StagemakerLa tecnologia per il sollevamento dei carichi scenici ha fatto passi da gigante negli ultimi tempi e permette di migliorare la produzione degli spettacoli nei diversi aspetti: regia, scenografia, movimentazioni e riduzione dei tempi di allestimento.

di Domenico Nicolamarino

Lifting equipment

In tutte quelle produzioni in cui i tempi di realizzazione sono limitatissimi, come ad esempio le messinscene di spettacoli ed altri eventi, è necessario progettare le costruzioni sceniche con l’ausilio delle nuove tecnologie elettromeccaniche e delle reti locali LAN (ne comprenderemo meglio i segreti in seguito). In generale un grande contributo è offerto dalla tecnologia di sollevamento che utilizza argani, paranchi, verricelli, paranchi a catena e carri ponte. Tutte queste tecnologie vengono utilizzate da tempo nell’edilizia, nelle industrie e oggi, grazie ad innovazioni meccaniche ed informatiche, anche nelle produzioni di entertainment: teatro, live, studi televisivi e cinematografici. La tecnologia di sollevamento per lo spettacolo si distingue per i maggiori livelli di sicurezza, tra cui la possibilità della permanenza di persone in corrispondenza delle aree di movimentazione degli apparati scenici. In alcuni spettacoli, in particolare musical e live, i cambiamenti scenici possono essere automatizzati a vista, con la presenza di attori, cantanti ed altri addetti. In risposta a queste esigenze registiche sono stati studiati paranchi con maggiori sistemi di sicurezza e protocolli di controllo e comunicazione che permettono l’interfaccia dei paranchi (chain hoist) in una rete LAN. Con questa soluzione si realizzano i network lifting system: chain hoist controllers con segnali singoli o a più canali, interfacce, celle di carico – loadcell, ecc…

La struttura video mobile da 52.000 kg del tour 360° degli U2 veniva sollevata da 48 motori, di cui otto custom con portata da 7500 kg.
La struttura video mobile da 52.000 kg del tour 360° degli U2 veniva sollevata da 48 motori, di cui otto custom con portata da 7500 kg.
La struttura video mobile da 52.000 kg del tour 360° degli U2 veniva sollevata da 48 motori, di cui otto custom con portata da 7500 kg.
L’allestimento della struttura per il 360° world tour degli U2.

Le dimensioni del palco e la complessità dell’allestimento non sono un vero ostacolo al montaggio, quello che conta è una giusta distribuzione dei chain hoist relativamente ai carichi da sollevare e corrispondenti agli effetti scenici. Attualmente i sistemi di controllo permettono di duplicare i valori di sicurezza: permettono il monitoraggio dei carichi sospesi, il valore di iperstaticità è controllato dal sistema operativo che evidenzia prima della manovra i carichi eccessivi oppure segnala altre anomalie come eventuali inceppamenti della catena. Il controller, oltre a permettere la regia delle movimentazioni, comunica in tempo reale (frazioni di secondo) il guasto o il sovraccarico ed altre anomalie che mettono in pericolo lo spettacolo e ne permette il blocco di sicurezza.

Le Celle di Carico
Una cella di carico è un trasduttore elettronico impiegato per misurare una forza applicata su un componente meccanico tramite la misura di un segnale elettrico che varia a causa della deformazione che tale forza produce sul trasduttore. Generalmente il trasduttore è integrato al paranco a motore oppure è posizionato tra un vincolo e il carico da monitorare.

Il sistema Librawatch di Kinesys
Kinesys serie Libra, sistema che permette il monitoraggio dei carichi sospesi tramite celle di carico indipendenti o integrate ai paranchi. Un sistema con caratteristiche simili è quello di Eilon Engineering (Ron StageMaster).

 

Demoltiplicare la forza in sicurezza

Esempio di paranco (Litec D8 2500 kg)
Esempio di paranco (Litec D8 2500 kg)

I primi meccanismi erano realizzati in casse di legno e ferro, di forma ovoidali e dentro i quali erano presenti le rotelle o le pulegge su cui scorreva la fune: venivano chiamati bozzelli. Sommando i bozzelli alle cime si realizzano i paranchi, che permettono di demoltiplicare lo sforzo per tirare una cima o movimentare un carico. I progressi tecnologici hanno poi permesso di realizzare il paranco elettricamente, tecnologia di sollevamento dei carichi inventata già all’inizio del ‘900 e da allora molti miglioramenti sono stati apportati.

Queste apparecchiature devono presentare diversi potenziali tecnologici e funzionali per migliorare l’allestimento delle messinscene. Il requisito essenziale è la possibilità di variare in modo continuo la velocità corrispondente al massimale di carico, inoltre l’avviamento della corsa non deve presentare interruzioni che, causando sbalzi di velocità, potrebbero aumentare i rischi e la fluidità visiva del movimento.

Il comando avviene con pulsantiera dotata di stop di emergenza, anche con fungo di arresto, o con sistemi centralizzati di controllo su macchine dedicate (il fungo d’arresto è obbligatorio). I paranchi si distinguono in diversi modelli e la portata varia dai 125 kg ai 6000 kg. L’impianto elettrico interno si avvale di un interruttore che scollega i poli di alimentazione. Le componenti principali del paranco sono la sospensione e il dispositivo di trasmissione della catena, che costituiscono il corpo macchina, quest’ultimo realizzato solitamente con getto di ghisa resistente ad elevati carichi e temperature. I paranchi presentano sacche per contenere le catene, realizzate a norma DIN 5684.

Lodestar3

Una delle principali caratteristiche elettromeccaniche dei paranchi è il motore che presenta il sistema auto-frenante. Per migliorare il sistema di sicurezza è utile avere la doppia unità di freni indipendenti tra loro con limitatore di sollevamento finecorsa. Altro accorgimento tecnico è il limitatore di carico a frizione che permette di avere una buona staticità. Il riduttore assiale su cuscinetti e ingranaggi elicoidali temperati è allestito in bagno d’olio per migliorare le rispondenze meccaniche. Questo sistema permette di migliorare la frenata anche in situazioni di sovraccarico. Il corpo del paranco è trattato con verniciature a polvere e le guarnizioni sigillano il chain hoist a tenuta stagna.

I ganci sono realizzati in lega di acciaio, con ottime proprietà elastiche e quindi con buona resistenza al carico.

I paranchi per lo spettacolo sono presenti sul mercato principalmente in due modelli D8+ e BGV-C1 i quali si distinguono per i livelli di sicurezza, nello specifico maggiore resistenza meccanica ai sovraccarichi, blocco automatico in caso di sovraccarico e controllo di frenaggio.

Vista in pianta di un paranco aperto (cortesia CM – Lodestar)
Vista in pianta di un paranco aperto (cortesia CM – Lodestar)

 

TecnoLogie

Cristiano Giavedoni - Blumano Ltd.
Cristiano Giavedoni – Blumano Ltd.

con Cristiano Giavedoni
Giavedoni è membro del British Standard, gruppo tecnico MHE3-13 che si occupa di standard e codici di procedura per il sollevamento nell’ambito dello spettacolo. Partecipa anche al CWA25, il gruppo di lavoro al CEN di Brussels che fra il 2006 ed il 2010 ha scritto il documento di base per la realizzazione di uno standard europeo per gli equipaggiamenti di sollevamento. Attualmente è direttore di Blumano Ltd. azienda di consulenze per il sollevamento e le strutture per lo spettacolo.

In che modo un paranco D8+ contribuisce alla riduzione dei rischi?

CG       Il paranco in conformità con il codice di procedura SQ P2, nella fattispecie un paranco D8+, riduce i rischi dovuti dalla caduta del carico agendo sul meccanismo di sollevamento e sui principali dispositivi di sicurezza. Rispetto al meccanismo di sollevamento il paranco D8+ deve avere un coefficiente di sicurezza meccanico di 10:1. Questo significa che un paranco da 1 tonnellata deve avere un minimo punto di rottura (MBP, Minimum Breaking point) – testato e calcolato – 10 volte superiore alla sua portata.Già questo elemento raddoppia la resistenza meccanica del meccanismo di sollevamento e ne aumenta enormemente la sicurezza.

Il paranco deve essere fornito di un doppio meccanismo di frenaggio.
Questo può essere rappresentato da un doppio freno o da due dispositivi di frenaggio tecnicamente differenti – come un freno e un riduttore.

Inoltre il paranco D8+ deve essere provvisto di un dispositivo di limitazione del carico, sia esso meccanico (una frizione) o elettronico (una cella di carico).

Quindi il chain hoist di tipo D8+ può essere utilizzato in presenza degli addetti nelle aree di manovra dei carichi sospesi?

CG       Il paranco D8+ può essere utilizzato per mantenere sospesi carichi al di sopra della testa della gente senza che sia indispensabile l’uso di una sicurezza secondaria (come un fall arrest o una fune d’acciaio per fare sicura) ma non può essere usato per fare movimentazioni di scena in presenza di persone al di sotto del carico movimentato.

D8+ è uguale a sospensione di carichi senza obbligo di sicurezza secondaria. Nel caso in cui più di un paranco D8+ (più di 3 paranchi assieme) sia utilizzato assieme per sollevare e mantenere sospeso un carico, ci sono alcune ulteriori condizioni di sicurezza da rispettare:

a) È necessario che la frizione nei suddetti paranchi D8+ sia non posizionata fra i freni e la noce di carico: i freni devono agire sempre direttamente sul carico.

b) Nel caso di più paranchi operanti assieme è necessario che il sistema automaticamente blocchi tutti i paranchi in movimento nel caso ci sia un sovraccarico in un solo paranco pari al 120% del carico.

Quali sono i reali valori di sicurezza che si riferiscono al BGV-C1?

CG       BGV-C1 rappresenta i requisiti minimi con cui un paranco puo’ essere utilizzato in un installazione permanente, come un teatro od un arena.
Per requisiti minimi si intendono tutte e tre le caratteristiche del paranco D8+ (coefficiente meccanico 10:1, Doppi freni e sistema protezione da sovraccarico) più un altro paio di requisiti:

1) Gruppi fine corsa di lavoro e gruppi fine corsa di emergenza, per salvaguardare il carico nel caso la catena raggiunga la fine della corsa e si sganci dal paranco.

2) Nel caso in cui venga utilizzato assieme ad altri paranchi, è necessario che abbia un dispositivo di posizionamento – un encoder – che restituisca ad un sistema di controllo la posizione e intervenga in caso di malfunzionamento della sincronia di movimento fra i paranchi. Ecco qui entriamo nel campo dell’automazione e dei sistemi di controllo ed il discorso comincia ad essere lungo e complesso.

Innanzitutto se si utilizzano paranchi BGV-C1 per movimentare carichi sopra la testa delle persone,  è importante che i paranchi siano controllati da sistemi di controllo con adeguate protezioni e garanzie di sicurezza.

In che modo l’unità di misura può identificare il livello di integrità di sicurezza?

CG       Per dispositivi elettrici, elettronici ed elettronici programmabili, il livello di integrità di tali dispositivi è misurato con una scala SIL che va da 0 a 3. La scala SIL è ampiamente spiegata nelle normative internazionali IEC ISO EN 61508 e EN 62061.

Ad esempio: un pulsante di emergenza che serve a bloccare tutti i paranchi in movimento, deve essere cablato ed inserito all’interno di un sistema la cui integrità sia garantita ad un livello in cui il rischio tollerabile sia ragionevole. SIL1, SIL2 e SIL3 stabiliscono i requisiti di tollerabilità del rischio in base alla pericolosità dovuta dalle conseguenze di un malfunzionamento di tali dispositivi.

I dispositivi di sicurezza che controllano l’integrità delle funzioni di sicurezza (come il controllo del sovraccarico, il controllo del sincronismo di movimento, il monitoraggio della corrente erogata, il funzionamento di una macchina e via dicendo) possono avere differenti livelli di integrità e a loro volta possono rompersi o non funzionare in maniera creando situazioni “misurabili” di potenziale pericolo.

L’insidia che risiede nell’utilizzo di sistemi BGV-C1 con livelli di sicurezza SIL2 o SIL3 sta nel fatto che distoglie l’attenzione da quelle normali attività di prevenzione che dovrebbero essere alla base di un sistema di sicurezza: l’analisi dei rischi di un installazione, il test delle apparecchiature prima dell’uso e la manutenzione delle apparecchiature stesse.

La percezione di apparente sicurezza dovuta dall’uso di sistemi di sollevamento BGV-C1 SIL2 o SIL3, spesso pone in secondo piano quelle operazioni di verifica e controllo che la buona norma ed il buon senso prescrivono.

In che modo i sistemi ethernet migliorano le tecnologie di sollevamento?

CG Ethernet è un sistema che consente la connessione di diversi computer o dispositivi logici, in una rete composta da molteplici nodi, mediante la quale pacchetti di informazioni viaggiano attraverso diversi protocolli di trasmissione. In poche parole è come una rete stradale, composta da strade, biforcazioni ed incroci, in cui passeggeri (informazioni) viaggiano trasportati da mezzi (protocolli) differenti.

Possiamo dire che di strade ce ne sono tante, alcune larghe e pianeggianti ed altre impervie e sterrate, ma ciò che fa la differenza sono i mezzi – protocolli di trasmissione e i passeggeri – informazioni.

Per controllare in maniera sicura i dati provenienti da apparecchiature di sicurezza e per processare tali dati in maniera inequivocabile e certa, l’automazione ricorre a dispositivi logici di trasmissione e ricezione dati in cui l’integrità del dato trasmesso e ricevuto sia attendibile (detti challenge response, ndr).
Alcuni protocolli di trasmissione possono essere molto sicuri ma molto lenti. La lentezza inficia nei tempi di intervento dei dispositivi di sicurezza o ne limita il numero gestibile.
Altri protocolli sono più veloci ed essenziali e permettono la gestione di ampie quantità di dati ordinati e certi.

Un sistema di sicurezza che deve controllare la lettura di carico di 100 celle di carico connesse a 100 paranchi, per stabilire nel momento in cui un sovraccarico appare, quale azione corretta un attuatore deve fare per porre un sistema in sicurezza, deve leggere i dati di tutte le 100 celle di carico in un tempo tale da garantire l’efficacia dell’intervento.

Cosa succede se un chain hoist presenta dei problemi di sovraccarico?

CG Se per esempio un paranco va in sovraccarico e una cella di carico legge il dato di sovraccarico in un tempo superiore a 500millesimi di secondo e agisce in un tempo superiore ai 500millesimi di secondo, è possibile che il sovraccarico abbia già arrecato un danno strutturale tale da generare una condizione di pericolo.

Le velocità di lettura di un sovraccarico è direttamente legata al tempo di intervento della funzione di sicurezza. Protocolli veloci di trasmissione e lettura dei dati permettono un maggiore efficacia dei sistemi di sicurezza. Faccio un esempio solo per le celle di carico, ma potrei continuare parlando di encoder, gruppi fine corsa e via dicendo. In sistemi di automazione in cui la funzione di “anticollisione” sia necessaria, la trasmissione e elaborazione dei dati è fondamentale.

[UPDATE] 20/03/2015

Su Linkedin Giuseppe Patti (Teatro Comunale di Bologna) commenta l’articolo chiedendo maggiori informazioni riguardo la possibilità di sollevamento persone e di sicurezza sotto i carichi sospesi in movimento. Abbiamo riassunto gli interventi qui:

Cristiano Giavedoni aggiunge:

Un paranco che risponde ai requisiti previsti nel codice di procedura tedesco SQ P2:2010, e che risponde alla classe D8+, è tendenzialmente idoneo al mantenimento in sospensione di carichi senza la necessità di avere un equipaggiamento supplementare per fare la sicura al carico. Scrivo di proposito “tendenzialmente” poiché la classe D8+ è presente solamente nel codice di procedura tedesco, non ha alcuna valenza legale né in Germania né altrove, non costituisce presunzione di conformità e non esonera il rigger dalla compilazione di un analisi dei rischi relativa all’installazione in oggetto. Diciamo che è una linea guida – ampiamente condivisa e conosciuta – promulgata dalla comunità tecnica tedesca. Circa l’esistenza di sistemi di sollevamento idonei alla movimentazione di carichi di scena – con o senza la presenza di persone sotto il carico – la risposta formale è apparentemente molto semplice, l’attuazione invece è molto più articolata.

Un sistema di sollevamento che è:

  • concepito nel rispetto della Direttiva Macchine2006/42/EC;
  • ideato sulla base di una solida analisi dei rischi (EN 12100:2010);
  • disegnato in conformità con standard armonizzati europei;
  • costruito con componenti e materiali idonei (adeguato MTTFd o PFH);
  • fornito con funzioni e dispositivi necessari a garantire la sicurezza di coloro che operano o interagiscono con la macchina (in base a IEC 13849, ISO 61508 o EN 62061);
  • corredato delle necessarie documentazioni e contributi tecnici; 

risulta potenzialmente adatto ad essere utilizzato in un teatro per il sollevamento di carichi al di sopra di persone.

“Potenzialmente” poiché un sistema di sollevamento installato in un teatro, necessita di ulteriori analisi dei rischi prima di ogni utilizzo.

Il dilemma che assale molti progettisti e costruttori di sistemi di sollevamento per lo spettacolo verte su due punti precisi:

1) A tutt’oggi non esiste uno standard armonizzato europeo relativo ad apparecchiature e sistemi di sollevamento per lo spettacolo.
 Questo obbliga il costruttore in fase di progettazione a riferirsi a differenti standard e linee guida non necessariamente pertinenti allo spettacolo.
 Al CEN di Bruxelles si sta lavorando alla realizzazione di uno standard europeo relativo alle macchine di scena, ma i tempi sono ancora lunghi.

2) È ancora poco radicata la pratica dell’analisi dei rischi, che riguardo lo spettacolo si suddivide a nostro avviso in tre parti:

– Analisi dei rischi della macchina in fase di progettazione e costruzione

– Analisi dei rischi dell’installazione della macchina

– Analisi dei rischi dei movimenti di scena.

Molto spesso la prima e la seconda analisi convergono in un singolo documento, ma la terza – l’analisi dei rischi delle movimentazioni di scena – è una prassi poco seguita ed in genere spetta all’utilizzatore delle apparecchiature di sollevamento.

Si parla di BGV-C1.

BGV-C1 è una legge tedesca – non uno standard volontario o una normativa europea ma una legge valida solo sul territorio tedesco – che fra le mille altre cose obbliga i teatri tedeschi ad installare macchine di scena conformi allo standard tedesco DIN 56950-1:2012.

In Germania, se si segue alla lettera i requisiti specificati nella DIN 56950-1:2012, è possibile dichiarare un sistema di sollevamento idoneo ad essere installato in un teatro.
 È importante sottolineare che un sistema di sollevamento BGV-C1 non é necessariamente idoneo a sollevare carichi al di sopra di persone a meno che altri requisiti vengano rispettati.
Il sistema di stop di emergenza presente in un macchinario non è una funzione di sicurezza: è una funzione di emergenza.
 Una funzione di sicurezza tende a prevenire in maniera proattiva che un potenziale pericolo si trasformi in un danno alla persona. L’integrità della funzione deve essere adeguata al rischio estimato per quel determinato pericolo.
 Lo stop di emergenza è una funzione reattiva che viene attivata quando il danno è già potenzialmente in corso. In poche parole, lo stop di emergenza non può essere usato in un’analisi dei rischi come funzione di sicurezza atta a ridurre il rischio, ma deve essere intesa come “ultima risorsa” quanto tutto quanto valutato, stimato e previsto non è riuscito a prevenire l’insorgere del danno.

Quindi un sistema BGV-C1 con un pulsante di E-Stop non è da solo sufficiente a garantire la sicurezza necessaria per una movimentazione di carichi al di sopra della testa delle persone.



Luca Galante (Alfasystem) – nel suo intervento – centra perfettamente il problema rammentando che le funzioni di sicurezza di una macchina devono prevenire i rischi e fornire affidabilità, e che un sistema di E-Stop (Cat 0 o 1) SIL3 offre un ottima “ultima risorsa”, ma non risolve il problema.
Nell’articolo ho evitato di inoltrarmi nel tecnicismo delle funzioni di sicurezza (SIFs), l’analisi delle stesse (URS e FMEA), la costruzione di un architettura di sicurezza e l’identificazione dei corretti SRP/CS (Safety Related Part of a Control System) perché a mio avviso il contesto non lo richiedeva.
 Tali discussioni sono complesse e spesso lasciano il lettore con più domande che risposte.
 Alcuni protocolli di trasmissione non sono considerati idonei all’interno di una funzione di sicurezza di un sistema di controllo, altri sì. Concordo con Paolo che è più importante che ci si concentri sulle analisi dei rischi – sul metodo – lasciando ai costruttori il cruccio di fornire la tecnologia adeguata.

La Direttiva Macchine non si può applicare al sollevamento di persone con macchine non costruite per sollevare persone.
 Ogni paranco elettrico a catena presente oggi sul mercato nazionale ed internazionale non è stato costruito per sollevare persone; ogni costruttore di paranchi elettrici a catena ci tiene a specificare che la macchina non può essere utilizzata per sollevare persone.

Ciò non toglie che a seguito di un’approfondita analisi dei rischi (analisi dell’installazione e del movimento di scena), redatta da personale qualificato, e attraverso l’attuazione di misure compensative, non si possano sollevare artisti con un paranco a catena.

C’è un precedente in Germania, a Monaco – nel 2006 all’Allianz Arena – in cui durante la cerimonia di apertura della coppa del mondo, un numero imprecisato di artisti fu sollevato e mantenuto sospeso a mezzaria da paranchi elettrici a catena.

I paranchi furono modificati per l’occasione, paranchi e sistema di controllo avevano un integrità adeguata ai rischi estimati (ridondanza passiva meccanica, ridondanza attiva e passiva elettrica, funzioni di sicurezza SIL3) le misure compensative furono eseguite (Dead Man Handle per ogni canale del sistema di controllo, un operatore con visuale libera per ogni artista sollevato, coefficiente di sicurezza 12 per ogni macchina, procedura di salvataggio e recupero dell’artista nel caso di malfunzionamenti del sistema, e via dicendo) ed il movimento di scena ebbe luogo, approvato dagli ispettori H&S tedeschi.

Paolo Mango (direttore di produzione) fa dei riferimenti corretti circa le misure compensative:

a) E-Stop almeno di categoria 1 , ovvero uno stop di emergenza che prima di rimuovere corrente dagli attuatori, consente un ritardo tale (millisecondi) da far sì che l’inverter (frequency drive) raggiunga uno STO (Safe Torque Off) con una rampa di decelerazione adeguata. Nel caso l’inverter non riesca a decelerare nei tempi previsti dalla funzione di ritardo, il circuito di E-Stop taglia comunque la corrente.

b)Procedura di salvataggio dell’artista: puoi usare una scala, un elevatore, un rigger appeso in graticcia, questo lo decide l’analisi dei rischi che devi redigere. L’importante è che ci sia una plausibule procedura di salvataggio nel caso qualcosa di imprevisto succeda e la macchina smetta di funzionare.

Importante da ricordare, a mio avviso, è che nel campo del sollevamento e della movimentazione di scena non ci sono sistemi preconfezionati che si possono acquistare installare ed utilizzare in piena sicurezza.
Ogni sistema – anche un sistema full SIL3 – necessita di configurazioni specifiche e di analisi dei rischi dedicate.


Aziende produttrici o distributrici di chain hoist e controller per lo spettacolo (sono esclusi argani e sistemi di movimentazione residenti per teatri)

ASM STEUERUNGTECHNIK – distributore Molpass

CHAINMASTER BUHNENTCHNIK – distributore Spotlight

CM ENTERTAINMENT TECHNOLOGY – Lodestar

CYBERMOTION

DAKTRONICS

EILON ENGINEERING – distributore Molpass

KINESYS – distributore Litec

LITEC

MOVECAT – distributore Alphaconcept

PROLYFT – distributore Audiosales

STAGEMAKER

TRABES