anwenderprogramm mit den dazugehörenden Algorithmen ist ausschließlich Know-how der ThyssenKrupp Aufzugswerke.

Mit dem Main-Triangel-Gebäude in Frankfurt (zwei Aufzüge) und der Zentrale der BMW Group in München (vier Aufzüge) hat ThyssenKrupp bereits erste kommerzielle Projekte mit den Twin-Aufzügen zum Abschluss gebracht. Denbislang größten Auftrag realisiert das Unternehmen derzeit in Moskau. Dort wurde im August 2006 im Moscow Federation Tower mit der Montage von elf dieser Aufzüge begonnen. Nach seiner geplanten Fertigstellung 2008 wird dieser Komplex der höchste Wolkenkratzer Europas sein.