DE10126585A1 - Auf Strahlung basierendes, berührungsloses Positions-Referenzsystem für Aufzüge sowie Verfahren hierfür - Google Patents
Auf Strahlung basierendes, berührungsloses Positions-Referenzsystem für Aufzüge sowie Verfahren hierfürInfo
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Abstract
Ein Positions-Referenzsystem für eine Aufzugkabine (30) beinhaltet einen Laser, der einen Strahl emittiert, der von einem Spiegel reflektiert wird. Entweder der Laser oder der Spiegel befindet sich in einer unbeweglichen Position, während die jeweils andere Einrichtung an der Aufzugskabine angebracht ist und sich zusammen mit dieser bewegt. Der Laserstrahl (12) wird mit zwei Frequenzen moduliert, von denen eine eine Grobposition der Aufzugkabine liefert, während der andere eine Feinposition der Aufzugkabine liefert. Eine Positionskalibrierung erfolgt, wenn die Aufzugskabine (30) stationär ist. Wenn die Aufzugskabine sich zu bewegen beginnt, wird die Grobposition ermittelt, während die Feinposition anhand der höheren der beiden Modulationsfrequenzen bestimmt wird. Die Absolutposition der sich bewegenden Aufzugkabine ist somit stets mit einem Ausmaß von Genauigkeit bekannt, das von der höheren Modulationsfrequenz abhängig ist.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Aufzü
ge und befasst sich im Spezielleren mit der Bestimmung
der Absolutposition und der Geschwindigkeit einer sich
bewegenden Aufzugkabine.
Zum Stoppen eines Aufzugs sanft und bündig mit einem
Stockwerk muss das System wissen, wann der Stopp zu in
itiieren ist, wann in einen Modus zum Anfahren an ein
Stockwerk umzuschalten ist und wann mit dem Öffnen der
Aufzugkabinentüren zu beginnen ist. Zur Ausführung die
ser Funktionen ist es erforderlich, die exakte Position
der Aufzugkabine zu allen Zeiten zu kennen. Anlagen,
insbesondere Anlagen mit großer Höhe, verwenden typi
scherweise einen digitalen Kodierer, der als Primär-Po
sitionswandler (PPT) bekannt ist, um die Bewegung der
Aufzugkabine in dem Aufzugschacht zu überwachen. Der PPT
ist in dem Maschinenraum an einer Stelle angebracht, die
ein direktes Ankoppeln eines verzahnten Stahlbandes
("Selektorband") an den Rahmen der Kabine ermöglicht.
Während sich die Kabine in dem Aufzugschacht nach oben
und nach unten bewegt, treibt das Selektorband eine
Transport- oder Bandscheibe an, die wiederum den Rotor
des PPT antreibt, um einen konstanten digitalen Ablese
wert der Aufzugkabinenposition auf innerhalb 1/64 eines
Zolls (ca. 0,4 mm) zu schaffen.
Das Anbringen eines Selektorbands erfordert eine Scheibe
in dem Maschinenraum sowie eine Leerlaufscheibe in der
Aufzuggrube, um ein Flattern des Bandes zu verhindern.
Das Band läuft entlang der Aufzugkabine in dem Aufzug
schacht und benötigt zusätzlichen Platz für seine Unter
bringung. Heutzutage besteht das Hauptaugenmerk bei der
Ausbildung darin, den "Fußabdruck" des gesamten Aufzugs
systems so klein wie möglich zu machen, um den nutzbaren
Raum in dem Gebäude für jedweden eigentlichen Zweck des
Gebäudes zu maximieren. Zu diesem Zweck ist eine alter
native Weise zum Bestimmen der Aufzugkabinenposition
wünschenswert.
Kurz gesagt schafft die vorliegende Erfindung zu diesem
Zweck ein Positions-Referenzsystem für eine Aufzugkabi
ne, wobei das Positions-Referenzsystem einen Laser auf
weist, der einen Strahl emittiert, der von einem Spiegel
reflektiert wird. Entweder der Laser oder der Spiegel
ist in einer unbeweglichen Position angebracht, während
die jeweils andere Einrichtung an der Aufzugkabine befe
stigt ist und sich zusammen mit dieser bewegt. Der La
serstrahl wird mit zwei Frequenzen moduliert, von denen
die eine eine Grobposition der Aufzugkabine liefert,
während die andere eine Feinposition der Aufzugkabine
liefert. Eine Positionskalibrierung erfolgt, wenn die
Aufzugkabine stationär ist. Wenn die Aufzugkabine sich
zu bewegen beginnt, wird der Grobposition gefolgt, wäh
rend die Feinposition anhand der höheren der beiden Mo
dulationsfrequenzen bestimmt wird. Die Absolutposition
der sich bewegenden Aufzugkabine ist somit stets mit ei
nem Ausmaß an Genauigkeit bekannt, das von der höheren
Modulationsfrequenz abhängig ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beinhaltet
ein Positions-Referenzsystem für eine Aufzugkabine eine
Emissions- und Ansprecheinrichtung zum Emittieren von
elektromagnetischer Strahlung von einer Quelle und zum
Veranlassen eines Ansprechens von der Ansprecheinrich
tung, wenn die elektromagnetische Strahlung auf die An
sprecheinrichtung auftrifft; eine Modulationseinrichtung
zum Modulieren der elektromagnetischen Strahlung mit
zwei verschiedenen Frequenzen; eine Einrichtung zum Be
stimmen, ob die Aufzugkabine stationär ist; eine Kali
briereinrichtung, die bei stationärer Aufzugkabine sowie
ansprechend auf die Modulationseinrichtung dazu ausge
legt ist, das System zu kalibrieren, wenn die Aufzugka
bine stationär ist, um eine Ausgangsposition der Aufzug
kabine zu bestimmen; eine Grobpositionseinrichtung, die
dazu ausgelegt ist, ansprechend auf die Ausgangsposition
der Aufzugkabine sowie die Modulationseinrichtung eine
Grobposition der Aufzugkabine zu bestimmen, wenn die
Aufzugkabine in Bewegung ist; eine Feinpositionseinrich
tung, die dazu ausgelegt ist, ansprechend auf die Modula
tionseinrichtung eine Feinposition der Aufzugkabine zu
bestimmen, wenn die Kabine in Bewegung ist; und eine
Einrichtung, die dazu ausgelegt ist, auf der Basis der
Grobposition und der Feinposition eine Absolutposition
der Aufzugkabine zu bestimmen, wenn die Aufzugkabine in
Bewegung ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist ein
Verfahren zum Bestimmen einer Absolutposition einer Auf
zugkabine folgende Schritte auf: Emittieren von elektro
magnetischer Strahlung von einer Quelle und Veranlassen
eines Ansprechens von einer Ansprecheinrichtung, wenn
die elektromagnetische Strahlung auf die Ansprechein
richtung auftritt; Modulieren der elektromagnetischen
Strahlung mit zwei verschiedenen Frequenzen; Feststel
len, ob die Aufzugkabine stationär ist; ansprechend auf
den Schritt der Modulierung und den Schritt der Bestim
mung erfolgende Kalibrierung des Systems, wenn die Auf
zugkabine stationär ist, um eine Ausgangsposition der
Aufzugkabine zu bestimmen; ansprechend auf die Ausgangs
position der Aufzugkabine sowie den Schritt der Modulie
rung erfolgende Bestimmung einer Grobposition der Auf
zugkabine, wenn die Aufzugkabine in Bewegung ist; an
sprechend auf den Schritt der Modulierung erfolgende Be
stimmung einer Feinposition der Aufzugkabine, wenn die
Kabine in Bewegung ist; und auf der Basis der Grobposi
tion und der Feinposition erfolgende Bestimmung einer
Absolutposition der Aufzugkabine, wenn die Aufzugkabine
in Bewegung ist.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich
aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden
im Folgenden anhand der zeichnerischen Darstellungen ei
nes Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. In den
Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein Laser-Positions-Referenzsystem gemäß einem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und
Fig. 2 eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung
einer Position in Abhängigkeit von einer feinen Positi
onsmessung und einer groben Positionsmessung.
Die konstante Geschwindigkeit von Licht in Luft (Vakuum)
kann zur Erzielung von Entfernungsinformation durch Mes
sen der Laufzeit von Strahlungsimpulsen verwendet wer
den. Dies ist das Prinzip, das bei den ersten Radarein
richtungen verwendet wurde. Anstatt der Verwendung von
Impulsen kann auch amplitudenmodulierte Dauerstrich
strahlung verwendet werden. Der Vergleich der Phase der
Umhüllenden der gesendeten und der zurückkehrenden Wel
len gestattet eine Bestimmung der Entfernung. Je höher
die Modulationsfrequenz, desto höher ist die Auflösung
des Systems. Phase kann jedoch nur auf 360° ohne Mehr
deutigkeit gemessen werden. Dies begrenzt den Einsatzbe
reich des Systems. Bei derzeitigen im Handel befindli
chen Systemen wird diese Einschränkung durch Entfer
nungsmessung unter Verwendung von zwei oder mehr Modula
tionsfrequenzen überwunden. Dies macht zwei oder mehr
identische Systeme (was nicht wirklich praktikabel ist)
oder ein Zeit-Multiplexen der Modulationsfrequenzen er
forderlich. Systeme, die mehrere Frequenzen verwenden,
lösen das Problem hinsichtlich der Mehrdeutigkeit, benö
tigen jedoch zu viel Zeit pro Zyklus, um eine Positions
steuerung eines herkömmlichen Fahrgastaufzugs zu gestat
ten.
Keine Mehrdeutigkeit besteht bei dem Positions-Wandler
mit der Bezeichnung Otis Smart Primary Position Transdu
cer (SPPT), sobald dieser initialisiert ist. Der SPPT
ist in dem US-Patent Nr. 5 274 203 beschrieben und wird
durch Bezugnahme zu einem Bestandteil der vorliegenden
Anmeldung gemacht. Bei dem SPPT handelt es sich um einen
Quasi-Absolutkodierer, indem dieser die Position inner
halb grober Zonen misst. Unter Verwendung der Idee von
Zonen sowie der Messung innerhalb jeder Zone kann die
Mehrdeutigkeit von Laser-Entfernungsmessern auf der Ba
sis der Phasenmessung eliminiert werden, während sich
gleichzeitig die schnellstmöglichen Aktualisierungen der
Position eines sich bewegenden Zieles erreichen lassen.
Nachfolgend wird ein berührungsloses Positions-Referenz
system für Aufzüge auf der Basis von Strahlung beschrie
ben. Dabei handelt es sich im Wesentlichen um einen La
ser-SPPT. Das System ist wirtschaftlich genug zur Ver
wendung in Aufzügen mit geringer Höhe, während es für
Aufzüge mit großer Höhe geeignet ist, da es für die Mes
sung von Distanzen von 500 m oder mehr in der Lage ist.
Wie unter Bezugnahme auf Fig. 1 zu sehen ist, ist ein
Sensor 10 in dem oberen Bereich des Aufzugschachts ange
ordnet, und dieser projiziert einen Strahl 12 auf einen
Reflektor 20, der oben auf einer Aufzugkabine 30 ange
ordnet ist. Der Strahl 12 wird zu einem Detektor in dem
Sensor 10 zurückreflektiert. Alternative Anordnungsstel
len für den Sensor 10 und den Reflektor 20 sind eine An
ordnung des Reflektors 20 in dem oberen Bereich des Auf
zugschachts, wobei der Sensor 10 dann auf der Aufzugka
bine 30 angeordnet ist, eine Anordnung des Sensors 10 in
der Grube bzw. dem unteren Bereich des Aufzugschachts
und des Reflektors 20 am Boden der Aufzugkabine 30 sowie
eine Platzierung des Sensors 10 am Boden der Aufzugkabi
ne 30 und eine Anordnung des Reflektors 20 in der Grube.
Wenn sich die Aufzugkabine 30 entlang einer Führungs
schiene 40 aufwärts und abwärts bewegt, ändert der
Strahl 12 seine Länge, wobei die Zeit des Strahls 12 ab
Verlassen des Sensors 10 bis zu seiner Rückkehr direkt
proportional zu der Länge des Strahls 12 ist.
Bei dem Strahl 12 handelt es sich vorzugsweise um elek
tromagnetische Strahlung, die sich mit einer Geschwin
digkeit von c = 3.108 m/s fortpflanzt. Obwohl ein Laser
system aufgrund der zunehmenden Verfügbarkeit von kom
merziellen Laser-Entfernungsmessern bevorzugt ist, ist
jede beliebige Frequenz an elektromagnetischer Strahlung
möglich, mit der Ausnahme, dass die niedrigeren Frequen
zen keine angemessene Geschwindigkeit oder Auflösung
schaffen. Ein System, das Mikrowellenstrahlung verwen
det, kann entweder unter Verwendung eines Reflektors
oder eines Transponders ausgeführt werden. Der Transpon
der sendet ein empfangenes Signal zurück und hilft bei
der Eliminierung von Problemen, die in Verbindung mit
Mehrweg-Reflexionen auftreten.
Die Tatsache, dass die Geschwindigkeit der Strahlung in
einem Vakuum konstant ist, kann zum Auffinden der Di
stanz von dem Sensor zu dem Reflektor X verwendet wer
den. Diese Distanz wird als Entfernung bezeichnet. Die
Entfernung kann aufgrund einer Laufzeitmessung T be
stimmt werden. Daraus ergibt sich:
2.X = c.T.
Die bei T erforderliche Auflösung ist definiert als
2.X/c. Wenn X = 1 mm beträgt, beträgt der zeitliche Zu
wachs 6,67 10-12 s. Dies ist sehr schwierig zu messen, es
sei denn, es werden viele Messungen durchgeführt und ge
mittelt.
Eine alternative Weise der Entfernungsmessung besteht in
der Verwendung einer Variante des Verfahrens von Fizeau,
das dieser zur Messung der Lichtgeschwindigkeit 1849
verwendet hat [Greene, J.R., "Short Range Distance Mea
surement by Electromagnetic Phase Comparison
Techniques", Geophyiscal Prospecting, Band 25, Seiten
269-279; 1977]. Fizeau verwendete eine rotierende Schei
be mit Kerben zum Modulieren des Lichts, das zu einem
6 km entfernten Reflektor gesendet wurde. Der zurückkeh
rende Lichtstrahl wurde durch die Kerben derselben
Scheibe hindurch betrachtet, die zum Zerhacken des ge
sendeten Strahls verwendet wurde. Er stellte die Dreh
zahl der Scheibe ein, bis er kein Licht zurückkommen
sah. Dies bedeutete eine Phasenverschiebung von 2π Radi
an.
Die moderne Version des Experiments von Fizeau verwendet
eine Strahlungsquelle und einen elektronischen Modula
tor, der in der Lage ist, auf Hundertstel Megahertz zu
arbeiten. Die Phasenverschiebung in Radian zwischen den
gesendeten und zurückkehrenden Strahlen ist in einfacher
Weise erkennbar und beträgt
2.X.f/c.2π,
wobei f die Modulationsfrequenz ist. Wenn f = 100 MHZ
beträgt und die Phasenverschiebung 2π beträgt, ergibt
sich ein Wert von X = 1,5 m.
Das soeben durchgeführte Beispiel zeigt, dass durch eine
Phasenmessung auf 2π Radian eine Entfernung von 0 bis
1,5 m gemessen werden kann. Die Phase, wie sie sich
durch die vorstehende Gleichung ergibt, kann auf einen
beliebig großen Wert erhöht werden. Die Phase kann je
doch nur direkt über einen Bereich von 2π gemessen wer
den. Somit beträgt
Phasen_mess = Phase - 2π(n-1),
wobei n die Zonenzahl ist. Es ist allgemein bekannt,
dass durch Wählen einer zweiten Modulationsfrequenz die
Zone bestimmt werden kann. Für eine Modulationsfrequenz
von 1,0 MHZ ist eine nicht mehrdeutige Entfernungsmes
sung über 150 m möglich. Für ein System, das Modula
tionsfrequenzen von 100 MHZ und 1 MHZ verwendet, kann
somit die nicht mehrdeutige Entfernung von 150 m in Form
von 100 Zonen betrachtet werden. Unter Verwendung der
niedrigeren Modulationsfrequenz lässt sich die Zone auf
finden. Die Position innerhalb der Zone wird unter Ver
wendung der höheren Modulationsfrequenz aufgefunden. Ob
wohl diese Technik für einen stationären Aufzug funktio
niert, wenn genügend Zeit zum Bestimmen der Position
vorhanden ist, ist diese Technik zu langsam zum Messen
der Position eines Aufzugs, während der Aufzug in voller
Fahrt ist und sich langsam einem Stockwerk nähert.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 ist der soeben beschriebene
Vorgang dargestellt. Die durchgeführten Messungen unter
Verwendung der 100-MHZ- und 1-MHZ-Modulation sind als
fein bzw. grob dargestellt. Die Zone kann unter Verwen
dung der Grobmessung ermittelt werden. Dieses Verfahren
ist jedoch nicht schnell genug zur praktischen Verwen
dung bei einem Aufzugssystem, während der Aufzug in Be
wegung ist. Aus diesem Grund wird bei der vorliegenden
Erfindung die Zone vollständig anhand der Feinmessung
aufgefunden, sobald die Ausgangszone bekannt ist. Wäh
rend sich die Aufzugkabine 30 bewegt und die Messungen
der Feinposition durchgeführt werden, werden abrupte Än
derungen festgestellt. Es ist möglich, vorauszusehen,
wann diese Änderungen auftreten, da die Zonenlänge exakt
bekannt ist. Ein möglicher Pseudocode zum Bestimmen der
Position ist nachfolgend dargestellt. Die Parameterzo
nen-Länge ist bekannt.
1. Zone = Zone, wie sie anhand der Grobmessung
bestimmt worden ist
2. Fein_pos = gemessene Feinposition
3. Messung = 1
4. while Messung = 1
5. Fein_pos_alt = Fein_pos
6. Fein_pos = gemessene Feinposition
7. if(Fein_pos-Fein_pos_alt)<Zonenlänge/2
8. dann
9. Zone = Zone-1
10. Ende if
11. if(Fein_pos-Fein_pos_alt)<-Zonenlänge/2
12. dann
13. Zone = Zone+1
14. Ende if
15. Position = Zone.Zone_Länge + Fein_pos
16. if stop = gewünscht
17. dann Messung = 0
18. Ende while
2. Fein_pos = gemessene Feinposition
3. Messung = 1
4. while Messung = 1
5. Fein_pos_alt = Fein_pos
6. Fein_pos = gemessene Feinposition
7. if(Fein_pos-Fein_pos_alt)<Zonenlänge/2
8. dann
9. Zone = Zone-1
10. Ende if
11. if(Fein_pos-Fein_pos_alt)<-Zonenlänge/2
12. dann
13. Zone = Zone+1
14. Ende if
15. Position = Zone.Zone_Länge + Fein_pos
16. if stop = gewünscht
17. dann Messung = 0
18. Ende while
Der vorstehende Pseudocode zeigt die Idee, wie in konti
nuierlicher Weise eine Position nur anhand der Feinposi
tionsmessung erzielt werden kann. Der Pseudocode soll
nur die grundlegende Technik veranschaulichen, wobei
viele Varianten möglich sind. Auch kann der tatsächliche
Code Tests hinsichtlich der Daten verwenden, um eine
Konsistenz zu gewährleisten, wobei auch Codes zum Bewäl
tigen von momentanen Unterbrechungen der Strahlung usw.
verwendet werden können.
Die Verwendung mehrerer Frequenzen für die exakte Ent
fernungsmessung über lange Distanzen unterliegt Ein
schränkungen bei der Phasenmessvorrichtung. Im allgemei
nen ist eine Phasengenauigkeit in der Größenordnung von
1/1000 bei einem System mit mittleren Kosten möglich.
Wenn man wiederum auf das genannte Beispiel zurück
greift, ist eine Genauigkeit bis zu 1500/1000 = 1,5 mm
unter Verwendung der Modulationsfreguenz von 100 MHZ
möglich. Die Zone kann unter Verwendung der 1-MHZ-Modu
lation auf bis zu 150 mm bestimmt werden. Das soeben be
schriebene Arbeitsprinzip wird in verschiedenen Formen
von kommerziellen Entfernungsmessinstrumenten auf Pha
senbasis ausgeführt. Diese beinhalten die Entfernungs
messungs-Sensoren, die von der Firma Phase Laser Systems
(PLS) in Scottsdale, Arizona, sowie von Leica Geosystems
(Leica), Heerbrüggen, Schweiz, hergestellt werden. Diese
Instrumente werden in erster Linie für die Entfernungs
messung für allgemeine Zwecke verwendet, wie z. B. die
Vermessung der Erde, die Messung von Flüssigkeitsständen
usw., so dass die Zeit bis zur Erzielung der Entfernung
bei diesen Instrumenten in manchen Fällen mehrere Sekun
den beträgt. Eine solche lange Zeitdauer ist für ein
Verfolgen bzw. einen Gleichlauf mit einem Aufzug nicht
geeignet. Die derzeitigen Systeme Otis E411 arbeiten mit
einer Verzögerung von ca. 40 ms bei der Verwendung von
SPPT-Information. Somit kann ein Laser-SPPT mit einer
Nachlaufverzögerung von 40 ms oder weniger direkt bei
E411-Systemen verwendet werden. Simulationsstudien haben
gezeigt, dass Gleichlaufverzögerungen von bis zu 150 ms
bei geringfügiger Neuabstimmung der Bewegungssteuerung
tolerierbar sind.
Die Anforderungen für einen Laser-SPPT sind in den nach
folgenden Auszügen einer Funktionsspezifikation für ei
nen Laser-Positionssensor definiert. Die ins Auge ge
fasste Einheit ist in Form eines Paares spezieller Ein
zellaser-Entfernungsmesser gedacht, die mechanisch mit
einander verbunden sind und eine außerhalb von einer
Leiterplatte vorgesehene Geschwindigkeits-Prüfschaltung
beinhalten, der von jedem der Entfernungsmesser Signale
zugeführt werden. Für eine primäre Positionsmessung sind
die nachfolgenden Spezifikationen bevorzugt: eine Ent
fernung von 100 m, eine Kodierung von 20 Bits
(1.048.576), eine Sollauflösung von 0,5 mm, eine Wieder
holgenauigkeit von 2 mm sowie eine maximale Gleichlauf
verzögerung für ein sich mit einer konstanten Geschwin
digkeit bewegendes Ziel von 40 ms. Die Anforderungen für
die Sekundärpositionsmessung sind vorzugsweise die Glei
chen wie für die Primärpositionsmessung.
Der Positionszuwachs wird in Bezug auf den Durchmesser
der mit dem SPPT verwendeten Scheibe definiert. Der
Scheibendurchmesser D wird in mm angegeben, wobei dies
auch für den Positionszuwachs delta x gilt. Der SPPT
wird auf 4096 Zähler pro Umdrehung skaliert. Somit ist
delta x = π D/4096.
Der Wert von delta x beträgt 0,3896 mm für den am häu
figsten verwendeten SPPT-Scheibendurchmesser D von 508
mm. Der effektive Wert von D ist 651,890 mm für einen
delta x = 0,5000 mm. Die übertragene Position liegt vor
zugsweise in Zählständen des Zuwachses delta x vor.
Die Laser-Sensoranordnung arbeitet in einem Entfernungs
messmodus im Großen und Ganzen derart, dass eine Distanz
von der Anordnung zu dem Ziel festgestellt wird. Die
Kompatibilität mit dem SPPT erfordert, dass ein Bezug
der Position zu einem Nullpunkt irgendwo in der Grube
hergestellt wird und dass der Positionsanstieg in Rich
tung nach oben erfolgt. Dafür sollen die nachfolgenden
Definitionen verwendet werden:
R = Entfernung von dem Sensor zu dem Ziel auf dem Pri
märkanal (mm)
H = Distanz von dem Sensor zu dem Referenzpunkt (mm)
H = Distanz von dem Sensor zu dem Referenzpunkt (mm)
Die Position für die Steuerung des Aufzugs beträgt dann
X = H-R.
Wenn die Aufzugkabine auf dem ersten Stockwerk geparkt
ist, beträgt X typischerweise X = 10.000 mm. Die Parame
ter D und H sind vorzugsweise in dem Positionssensor
derart vorgebbar, dass die in der Steuerung bereits vor
gegebene Stockwerktabelle daran angepasst ist.
Der Sekundärkanal muss mit dem Primärkanal auf 20 mm
übereinstimmen.
Die Laser-Sensormodule innerhalb der Sensoranordnung
sind während des Betriebs vorzugsweise selbstkalibrie
rend. Dies setzt voraus, dass das Ziel stationär ist.
Der Bewegungszustand des Ziels (Aufzugkabine) ist der
Steuerung bekannt, mit der die Sensoranordnung verbunden
ist, wodurch die Erzeugung eines Logiksignals ermöglicht
ist, das anzeigt, wann eine dynamische Kalibrierung
durchgeführt werden kann. Die Hardware sieht vorzugswei
se einen hohen logischen Wert (nominal 5,0 V) vor, wenn
eine dynamische Kalibrierung ermöglicht ist. Ein logi
scher Nullwert (nominal 0,0 V) zeigt vorzugsweise an,
dass nicht bekannt ist, ob das Ziel stationär ist. Die
maximale Zeit, die für die dynamische Kalibrierung zu
lässig ist, beträgt 1,0 s. Dies gestattet einen Betrieb
des Sensors in praktisch allen Aufzugssystemen. Sollte
mehr Zeit erforderlich sein, besteht eine gute Möglich
keit zur Erzielung von mehr Zeit, wobei jedoch jeder
Fall individuell geprüft werden muss.
Die Geschwindigkeit wird anhand der Positions- und der
Zeitinformation sowohl für den Primär- als auch für den
Sekundärkanal berechnet. Die Berechnungen erfolgen vor
zugsweise ohne Einbußen bei der numerischen Genauigkeit.
Das bevorzugte Verfahren besteht in der Berechnung der
Geschwindigkeit ca. alle 10 ms sowie in der Aufrechter
haltung von im Mittel 8 aufeinander folgenden Berechnun
gen. Bei dem bevorzugten Ausgang handelt es sich um elf
Bits und ein Vorzeichen-Bit. Die Skalierung ist vorzugs
weise durch den SPPT-Scheibendurchmesser D definiert.
Die grundlegende Skalierung beträgt 0,25 min-1 pro Zähl
vorgang für einen Scheibendurchmesser D. Wenn D = 508 mm
beträgt, entspricht die Skalierung 6,65 mm/s/Zählvor
gang. Ein Vorzeichen-Bit "1" bezeichnet vorzugsweise ei
ne negative Geschwindigkeit.
Eine alternative Verfahrensweise zum Berechnen der Ge
schwindigkeit, die zwar nicht ganz so genau ist, bein
haltet die Verwendung von
Geschw = (x2-x1)/delta t,
wobei delta t ein zeitlicher Zuwachs von ca. 50 ms ist
und x1 und x2 die Positionen sind, die am Beginn und am
Ende des zeitlichen Zuwachses bestimmt werden. Wenn eine
Anfrage hinsichtlich der Geschwindigkeit erfolgt, wird
die letzte verfügbare Berechnung ausgegeben. Dies bedeu
tet, dass die Geschwindigkeit bis zu 75 ms veraltet sein
könnte. Bei einer maximalen Beschleunigungsrate von
1.200 mm/s2 führt dies zu einem Geschwindigkeitsfehler
von 90 mm/s, dem durch Geschwindigkeitsprüfungs-Toleran
zen in der Aufzugssystemsteuerung Rechnung getragen wer
den kann.
Die Geschwindigkeit in dem SPPT wird auf 0,25 min-1 pro
Zählvorgang skaliert. Für einen Scheibendurchmesser D
beträgt die für den neuen Sensor erforderliche Skalie
rung
Geschw_Skalierung = π D/240.
Für einen Wert von D = 508 mm beträgt die Geschw_Ska
lierung = (6,65 mm/s)/Zählvorgang.
Die Initialisierung muss vorzugsweise automatisch bei
der Netzeinschaltung erfolgen und muss vorzugsweise in
nerhalb von 2 s abgeschlossen sein. Der Wandler signali
siert, dass er nicht initialisiert ist, vorzugsweise da
durch, dass er das Signal überträgt, dass die Binärposi
tion sowohl auf dem Primär- als auch auf dem Sekundärka
nal null beträgt.
Der Primär- und der Sekundär-Positionskanal müssen von
einander unabhängig sein. Ein Ausfall entweder des Pri
märkanals oder des Sekundärkanals soll vorzugsweise kei
ne Auswirkung auf den anderen Kanal haben. Das Ziel be
steht hier in der Feststellung eines Ausfalls auf dem
Primärkanal durch Vergleich mit dem Sekundärkanal. Die
ser Vergleich wird vorzugsweise in der Steuerung durch
geführt, die Information von dem Sensor enthält.
Daten werden vorzugsweise mit einer Rate übertragen, die
nicht unter 9,6 kBaud fallen darf. Schnellere Geschwin
digkeiten sind wünschenswert. Die Zykluszeit ist vor
zugsweise schnell genug, um eine Aktualisierung von Po
sitions- und Geschwindigkeitsinformation wenigstens alle
10 ms zu ermöglichen. Um während der Verlangsamung Auf
zugvibrationen zu verhindern, wird die Aufzugkabinenpo
sition vorzugsweise aktualisiert, unmittelbar bevor ein
Ansprechen auf die Steuerung mit einer Positions-/Ge
schwindigkeits-Aktualisierung erfolgt.
Zusätzlich zu der Position kann ein Laser-Entfernungs
messsystem auch die Geschwindigkeit der Aufzugkabine 30
feststellen. Aus diesem Grund wird vorzugsweise eine se
parate Geschwindigkeitskontrolle vorgesehen, um anzuzei
gen, dass die Geschwindigkeit unter einem vorbestimmten
Schwellenwert (der Geschwindigkeitskontrolle) liegt.
Ein Beispiel der Technik zur Verwendung bei der Steue
rung einer Aufzugposition unter Einsatz eines Laser-SPPT
ist nachfolgend zusammengefasst. Als Erstes wird bei
stationärer Aufzugkabine zum Zeitpunkt des Starts der
Sensor innerhalb von 1,0 s initialisiert. Als Nächstes
wird die Aufzugkabine 30 in Bewegung gesetzt, und zwar
unter Verwendung von Einzelfrequenz-Aktualisierungen, da
die Zonenübergänge bekanntermaßen fortlaufend sind. Von
der Aufzuggeschwindigkeit wird niemals erwartet, dass
diese 15 m/s übersteigt (die meisten Aufzüge haben maxi
male Geschwindigkeiten von weniger als 4 m/s). Bei Ak
tualisierung der Position alle 40 ms unter Verwendung
einer Geschwindigkeit von 15 m/s beträgt die maximale
Aufzugbewegung 0,6 m. Da die Zonen in diesem Beispiel
mit einer Beabstandung von 1,5 m definiert sind, kann
jede Zone stets mittels einer Einzelfrequenzmessung be
stimmt werden. Eine weitere Hilfe beim Erkennen der Po
sition besteht darin, dass ein Aufzug stets mit einer
bestimmten Bewegungsrichtung läuft. Dies bedeutet, dass
sich die Aufzugposition in monotoner Weise ändert, mit
Ausnahme vielleicht der letzten wenigen Millimeter der
Bewegung.
Das Positions-Referenzsystem für eine Aufzugkabine exi
stiert für zwei Hauptzwecke: (1) zum exakten und raschen
Anlanden der Aufzugkabine und (2) zum Überwachen der un
gefähren Position für Sicherheitszwecke. Der Laser-SPPT
kann beide dieser Funktionen zusätzlich zu der Schaffung
eines redundanten Positionssignals für den Endschutz
ausführen. Die Geschwindigkeit der Aufzugkabine wird in
der vorstehend beschriebenen Weise bestimmt. Diese Ge
schwindigkeitsinformation wird vorzugsweise für Sicher
heits-Überwachungsvorgänge verwendet, wie z. B. die Tür
zonen-Geschwindigkeitsüberwachung, die für das schnelle
Türöffnen verwendet wird. Die absolute Position der Auf
zugkabine wird überwacht bzw. geprüft, wenn die Kabine
stationär ist, und zwar in ähnlicher Weise, wie dies
vorstehend hinsichtlich der Kalibrierung beschrieben
worden ist.
Der SPPT verwendet bei Bedarf eine Hilfsbatterie zur Be
stimmung der Aufzugposition nach einem Stromausfall, oh
ne dass es hierbei einer Bewegung der Kabine bedarf. Ei
ne Hilfsbatterie ist bei einem Laser-SPPT nicht erfor
derlich, denn bei Wiederaufnahme der Stromversorgung
wird die Absolutposition als Teil der ursprünglichen
Netzeinschalt-Kalibrierung automatisch bestimmt. Der La
ser-SPPT schafft bei Stromausfall in dem Gebäude vor
zugsweise einen Anzeigewert für die Kabinenposition,
wenn er mit einer Hilfsbatterie und einer Ableseeinrich
tung versehen ist.
Claims (15)
1. Positions-Referenzsystem für eine Aufzugkabine,
gekennzeichnet durch:
eine Emissions- und Ansprecheinrichtung (10, 20) zum Emittieren von elektromagnetischer Strahlung (12) von einer Quelle und zum Verursachen eines Anspre chens der Ansprecheinrichtung, wenn die elektroma gnetische Strahlung auf die Ansprecheinrichtung auf trifft;
eine Modulationseinrichtung zum Modulieren der elek tromagnetischen Strahlung (12) mit zwei verschiede nen Frequenzen;
eine Einrichtung zum Bestimmen, ob die Aufzugkabine (30) stationär ist;
eine Kalibriereinrichtung, die bei stationärer Auf zugkabine (30) und ansprechend auf die Modulations einrichtung dazu ausgelegt ist, das System zu kali brieren, wenn die Aufzugkabine stationär ist, um ei ne Ausgangsposition der Aufzugkabine zu bestimmen;
eine Grobpositionseinrichtung, die dazu ausgelegt ist, ansprechend auf die Ausgangsposition der Aus zugkabine (30) sowie die Modulationseinrichtung eine Grobposition der Aufzugkabine zu bestimmen, wenn die Aufzugkabine in Bewegung ist;
eine Feinpositionseinrichtung, die dazu ausgelegt ist, ansprechend auf die Modulationseinrichtung eine Feinposition der Aufzugkabine zu bestimmen, wenn die Aufzugkabine in Bewegung ist; und durch
eine Einrichtung, die dazu ausgelegt ist, auf der Basis der Grobposition und der Feinposition eine Ab solutposition der Aufzugkabine zu bestimmen, wenn die Aufzugkabine in Bewegung ist.
eine Emissions- und Ansprecheinrichtung (10, 20) zum Emittieren von elektromagnetischer Strahlung (12) von einer Quelle und zum Verursachen eines Anspre chens der Ansprecheinrichtung, wenn die elektroma gnetische Strahlung auf die Ansprecheinrichtung auf trifft;
eine Modulationseinrichtung zum Modulieren der elek tromagnetischen Strahlung (12) mit zwei verschiede nen Frequenzen;
eine Einrichtung zum Bestimmen, ob die Aufzugkabine (30) stationär ist;
eine Kalibriereinrichtung, die bei stationärer Auf zugkabine (30) und ansprechend auf die Modulations einrichtung dazu ausgelegt ist, das System zu kali brieren, wenn die Aufzugkabine stationär ist, um ei ne Ausgangsposition der Aufzugkabine zu bestimmen;
eine Grobpositionseinrichtung, die dazu ausgelegt ist, ansprechend auf die Ausgangsposition der Aus zugkabine (30) sowie die Modulationseinrichtung eine Grobposition der Aufzugkabine zu bestimmen, wenn die Aufzugkabine in Bewegung ist;
eine Feinpositionseinrichtung, die dazu ausgelegt ist, ansprechend auf die Modulationseinrichtung eine Feinposition der Aufzugkabine zu bestimmen, wenn die Aufzugkabine in Bewegung ist; und durch
eine Einrichtung, die dazu ausgelegt ist, auf der Basis der Grobposition und der Feinposition eine Ab solutposition der Aufzugkabine zu bestimmen, wenn die Aufzugkabine in Bewegung ist.
2. System nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung vorge
sehen ist, die dazu ausgelegt ist, auf der Basis der
Grobpositionseinrichtung und der Feinpositionsein
richtung eine Geschwindigkeit sowie die Richtung der
Aufzugkabine bei sich bewegender Aufzugkabine fest
zustellen.
3. System nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle feststehend
ist und die Ansprecheinrichtung an der Aufzugkabine
angebracht ist.
4. System nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle in einem
oberen Bereich eines Aufzugschachts für die Aufzug
kabine (30) angeordnet ist.
5. System nach einem der vorausgehenden Ansprüche 1 bis
3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle in einer
Grube eines Aufzugschachts für die Aufzugkabine an
geordnet ist.
6. System nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Ansprecheinrichtung
feststehend ist und die Quelle an der Aufzugkabine
angebracht ist.
7. System nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die Ansprecheinrichtung
in einem oberen Bereich eines Aufzugschachts für die
Aufzugkabine angeordnet ist.
8. System nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die Ansprecheinrichtung
in einer Grube eines Aufzugschachts für die Aufzug
kabine angeordnet ist.
9. System nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Ansprecheinrichtung
(20) ein Reflektor ist.
10. System nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische
Strahlung (12) Laserlicht ist.
11. System nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder 10,
dadurch gekennzeichnet, dass die Ansprecheinrichtung
ein Transponder ist.
12. System nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische
Strahlung Mikrowellenstrahlung ist.
13. System nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Feinpositionsein
richtung ein derartiger auf Strahlung basierender
Phasenmess-Sensor ist, dass nur eine einzige Modula
tionsfrequenz verwendet wird.
14. Verfahren zum Bestimmen einer Absolutposition einer
Aufzugkabine,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Aussenden von elektromagnetischer Strahlung von ei ner Quelle und Hervorrufen eines Ansprechens von ei ner Ansprecheinrichtung, wenn die elektromagnetische Strahlung auf die Ansprecheinrichtung auftrifft;
Modulieren der elektromagnetischen Strahlung mit zwei verschiedenen Frequenzen;
Bestimmen, ob die Aufzugkabine stationär ist;
ansprechend auf den Schritt der Modulierung sowie den Schritt der Bestimmung erfolgende Kalibrierung des Systems, wenn die Aufzugkabine stationär ist, um eine Ausgangsposition der Aufzugkabine zu bestimmen;
ansprechend auf die Ausgangsposition der Aufzugkabi ne sowie den Schritt der Modulierung erfolgende Be stimmung einer Grobposition der Aufzugkabine, wenn die Aufzugkabine in Bewegung ist;
ansprechend auf den Schritt der Modulierung erfol gende Bestimmung einer Feinposition der Aufzugkabi ne, wenn die Kabine in Bewegung ist; und
auf der Basis der Grobposition und der Feinposition erfolgende Bestimmung einer Absolutposition der Auf zugkabine, wenn die Aufzugkabine in Bewegung ist.
Aussenden von elektromagnetischer Strahlung von ei ner Quelle und Hervorrufen eines Ansprechens von ei ner Ansprecheinrichtung, wenn die elektromagnetische Strahlung auf die Ansprecheinrichtung auftrifft;
Modulieren der elektromagnetischen Strahlung mit zwei verschiedenen Frequenzen;
Bestimmen, ob die Aufzugkabine stationär ist;
ansprechend auf den Schritt der Modulierung sowie den Schritt der Bestimmung erfolgende Kalibrierung des Systems, wenn die Aufzugkabine stationär ist, um eine Ausgangsposition der Aufzugkabine zu bestimmen;
ansprechend auf die Ausgangsposition der Aufzugkabi ne sowie den Schritt der Modulierung erfolgende Be stimmung einer Grobposition der Aufzugkabine, wenn die Aufzugkabine in Bewegung ist;
ansprechend auf den Schritt der Modulierung erfol gende Bestimmung einer Feinposition der Aufzugkabi ne, wenn die Kabine in Bewegung ist; und
auf der Basis der Grobposition und der Feinposition erfolgende Bestimmung einer Absolutposition der Auf zugkabine, wenn die Aufzugkabine in Bewegung ist.
15. Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, dass ferner auf der Basis
der Schritte zum Bestimmen der Grobposition und der
Feinposition eine Geschwindigkeit sowie die Richtung
der Aufzugkabine bestimmt werden, wenn die Aufzugka
bine in Bewegung ist.
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