DE10126585B4

DE10126585B4 - Auf Strahlung basierendes, berührungsloses Positions-Referenzsystem für Aufzüge sowie Verfahren hierfür

Info

Publication number: DE10126585B4
Application number: DE10126585A
Authority: DE
Inventors: Clement Alexander Skalski
Original assignee: Otis Elevator Co
Current assignee: Otis Elevator Co
Priority date: 2000-05-31
Filing date: 2001-05-31
Publication date: 2013-11-14
Anticipated expiration: 2021-06-01
Also published as: US6437315B1; CN1326895A; CN1198755C; DE10126585A1

Abstract

Positions-Referenzsystem für eine Aufzugkabine, umfassend: eine Emissions- und Detektionseinrichtung (10) zum Emittieren von elektromagnetischer Strahlung (12) von einer Quelle und einen Reflektor (20) oder einen Transponder zum Reflektieren bzw. Zurücksenden elektromagnetischer Strahlung, wenn die elektromagnetische Strahlung auf den Reflektor (20) bzw. den Transponder auftrifft; eine Modulationseinrichtung zum Modulieren der elektromagnetischen Strahlung (12) mit zwei verschiedenen Frequenzen, von denen die eine eine höhere Modulationsfrequenz ist und die andere eine niedrigere Modulationsfrequenz ist; eine Einrichtung zum Bestimmen, ob die Aufzugkabine (30) stationär ist; eine Kalibriereinrichtung, die bei stationärer Aufzugkabine (30) und unter Verwendung der Modulationsfrequenzen der Modulationseinrichtung dazu ausgelegt ist, das System zu kalibrieren, wenn die Aufzugkabine stationär ist, um eine Ausgangsposition der Aufzugkabine zu bestimmen; eine Grobpositionseinrichtung, die dazu ausgelegt ist, unter Verwendung der Ausgangsposition der Aufzugkabine (30) sowie einer die höhere Modulationsfrequenz verwendenden Feinmessung eine Grobposition der Aufzugkabine zu bestimmen, wenn die Aufzugkabine in Bewegung ist; eine Feinpositionseinrichtung, die dazu ausgelegt ist, unter Verwendung der höheren Modulatidnsfrequenz eine Feinposition der Aufzugkabine zu bestimmen, wenn die Aufzugkabine 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.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Aufzüge 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 initiieren ist, wann in einen Modus zum Anfahren an ein Stockwerk umzuschalten ist und wann mit dem Öffnen der Aufzugkabinentüren zu beginnen ist. Zur Ausführung dieser Funktionen ist es erforderlich, die exakte Position der Aufzugkabine zu allen Zeiten zu kennen. Anlagen, insbesondere Anlagen mit großer Höhe, verwenden typischerweise einen digitalen Kodierer, der als Primär-Positionswandler (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 Ablesewert 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 Aufzugschacht und benötigt zusätzlichen Platz für seine Unterbringung. Heutzutage besteht das Hauptaugenmerk bei der Ausbildung darin, den ”Fußabdruck” des gesamten Aufzugssystems 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 alternative Weise zum Bestimmen der Aufzugkabinenposition wünschenswert.
Aus der US 4 375 057 A ist ein System zur Erfassung der Absolutposition einer Aufzugkabine bekannt, bei welchem Mikrowellensignale an einem Ende eines einen Längsschlitz aufweisenden Wellenleiters eingeleitet werden und an einem in den Wellenleiter ragenden Fortsatz reflektiert werden, der sich gemeinsam mit der Kabine entlang des Schlitzes bewegt. Zur Bestimmung der Position der Kabine wird ein Modulationssignal ausgewertet, welches sich aus der Überlagerung des eingeleiteten Mikrowellensignals mit dem reflektierten Mikrowellensignal ergibt. Um die genaue Position der Aufzugkabine eindeutig bestimmen zu können, werden drei Mikrowellensignale unterschiedlicher Frequenz ausgesendet, nämlich ein Signal niedriger Frequenz (0,26726 MHz) zur Bestimmung einer ersten Zone, die der Grobposition der Aufzugkabine entspricht, ein zehn Mal größeres Signal mittlerer Frequenz (2,6726 MHz) zur Bestimmung einer innerhalb der ersten Zone liegenden zweiten Zone sowie ein nochmals zehn Mal größeres Signal größter Frequenz (26,726 MHz) zur Bestimmung einer innerhalb der zweiten Zone liegenden dritten Zone, die der Feinposition der Aufzugkabine entspricht. Die drei Frequenzen von Mikrowellensignalen sind derart aufeinander abgestimmt, dass innerhalb der anhand des Signals mit niedrigster Modulationsfrequenz ermitteltem ersten Zone nur eine einzige zweite Zone liegt, wie sie anhand des Signals mit mittlerer Modulationsfrequenz ermittelt wird, und dass wiederum innerhalb dieser zweiten Zone nur eine einzige dritte Zone liegt, wie sie anhand des Modulationssignals mit der höchsten Frequenz ermittelt wird. Auf diese Weise wird eine eindeutige Bestimmung der absoluten Position der Aufzugkabine trotz des unvermeidlichen Auftretens von Mehrdeutigkeiten bei Verwendung von höheren Modulationsfrequenzen möglich.
Des Weiteren ist aus der GB 2 211 046 A eine auf ein Lasersystem basierende Anordnung zur Bestimmung der Position einer Aufzugkabine durch Auswertung der Laufzeit von Laserimpulsen bekannt.
In der US 5 682 024 A ist eine Anordnung zur Bestimmung der Position einer Aufzugkabine offenbart, wobei ein Identifikationssignal von stationären, fest am Aufzugschacht montierten Transpondern durch einen an der Aufzugkabine montierten Empfänger erfasst wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine alternative Weise zum Bestimmen der Aufzugkabinenposition anzugeben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Positionsreferenzsystem für eine Aufzugkabine gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Bestimmen einer Absolutposition einer Aufzugkabine gemäß Anspruch 12.
Kurz gesagt schafft die vorliegende Erfindung zu diesem Zweck ein Positions-Referenzsystem für eine Aufzugkabine, wobei das Positions-Referenzsystem eine Emissions- und Detektionseinrichtung aufweist, die einen Strahl emittiert, der von einem Reflektor oder Transponder reflektiert wird. Entweder die Emissions- und Detektionseinrichtung oder der Reflektor oder Transponder ist in einer unbeweglichen Position angebracht, während die jeweils andere Einrichtung an der Aufzugkabine befestigt ist und sich zusammen mit dieser bewegt. Der Strahl wird mit zwei Frequenzen moduliert, von denen die eine eine höhere Modulationsfrequenz ist und die andere eine niedrigere Modulationsfrequenz ist. Eine Positionskalibrierung erfolgt, wenn die Aufzugkabine stationär ist. Wenn die Aufzugkabine sich zu bewegen beginnt, wird der Grobposition gefolgt, während die Feinposition anhand der höheren der beiden Modulationsfrequenzen bestimmt wird. Die Absolutposition der sich bewegenden Aufzugkabine ist somit stets mit einem 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 Ansprecheinrichtung, wenn die elektromagnetische Strahlung auf die Ansprecheinrichtung auftrifft; eine Modulationseinrichtung zum Modulieren der elektromagnetischen Strahlung mit zwei verschiedenen Frequenzen; eine Einrichtung zum Bestimmen, ob die Aufzugkabine stationär ist; eine Kalibriereinrichtung, die bei stationärer Aufzugkabine sowie ansprechend auf die Modulationseinrichtung dazu ausgelegt ist, das System zu kalibrieren, wenn die Aufzugkabine stationär ist, um eine Ausgangsposition der Aufzugkabine 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 Feinpositionseinrichtung, die dazu ausgelegt ist, ansprechend auf die Modulationseinrichtung 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 Aufzugkabine folgende Schritte auf: Emittieren von elektromagnetischer Strahlung von einer Quelle und Veranlassen eines Ansprechens von einer Ansprecheinrichtung, wenn die elektromagnetische Strahlung auf die Ansprecheinrichtung auftritt; Modulieren der elektromagnetischen Strahlung mit zwei verschiedenen Frequenzen; Feststellen, ob die Aufzugkabine stationär ist; ansprechend auf den Schritt der Modulierung und 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 Aufzugkabine sowie den Schritt der Modulierung erfolgende Bestimmung einer Grobposition der Aufzugkabine, wenn die Aufzugkabine in Bewegung ist; ansprechend auf den Schritt der Modulierung erfolgende Bestimmung einer Feinposition der Aufzugkabine, wenn die Kabine in Bewegung ist; und auf der Basis der Grobposition 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 eines Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
1 ein Laser-Positions-Referenzsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
2 eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung einer Position in Abhängigkeit von einer feinen Positionsmessung und einer groben Positionsmessung.
Die konstante Geschwindigkeit von Licht in Luft (Vakuum) kann zur Erzielung von Entfernungsinformation durch Messen der Laufzeit von Strahlungsimpulsen verwendet werden. Dies ist das Prinzip, das bei den ersten Radareinrichtungen verwendet wurde. Anstatt der Verwendung von Impulsen kann auch amplitudenmodulierte Dauerstrichstrahlung verwendet werden. Der Vergleich der Phase der Umhüllenden der gesendeten und der zurückkehrenden Wellen gestattet eine Bestimmung der Entfernung. Je höher die Modulationsfrequenz, desto höher ist die Auflösung des Systems. Phase kann jedoch nur auf 360° ohne Mehrdeutigkeit gemessen werden. Dies begrenzt den Einsatzbereich des Systems. Bei derzeitigen im Handel befindlichen Systemen wird diese Einschränkung durch Entfernungsmessung unter Verwendung von zwei oder mehr Modulationsfrequenzen überwunden. Dies macht zwei oder mehr identische Systeme (was nicht wirklich praktikabel ist) oder ein Zeit-Multiplexen der Modulationsfrequenzen erforderlich. Systeme, die mehrere Frequenzen verwenden, lösen das Problem hinsichtlich der Mehrdeutigkeit, benötigen jedoch zu viel Zeit pro Zyklus, um eine Positionssteuerung eines herkömmlichen Fahrgastaufzugs zu gestatten.
Keine Mehrdeutigkeit besteht bei dem Positions-Wandler mit der Bezeichnung Otis Smart Primary Position Transducer (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 innerhalb grober Zonen misst. Unter Verwendung der Idee von Zonen sowie der Messung innerhalb jeder Zone kann die Mehrdeutigkeit von Laser-Entfernungsmessern auf der Basis der Phasenmessung eliminiert werden, während sich gleichzeitig die schnellstmöglichen Aktualisierungen der Position eines sich bewegenden Zieles erreichen lassen.
Nachfolgend wird ein berührungsloses Positions-Referenzsystem für Aufzüge auf der Basis von Strahlung beschrieben. Dabei handelt es sich im Wesentlichen um einen Laser-SPPT. Das System ist wirtschaftlich genug zur Verwendung in Aufzügen mit geringer Höhe, während es für Aufzüge mit großer Höhe geeignet ist, da es für die Messung von Distanzen von 500 m oder mehr in der Lage ist.
Wie unter Bezugnahme auf 1 zu sehen ist, ist ein Sensor 10 in dem oberen Bereich des Aufzugschachts angeordnet, und dieser projiziert einen Strahl 12 auf einen Reflektor 20, der oben auf einer Aufzugkabine 30 angeordnet ist. Der Strahl 12 wird zu einem Detektor in dem Sensor 10 zurückreflektiert. Alternative Anordnungsstellen für den Sensor 10 und den Reflektor 20 sind eine Anordnung des Reflektors 20 in dem oberen Bereich des Aufzugschachts, wobei der Sensor 10 dann auf der Aufzugkabine 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 Aufzugkabine 30 und eine Anordnung des Reflektors 20 in der Grube. Wenn sich die Aufzugkabine 30 entlang einer Führungsschiene 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 elektromagnetische Strahlung, die sich mit einer Geschwindigkeit von c = 3·10⁸ m/s fortpflanzt. Obwohl ein Lasersystem aufgrund der zunehmenden Verfügbarkeit von kommerziellen Laser-Entfernungsmessern bevorzugt ist, ist jede beliebige Frequenz an elektromagnetischer Strahlung möglich, mit der Ausnahme, dass die niedrigeren Frequenzen keine angemessene Geschwindigkeit oder Auflösung schaffen. Ein System, das Mikrowellenstrahlung verwendet, kann entweder unter Verwendung eines Reflektors oder eines Transponders ausgeführt werden. Der Transponder 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 Distanz von dem Sensor zu dem Reflektor X verwendet werden. Diese Distanz wird als Entfernung bezeichnet. Die Entfernung kann aufgrund einer Laufzeitmessung T bestimmt 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 Zuwachs 6,67 10^–12 s. Dies ist sehr schwierig zu messen, es sei denn, es werden viele Messungen durchgeführt und gemittelt.
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 Measurement by Electromagnetic Phase Comparison Techniques”, Geophyiscal Prospecting, Band 25, Seiten 269–279; 1977]. Fizeau verwendete eine rotierende Scheibe mit Kerben zum Modulieren des Lichts, das zu einem 6 km entfernten Reflektor gesendet wurde. Der zurückkehrende Lichtstrahl wurde durch die Kerben derselben Scheibe hindurch betrachtet, die zum Zerhacken des gesendeten Strahls verwendet wurde. Er stellte die Drehzahl der Scheibe ein, bis er kein Licht zurückkommen sah. Dies bedeutete eine Phasenverschiebung von 2π Radian.
Die moderne Version des Experiments von Fizeau verwendet eine Strahlungsquelle und einen elektronischen Modulator, 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 jedoch nur direkt über einen Bereich von 2π gemessen werden. 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 Entfernungsmessung über 150 m möglich. Für ein System, das Modulationsfrequenzen 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 auffinden. Die Position innerhalb der Zone wird unter Verwendung der höheren Modulationsfrequenz aufgefunden. Obwohl diese Technik für einen stationären Aufzug funktioniert, 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 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 Verwendung der Grobmessung ermittelt werden. Dieses Verfahren ist jedoch nicht schnell genug zur praktischen Verwendung bei einem Aufzugssystem, während der Aufzug in Bewegung ist. Aus diesem Grund wird bei der vorliegenden Erfindung die Zone vollständig anhand der Feinmessung aufgefunden, sobald die Ausgangszone bekannt ist. Während sich die Aufzugkabine 30 bewegt und die Messungen der Feinposition durchgeführt werden, werden abrupte Änderungen 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 Parameterzonen_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

Der vorstehende Pseudocode zeigt die Idee, wie in kontinuierlicher Weise eine Position nur anhand der Feinpositionsmessung 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 Bewältigen von momentanen Unterbrechungen der Strahlung usw. verwendet werden können.
Die Verwendung mehrerer Frequenzen für die exakte Entfernungsmessung über lange Distanzen unterliegt Einschränkungen bei der Phasenmessvorrichtung. Im allgemeinen ist eine Phasengenauigkeit in der Größenordnung von 1/1000 bei einem System mit mittleren Kosten möglich.
Wenn man wiederum auf das genannte Beispiel zurückgreift, ist eine Genauigkeit bis zu 1500/1000 = 1,5 mm unter Verwendung der Modulationsfrequenz von 100 MHZ möglich. Die Zone kann unter Verwendung der 1 MHZ-Modulation auf bis zu 150 mm bestimmt werden. Das soeben beschriebene Arbeitsprinzip wird in verschiedenen Formen von kommerziellen Entfernungsmessinstrumenten auf Phasenbasis ausgeführt. Diese beinhalten die Entfernungsmessungs-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 Entfernungsmessung 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 Sekunden 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 nachfolgenden Auszügen einer Funktionsspezifikation für einen Laser-Positionssensor definiert. Die ins Auge gefasste Einheit ist in Form eines Paares spezieller Einzellaser-Entfernungsmesser gedacht, die mechanisch miteinander 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 Entfernung von 100 m, eine Kodierung von 20 Bits (1.048.576), eine Sollauflösung von 0,5 mm, eine Wiederholgenauigkeit von 2 mm sowie eine maximale Gleichlaufverzögerung für ein sich mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegendes Ziel von 40 ms. Die Anforderungen für die Sekundärpositionsmessung sind vorzugsweise die Gleichen 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 häufigsten 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 vorzugsweise in Zählständen des Zuwachses delta x vor.
Die Laser-Sensoranordnung arbeitet in einem Entfernungsmessmodus 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 Richtung nach oben erfolgt. Dafür sollen die nachfolgenden Definitionen verwendet werden:

R: = Entfernung von dem Sensor zu dem Ziel auf dem Primärkanal (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 Parameter D und H sind vorzugsweise in dem Positionssensor derart vorgebbar, dass die in der Steuerung bereits vorgegebene 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 selbstkalibrierend. 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 vorzugsweise einen hohen logischen Wert (nominal 5,0 V) vor, wenn eine dynamische Kalibrierung ermöglicht ist. Ein logischer 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 zulässig ist, beträgt 1,0 s. Dies gestattet einen Betrieb des Sensors in praktisch allen Aufzugssystemen. Sollte mehr Zeit erforderlich sein, besteht eine gute Möglichkeit 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 vorzugsweise ohne Einbußen bei der numerischen Genauigkeit. Das bevorzugte Verfahren besteht in der Berechnung der Geschwindigkeit ca. alle 10 ms sowie in der Aufrechterhaltung von im Mittel 8 aufeinander folgenden Berechnungen. Bei dem bevorzugten Ausgang handelt es sich um elf Bits und ein Vorzeichen-Bit. Die Skalierung ist vorzugsweise durch den SPPT-Scheibendurchmesser D definiert. Die grundlegende Skalierung beträgt 0,25 min^–1 pro Zählvorgang für einen Scheibendurchmesser D. Wenn D = 508 mm beträgt, entspricht die Skalierung 6,65 mm/s/Zählvorgang. Ein Vorzeichen-Bit ”1” bezeichnet vorzugsweise eine negative Geschwindigkeit.
Eine alternative Verfahrensweise zum Berechnen der Geschwindigkeit, die zwar nicht ganz so genau ist, beinhaltet 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 bedeutet, 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-Toleranzen in der Aufzugssystemsteuerung Rechnung getragen werden 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 Skalierung Geschw_Skalierung = π D/240
Für einen Wert von D = 508 mm, beträgt die Geschw Skalierung = (6,65 mm/s)/Zählvorgang.
Die Initialisierung muss vorzugsweise automatisch bei der Netzeinschaltung erfolgen und muss vorzugsweise innerhalb von 2 s abgeschlossen sein. Der Wandler signalisiert, dass er nicht initialisiert ist, vorzugsweise dadurch, dass er das Signal überträgt, dass die Binärposition sowohl auf dem Primär- als auch auf dem Sekundärkanal null beträgt.
Der Primär- und der Sekundär-Positionskanal müssen voneinander unabhängig sein. Ein Ausfall entweder des Primärkanals oder des Sekundärkanals soll vorzugsweise keine Auswirkung auf den anderen Kanal haben. Das Ziel besteht hier in der Feststellung eines Ausfalls auf dem Primärkanal durch Vergleich mit dem Sekundärkanal. Dieser Vergleich wird vorzugsweise in der Steuerung durchgeführt, die Information von dem Sensor enthält.
Daten werden vorzugsweise mit einer Rate übertragen, die nicht unter 9,6 kBaud fallen darf. Schnellere Geschwindigkeiten sind wünschenswert. Die Zykluszeit ist vorzugsweise schnell genug, um eine Aktualisierung von Positions- und Geschwindigkeitsinformation wenigstens alle 10 ms zu ermöglichen. Um während der Verlangsamung Aufzugvibrationen zu verhindern, wird die Aufzugkabinenposition vorzugsweise aktualisiert, unmittelbar bevor ein Ansprechen auf die Steuerung mit einer Positions-/Geschwindigkeits-Aktualisierung erfolgt.
Zusätzlich zu der Position kann ein Laser-Entfernungsmesssystem auch die Geschwindigkeit der Aufzugkabine 30 feststellen. Aus diesem Grund wird vorzugsweise eine separate Geschwindigkeitskontrolle vorgesehen, um anzuzeigen, dass die Geschwindigkeit unter einem vorbestimmten Schwellenwert (der Geschwindigkeitskontrolle) liegt.
Ein Beispiel der Technik zur Verwendung bei der Steuerung 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 maximale Geschwindigkeiten von weniger als 4 m/s). Bei Aktualisierung 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 bestimmt werden. Eine weitere Hilfe beim Erkennen der Position 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 existiert für zwei Hauptzwecke: (1) zum exakten und raschen Anlanden der Aufzugkabine und (2) zum Überwachen der ungefähren 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 Geschwindigkeitsinformation wird vorzugsweise für Sicherheits-Überwachungsvorgänge verwendet, wie z. B. die Türzonen-Geschwindigkeitsüberwachung, die für das schnelle Türöffnen verwendet wird. Die absolute Position der Aufzugkabine 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 Bestimmung der Aufzugposition nach einem Stromausfall, ohne dass es hierbei einer Bewegung der Kabine bedarf. Eine Hilfsbatterie ist bei einem Laser-SPPT nicht erforderlich, denn bei Wiederaufnahme der Stromversorgung wird die Absolutposition als Teil der ursprünglichen Netzeinschalt-Kalibrierung automatisch bestimmt. Der Laser-SPPT schafft bei Stromausfall in dem Gebäude vorzugsweise einen Anzeigewert für die Kabinenposition, wenn er mit einer Hilfsbatterie und einer Ableseeinrichtung versehen ist.

Claims

Positions-Referenzsystem für eine Aufzugkabine, umfassend: eine Emissions- und Detektionseinrichtung (10) zum Emittieren von elektromagnetischer Strahlung (12) von einer Quelle und einen Reflektor (20) oder einen Transponder zum Reflektieren bzw. Zurücksenden elektromagnetischer Strahlung, wenn die elektromagnetische Strahlung auf den Reflektor (20) bzw. den Transponder auftrifft; eine Modulationseinrichtung zum Modulieren der elektromagnetischen Strahlung (12) mit zwei verschiedenen Frequenzen, von denen die eine eine höhere Modulationsfrequenz ist und die andere eine niedrigere Modulationsfrequenz ist; eine Einrichtung zum Bestimmen, ob die Aufzugkabine (30) stationär ist; eine Kalibriereinrichtung, die bei stationärer Aufzugkabine (30) und unter Verwendung der Modulationsfrequenzen der Modulationseinrichtung dazu ausgelegt ist, das System zu kalibrieren, wenn die Aufzugkabine stationär ist, um eine Ausgangsposition der Aufzugkabine zu bestimmen; eine Grobpositionseinrichtung, die dazu ausgelegt ist, unter Verwendung der Ausgangsposition der Aufzugkabine (30) sowie einer die höhere Modulationsfrequenz verwendenden Feinmessung eine Grobposition der Aufzugkabine zu bestimmen, wenn die Aufzugkabine in Bewegung ist; eine Feinpositionseinrichtung, die dazu ausgelegt ist, unter Verwendung der höheren Modulatidnsfrequenz eine Feinposition der Aufzugkabine zu bestimmen, wenn die Aufzugkabine 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.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung vorgesehen ist, die dazu ausgelegt ist, auf der Basis der von der Grobpositionseinrichtung bestimmten Grobposition und der von der Feinpositionseinrichtung bestimmten Feinposition eine Geschwindigkeit sowie die Richtung der Aufzugkabine bei sich bewegender Aufzugkabine festzustellen.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Emissions- und Detektionseinrichtung (10) feststehend ist und der Reflektor (20) bzw. der Transponder an der Aufzugkabine angebracht ist.
System nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Emissions- und Detektionseinrichtung (10) in einem oberen Bereich eines Aufzugschachts für die Aufzugkabine (30) angeordnet ist.
System nach einem der vorausgehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Emissions- und Detektionseinrichtung (10) in einer Grube eines Aufzugschachts für die Aufzugkabine (30) angeordnet ist.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (20) bzw. der Transponder feststehend ist und die Emissions- und Detektionseinrichtung (10) an der Aufzugkabine angebracht ist.
System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (20) bzw. der Transponder in einem oberen Bereich eines Aufzugschachts für die Aufzugkabine (30) angeordnet ist.
System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (20) bzw. der Transponder in einer Grube eines Aufzugschachts für die Aufzugkabine (30) angeordnet ist.
System nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Strahlung (12) Laserlicht ist, wenn das System einen Reflektor verwendet.
System nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Strahlung Mikrowellenstrahlung ist.
System nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinpositionseinrichtung ein derartiger auf Strahlung basierender Phasenmess-Sensor ist, dass nur eine einzige Modulationsfrequenz verwendet wird.
Verfahren zum Bestimmen einer Absolutposition einer Aufzugkabine, umfassend folgende Schritte: Aussenden von elektromagnetischer Strahlung von einer Quelle und Hervorrufen einer Reflexion bzw. eines Rücksendens elektromagnetischer Strahlung von einem Reflektor (20) oder einem Transponder, wenn die elektromagnetische Strahlung auf den Reflektor (20) bzw. den Transponder auftrifft; Modulieren der elektromagnetischen Strahlung mit zwei verschiedenen Frequenzen, von denen die eine eine höhere Modulationsfrequenz ist und die andere eine niedrigere Modulationsfrequenz ist; Bestimmen, ob die Aufzugkabine (30) stationär ist; in Reaktion auf den Schritt der Modulierung sowie den Schritt der Bestimmung erfolgende Kalibrierung des Systems, wenn die Aufzugkabine (30) stationär ist, um eine Ausgangsposition der Aufzugkabine (30) zu bestimmen; unter Verwendung der Ausgangsposition der Aufzugkabine (30) sowie in Reaktion auf den Schritt der Modulierung erfolgende Bestimmung einer Grobposition der Aufzugkabine (30) anhand einer die höhere Modulationsfrequenz verwendende Feinmessung, wenn die Aufzugkabine (30) in Bewegung ist; in Reaktion auf den Schritt der Modulierung erfolgende Bestimmung einer Feinposition der Aufzugkabine anhand der höheren Modulationsfrequenz, wenn die Kabine in Bewegung ist; und auf der Basis der Grobposition und der Feinposition erfolgende Bestimmung einer Absolutposition der Aufzugkabine, wenn die Aufzugkabine (30) in Bewegung ist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ferner unter Verwendung der Schritte zum Bestimmen der Grobposition und der Feinposition eine Geschwindigkeit sowie die Richtung der Aufzugkabine (30) bestimmt werden, wenn die Aufzugkabine (30) in Bewegung ist.