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Die Erfindung bezieht sich auf eine seillose Aufzugsanlage, insbesondere auf eine sogenannte MULTI™-Aufzugsanlage mit einem aus dem Bereich der Magnetschwebetechnik bzw. Transrapid™-Technik bekannten Linearantrieb. Dabei betrifft die Erfindung eine bei einer solchen Aufzugsanlage einsetzbare Kommunikationseinrichtung zur drahtlosen Übertragung von Sensorsignalen zwischen einer Aufzugskabine und einer Antriebssteuerung.
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Da heutige Antriebssysteme von hier betroffenen, seillosen Aufzugsanlagen bezüglich der Fahrbewegungen der Aufzugskabine nicht ganz so betriebssicher wie seilgebundene Aufzugsanlagen sind, muss die Betriebssicherheit solcher Anlagen mittels einer eigenen Sicherheitskontrolle gewährleistet werden. So wird unsicheren Betriebsbedingungen wie z.B. zu hohen Betriebstemperaturen, zu hohen Geschwindigkeiten bzw. Beschleunigungen der Aufzugskabine oder falschen Haltepositionen der Kabine durch ein Abschalten von Antriebssteuerelementen entgegengewirkt. Im Falle einer einen genannten Linearantrieb aufweisenden Aufzugsanlage wird dabei eine Anzahl von Mikrocontroller-basiert angesteuerten Wechselrichtern mit einem sogenannten „STO“-Steuerbefehl (STO = Save Torque Off) beaufschlagt und möglichst gleichzeitig eine Sicherheitsbremse der Aufzugskabine aktiviert.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Kommunikationskonzept zur drahtlosen und dennoch möglichst betriebssicheren Kommunikation zwischen einer Aufzugskabine und dem Antriebssystem einer hier betroffenen, seillosen Aufzugsanlage anzugeben, um die genannten Sicherheitserfordernisse zu erfüllen.
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Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Die Erfindung schlägt eine Kommunikationseinrichtung sowie ein Verfahren zur drahtlosen Datenübertragung zur möglichst schnellen und dennoch betriebssicheren bzw. zuverlässigen Übertragung von in einer Aufzugskabine von einer Sensoreinheit, insbesondere von einem Positionssensor, generierten Sensorsignalen an ein Antriebssteuersystem einer hier betroffenen seillosen Aufzugsanlage vor. Die Positionsinformationen müssen von einer fahrenden Aufzugskabine bzw. einem entsprechenden Fahrkorb an in einem Aufzugsschacht angeordnete Motor- bzw. Antriebssteuerelementen, z.B. an Wechselrichter im Falle eines genannten, magnetischen Antriebsystems, mit möglichst minimaler Zeitverzögerung übertragen werden, damit diese steuerungsrelevanten Informationen zur Steuerung der Bewegungen der Aufzugskabine mit einer relativ hohen Bandbreite übertragen werden können.
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Das vorgeschlagene Kommunikationskonzept weist insbesondere keine bzw. nur geringe Latenz- bzw. Totzeiten auf.
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Die Sensor- bzw. Positionsinformationen werden gemäß einem Aspekt der Erfindung anhand eines relativ einfach strukturierten Kommunikationsprotokolls kodiert, welches die digitale Übertragung eines Taktsignals („clock signal“) und eines Datensignals mittels nur eines einzigen Übertragungskanals ermöglicht. So kann ein aus der „Transrapid“-Technik bekanntes Kommunikationsverfahren eingesetzt werden, welches eine spezielle Variante eines sog. „Leitungscodes“ darstellt. Dabei können Takt und Daten auf verschiedenste Weise zusammen moduliert werden, z.B. mittels Pulsweitenmodulation.
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Es ist dabei anzumerken, dass die Sensoreinheit und das Antriebssteuersystem bei diesem Kommunikationsprotokoll gleichrangige Teilnehmer eines jeweiligen Kommunikationskanals sind. Der so erzeugte binäre Datenstrom wird dabei auf ein optisches oder induktives Trägersignal aufmoduliert, welches von der Aufzugskabine an die genannten, in dem Aufzugsschacht fest angeordneten Antriebssteuerelemente drahtlos übertragen wird.
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Da herkömmliche drahtlose Kommunikationsmethoden wie „WiFi“ relativ hohe Totzeiten zwischen Sender und Empfänger verursachen und die entsprechenden Schnittstellenprotokolle relativ komplex sind, wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zur drahtlosen Übertragung der Positionsdaten eine direkte Einweg-Kommunikation zwischen der Aufzugskabine und den Wechselrichtern des Antriebssystems einer hier betroffenen Aufzugsanlage vorgesehen, wodurch die Positionsdaten mit minimaler Verzögerung und damit sozusagen in Echtzeit übertragen werden können.
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Die drahtlose Übertragung der Daten kann dabei in vorteilhafter Weise von einem Sender an mehrere Empfänger erfolgen, wobei die jeweiligen Kommunikationsteilnehmer (d.h. Sender und Empfänger) in ihrem Verarbeitungs- bzw. Rechentakt vorteilhafterweise nicht synchronisiert sein müssen.
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Es ist anzumerken, dass bei der vorgeschlagenen Kommunikationseinrichtung zur Positionserfassung der Aufzugskabine in dem Aufzugsschacht mittels einer hier betroffenen Sensorik der aktive Teil der Sensorik an der Aufzugskabine der Aufzugsanlage und die erforderliche Messskala als passive Komponente an dem Aufzugsschacht angeordnet sind. Diese Anordnung ermöglicht zwar eine Kostenersparnis gegenüber einer Anordnung mit einem fest angeordneten, aktiven Sensorkopf. Dabei ist es allerdings erforderlich, dass die Positionsdaten von der Aufzugskabine zu der im Aufzugsschacht angeordneten Antriebssteuerung, z.B. zu genannten Wechselrichtern, mit minimaler Verzögerung übertragen werden.
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Die vorgeschlagene Kommunikationseinrichtung bzw. das dabei eingesetzte Kommunikationsprotokoll können auch zur sicheren und schnellen (Drehmoment- bzw. Kraft-) Abschaltung eines Motorantriebs bzw. zur genannten, entsprechend schnellen STO-Kommunikation angewendet werden, um entsprechende Steuerbefehle sicher und möglichst schnell von einer Aufzugskabine einer seillosen Aufzugsanlage an eine oder mehrere, in einem Aufzugsschacht angeordnete Komponenten zu übertragen. Somit wird auch eine direkte bzw. schnelle und funktionell/betrieblich sichere Übertragung insbesondere genannter STO-Steuerbefehle von einer Aufzugskabine eines MULTI-Systems zu jeweiligen, an einem im Aufzugsschacht vorgesehenen Fahrschlitten angeordneten Antriebssteuereinheiten bzw. Steuerelementen ermöglicht.
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Eine hier bevorzugt betroffene, seillose Aufzugsanlage umfasst einen Linearantrieb, der eine Vielzahl von entlang einer Fahrschiene angeordnete Linearmotoren aufweist, wobei die Linearmotoren mit einer Magneteinheit in Wechselwirkung stehen. Dabei korreliert ein mit der Vielzahl von Linearmotoren erzeugtes Wandermagnetfeld mit einem Magnetfeld der Magneteinheit, insbesondere mit einem im Wesentlichen statischen Magnetfeld, und treibt somit die Aufzugskabine an. Der Linearantrieb weist zudem eine Steuerungseinheit auf, die ausgebildet ist, die Vielzahl der Linearmotoren in Abhängigkeit von dem ersten Sensorsignal anzusteuern, um einen Parameter, insbesondere eine Amplitude und/oder eine Frequenz und/oder eine Phasenlage, des Wandermagnetfelds einzustellen.
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Es ist hierbei anzumerken, dass der Begriff „seillose“ Aufzugsanlagen sowohl genannte M U L TITM-Systeme der Anmelderin als auch weitläufig bekannte hydraulisch betriebene Aufzüge umfasst.
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Eine genannte Sensoreinheit kann dabei ausgebildet sein, zu einem ersten Zeitpunkt (t1) und zu einem zweiten Zeitpunkt (t2) ein erstes Sensorsignal mit jeweils einer Information über die Position der Aufzugskabine an den Linearantrieb zu senden, wobei der Linearantrieb wiederum ausgebildet ist, um das erste Sensorsignal mit jeweils einer Information über die Position der Aufzugskabine zu erhalten. Zu einem dritten Zeitpunkt (t3) wird die aktuelle Position der Aufzugskabine geschätzt, und zwar basierend auf der Information über die Position der Aufzugskabine zum ersten Zeitpunkt (t1) und zum zweiten Zeitpunkt (t2). Der Linearantrieb ist ferner ausgebildet, die Aufzugskabine in Abhängigkeit von der geschätzten Position entsprechend zu verfahren.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass eine erste und wenigstens eine zweite Sensoreinheit vorgesehen sind, welche ausgebildet sind, dass die erste Sensoreinheit zu einem ersten Zeitpunkt (t1) und zu einem zweiten Zeitpunkt (t2) ein erstes Sensorsignal mit jeweils einer Information über die Position der Aufzugskabine an eine erste und eine zweite Linearmotorsteuerung sendet. Die zweite Sensoreinheit ist ausgebildet, zu einem ersten Zeitpunkt (t1) und zu einem zweiten Zeitpunkt (t2) ein zweites Sensorsignal mit jeweils einer Information über die Position der Aufzugskabine an die erste Linearmotorsteuerung zu senden i und das erste Sensorsignal mit jeweils einer Information über die Position der Aufzugskabine zu erhalten. Zu einem dritten Zeitpunkt (t3) wird die aktuelle Position der Aufzugskabine, basierend auf der Information über die Position der Aufzugskabine zum ersten Zeitpunkt (t1) und zum zweiten Zeitpunkt (t2), geschätzt. Dabei ist die erste Linearmotorsteuerung ausgebildet, das erste und/oder das zweite Sensorsignal mit jeweils einer Information über die Position der Aufzugskabine zu erhalten und zu einem dritten Zeitpunkt (t3) die aktuelle Position der Aufzugskabine, basierend auf der Information über die Position der Aufzugskabine zum ersten Zeitpunkt (t1) und zum zweiten Zeitpunkt (t2), aus dem ersten und/oder dem zweiten Sensorsignal zu schätzen. Die erste und die zweite Linearmotorsteuerung sind ausgebildet, die entsprechenden Linearmotoren basierend auf der so geschätzten Position anzusteuern.
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Es ist anzumerken, dass sowohl die Übertragung von genannten STO-Steuerbefehlen als auch die Übertragung von Sensordaten gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren und der Einrichtung drahtlos erfolgen, z.B. durch optische oder induktive Übertragung, wobei jeweils ein Grundsignal auf ein Trägersignal aufmoduliert wird. Dabei wird bei den STO-Steuerbefehlen ein möglichst einfach zu implementierendes Kommunikationsverfahren angewendet, welches mit technisch möglichst einfachen, diskreten Bauteilen realisiert werden kann und keine dedizierte Steuerungssoftware benötigt. Um die erforderliche SIL-Stufe zu erreichen, wird dieses Verfahren mit möglichst niedrigen Frequenzen betrieben. Bei der Übertragung der Sensordaten bzw. Positionsdaten eignet sich jedoch ein komplexeres Verfahren, z.B. ein entsprechender Leitungscode mit Synchronisierung, um diese Daten möglichst verzögerungsfrei mit hoher Bandbreite und hoher Güte zu übertragen. Dabei kommt bevorzugt eine hardwarenahe Software, z.B. ein „Field Programmable Gate Array“ (FPGA), zum Einsatz, mittels der in einen integrierten Schaltkreis (IC) eine logische Schaltung geladen werden kann.
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Wenn nachfolgend auf die Ordnungszahlen (erste, zweite, ...) vor den Merkmalen (z.B. Sensoreinheit, Sensorsignal, ...) verzichtet wird, bezieht sich die Aussage sowohl auf das erste als auch jedes entsprechende weitere Merkmal. D.h., dass Merkmale, die sich auf die Sensoreinheit bezieht, sowohl auf die erste, als auch die zweite und jede mögliche weitere Sensoreinheit anwendbar sind. Gleiches gilt für alle anderen mehrfach auftretenden Merkmale.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend, Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen, erläutert. Dabei werden identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente, Objekte und/oder Strukturen in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung dieser Elemente untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer hier betroffenen Aufzugsanlage mit einem an einer Aufzugskabine angeordneten Positionssensor, und zwar in einer perspektivischen Darstellung;
- 2 eine schematische Darstellung eines Antriebssystems einer in 1 gezeigten Aufzugsanlage, und zwar in Form eines Blockdiagramms;
- 3 eine weitere schematische Darstellung einer hierin umfassten MULTITM-Aufzugsanlage in einer perspektivischen Darstellung;
- 4 eine schematische Darstellung von Funktionskomponenten eines Sensor- bzw. Kommunikationssystems, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 5a, b eine schematische Darstellung von Funktionskomponenten eines Senders (a) und eines Empfängers (b) eines Sensor- bzw. Kommunikationssystems mit einem optischen Übertragungskanal, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer hier betroffenen Aufzugsanlage 100. Die Aufzugsanlage 100 umfasst zumindest eine Fahrschiene 102, zumindest eine Aufzugskabine (bzw. Fahrkorb) 110, einen Linearantrieb 10 und eine erste Sensoreinheit 12a einer Sensoreinrichtung zur Übertragung bzw. Kommunikation von Sensordaten. Die erste Sensoreinheit 12a ist vorliegend ein an der Aufzugskabine angeordneter Positionssensor, der die hohen Anforderungen an die Genauigkeit der Positionsmessung der Aufzugskabine einer hier betroffenen, seillosen Aufzugsanlage 100 zur Antriebsregelung erfüllt. Die Fahrschiene 102 ist in einem Schacht 120 angeordnet. Die Aufzugskabine 110 weist ein Fahrgestell bzw. einen Fahrschlitten 112 auf. Insbesondere kann die Aufzugsanlage nicht nur einen, sondern eine Mehrzahl von Aufzugskabinen 110 umfassen, die dann jeweils ein Fahrgestell bzw. Fahrschlitten 112 aufweisen. Das Fahrgestell 112 ist entlang der Fahrschiene 102 in einer Fahrtrichtung (F) verfahrbar, wobei der Linearantrieb 10 das Verfahren der Aufzugskabine 110 übernimmt.
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Die erste Sensoreinheit 12a sendet, beispielsweise zu vorbestimmten Sensorabtastzeitpunkten, ein erstes Sensorsignal 14a über einen ersten Kommunikationskanal an den Linearantrieb 10. Das erste Sensorsignal 14a umfasst eine Information über die Position der Aufzugskabine 110. Der Linearantrieb empfängt das erste Sensorsignal und speichert dieses zumindest temporär. Der Linearantrieb 10 kann daraufhin die Aufzugskabine 110 in Abhängigkeit von dem ersten Sensorsignal 14a verfahren, indem eine (nicht gezeigte) Motorsteuerung des Linearantriebs 10 die Position der Aufzugskabine 110 regelt. Das Speichern des Sensorsignals 14a im Linearantrieb kann beispielsweise so lange erfolgen, bis der Linearantrieb 100 sich nachgeregelt hat, d.h. eine neue Regelgröße bestimmt hat.
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2 zeigt eine schematische Blockdarstellung der Aufzugsanlage 100, wobei der Linearantrieb 10 detaillierter dargestellt ist. Dieser weist eine Mehrzahl von Linearmotoren 16 und jeweils zugeordneten Steuerungseinheiten 20 auf, wobei jeder Linearmotor 16a, 16a', 16a'', 16b, 16b', 16b'' der Mehrzahl von Linearmotoren 16 mit einer Linearmotorsteuerung 20a, 20a', 20a'', 20b, 20b', 20b'' der Mehrzahl von Steuerungseinheiten 20 (elektrisch) verbunden ist. Ein Linearmotor 16 kann ein Spulenset mit beispielsweise drei Spulen aufweisen, die einen um im Wesentlichen 360°/„Anzahl der Spulen“ verschobenen Stromfluss aufweisen. Die Linearmotorsteuerungen 20a, 20a', 20a'', 20b, 20b', 20b" senden das entsprechende Steuersignal 24a, 24a', 24a'', 24b, 24b', 24b'', beispielsweise die jeweilige Regelgröße, zur Ansteuerung der Linearmotoren 16 an den entsprechenden Linearmotor 16a, 16a', 16a'', 16b, 16b', 16b''.
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Die Aufzugskabine 110 wird dabei von einem durch die Linearmotoren 16 erzeugten (Wander-) Magnetfeld angetrieben, das mit einem Magnetfeld einer an der Aufzugskabine angeordneten Magneteinheit 22 in Wechselwirkung steht. Die Magneteinheit 22 weist beispielsweise einen oder mehrere Permanentmagnete auf, die mit abwechselnder Polarität an der Magneteinheit 22 angeordnet sind, so dass durch die Magneteinheit ein von der Polung (räumlich) gesehen alternierendes, aber zeitlich konstantes Magnetfeld erzeugt wird. Durch das wandernde Magnetfeld des Linearantriebs wird die Magneteinheit, und damit die Aufzugskabine 110, verfahren.
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Die Linearmotorsteuerungen 20a, 20a', 20a'' erhalten jeweils das erste Sensorsignal 14a von der ersten Sensoreinheit 12a und ein zweites Sensorsignal 14b von einer zweiten Sensoreinheit 12b. Die Linearmotorsteuerungen 20b, 20b', 20b'' erhalten jeweils das zweite Sensorsignal 14b und optional ein drittes Sensorsignal 14c von einer dritten Sensoreinheit 12c. Der Linearmotor 16a bildet eine erste Teilmenge der Vielzahl von Linearmotoren 16.
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Es ist hierbei anzumerken, dass in der 2 ein verteiltes Sensorsystem gezeigt ist, bei dem die jeweiligen Sensoren im Schacht und eine den Sensoren zugeordnete Messskala an der Aufzugskabine angeordnet sind. Dabei ist hervorzuheben, dass sich die vorliegende Erfindung aber auf eine schnelle Datenübertragung bezieht, welche insbesondere voraussetzt, dass man das Sensorsystem auch so ausbilden kann, dass die jeweiligen Sensoren an der Aufzugskabine und die Messskala im Schacht angeordnet sind.
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Die erste Sensoreinheit 12a befindet sich räumlich zwischen der ersten Teilmenge von Linearmotoren und der zweiten Teilmenge von Linearmotoren. Demnach befindet sich zumindest ein Teil des Linearmotors 16a zwischen der ersten Sensoreinheit 12a und der zweiten Sensoreinheit 12b. Der Linearmotor 16b befindet sich somit auf einer von der zweiten Sensoreinheit 16b abgewandten bzw. einer der dritten Sensoreinheit 12c zugewandten Seite der ersten Sensoreinheit 12a. Dadurch benötigen nur diejenigen Linearmotoren bzw. diejenigen Linearmotorsteuerungen das Sensorsignal einer Sensoreinheit, welche zum Zeitpunkt der Messung eines Sensorsignals die Position einer Aufzugskabine beeinflussen können bzw. die Aufzugskabine verfahren können. Die Sensoreinheiten 12 können auch so in dem Schacht entlang der Fahrschiene angeordnet sein, dass diese einen Abstand aufweisen, welcher der Höhe der Aufzugskabine entspricht oder um wenige Prozent geringer ist.
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3 zeigt Teile einer hier bevorzugt betroffenen MUL TITM-Aufzugsanlage 100, in der eine Vielzahl von Sensoreinheiten 12a-12g verwendet wird. Auf die detaillierte Darstellung des bereits beschriebenen Linearantriebs wurde zur besseren Übersichtlichkeit der Zeichnung verzichtet. Die Aufzugsanlage 100 umfasst eine Mehrzahl an Fahrschienen 102, entlang welcher mehrere Aufzugskabinen 110, z.B. mittels einer Rucksacklagerung, geführt werden können. Eine Rucksacklagerung wird bei einer hier umfassten magnetisch betriebenen Aufzugsanlage durch mittels der Fahrschiene 102 angetriebene Halterungselemente (z.B. Winkelstücke), auf denen die jeweilige Aufzugskabine mechanisch gedämpft gelagert ist, realisiert. Eine vertikale Fahrschiene 102V ist vertikal in einer ersten Richtung ausgerichtet und ermöglicht, dass die geführte Aufzugskabine 110 zwischen unterschiedlichen Stockwerken verfahrbar ist. Es sind in dieser vertikalen Richtung mehrere vertikale Fahrschienen 102V in benachbarten Schächten 120 angeordnet. Die Fahrschienen können auch als Führungsschienen bezeichnet werden.
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Zwischen den beiden vertikalen Fahrschienen
102V ist eine horizontale Fahrschiene
102H angeordnet, entlang welcher die Aufzugskabine
110 ebenfalls anhand einer Rucksacklagerung geführt werden kann. Diese horizontale Fahrschiene
102H ist horizontal in einer zweiten Richtung ausgerichtet, und ermöglicht, dass die Aufzugskabine
110 innerhalb eines Stockwerks verfahrbar ist. Ferner verbindet die horizontale Fahrschiene
102H die beiden vertikalen Fahrschienen
102V miteinander. Somit dient die zweite Fahrschiene
102H auch zum Überführen der Aufzugskabine
110 zwischen den beiden vertikalen Fahrschienen, um z.B. einen modernen Paternoster-Betrieb auszuführen. Es können in der Aufzugsanlage mehrere (nicht dargestellte) solche horizontalen Fahrschienen
102H vorgesehen sein, welche die beiden vertikalen Fahrschienen miteinander verbinden. Mittels einer Umsetzeinheit mit einer bewegbaren, insbesondere drehbaren Fahrschiene
103 ist die Aufzugskabine
110 zwischen einer vertikalen Fahrschiene
102V und einer horizontalen Fahrschiene
102H überführbar. Sämtliche Fahrschienen
102,
103 sind zumindest mittelbar an einer Schachtwand
120 angeordnet. Solche Aufzugsanlagen an sich sind in der
WO 2015/144781 A1 sowie in
DE10 2016 211 997A1 und
DE 10 2015 218 025 A1 beschrieben.
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In 4 sind relevante Komponenten einer hierin vorgeschlagenen Kommunikationseinrichtung sowie einer entsprechenden Sensorik einer hier betroffenen Aufzugsanlage mit einer vorliegend nur einzigen Aufzugskabine 400 anhand von jeweiligen Ausschnittvergrößerungen dargestellt. Die Aufzugskabine 400 ist in einem, in einer Seitenansicht schematisch dargestellten Schacht 405 mit einer Schachtwand 410 angeordnet. Der Antrieb der Aufzugskabine 400 erfolgt mittels in 2 gezeigter Linearmotoren und einer Vielzahl von an der Innenseite der Schachtwand angeordneter, vorliegend nur grauschattiert angedeuteter Motorsteuerungseinheiten 415 - 435.
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Eine in 1 bereits gezeigte, als Positionssensor ausgebildete erste Sensoreinheit (dortiges Bezugszeichen „12a“) umfasst in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Funktionskomponenten, und zwar einen an der Außenseite der Aufzugskabine 400 fest angeordneten, aktiven Sensorkopf 440 sowie eine an der Innenseite des Aufzugsschachts 410 fest angeordnete Messskala 445. Die Messskala 445 wird im Fahrbetrieb der Aufzugskabine 400 mittels eines von dem Sensorkopf 440 erzeugten Sensorsignals 455 detektiert. Der Sensorkopf 440 ist dabei an einem Fahrschlitten 450 angeordnet, der im Fahrbetrieb der Aufzugskabine 400 durch eine an der Innenwand des Schachts 410 angeordnete (hier nicht gezeigte) Fahrschiene geführt bewegt wird.
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Die von der Sensoreinheit 440, 445 erfassten Positionsdaten werden in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß einem Kommunikationsprotokoll bzw. einem entsprechenden „Leitungscode“ übertragen, bei dem die sensorisch erfassten Positionsdaten und die für die Kommunikation erforderlichen Taktdaten zu einem einzigen Datenwort zusammengeführt und entsprechend kodiert werden. Dadurch wird ermöglicht, dass die Übertragung dieser beiden Signale über nur einen einzigen Übertragungskanal erfolgen kann. Ein weiterer Vorteil dieser Vorgehensweise liegt darin, dass hierdurch zudem ermöglicht wird, dass die Positionsdaten von einem einzigen Sender zu mehreren Empfängern übertragen werden können, ohne dass es durch die Kommunikation oder Weiterleitung der Daten bzw. der entsprechenden binären Signale zu Verzögerungen kommt.
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Es ist anzumerken, dass zur Kodierung auch ein anderer Leitungscode angewendet werden kann, z.B. ein Leitungscode, bei dem mittels Synchronisierung bzw. „Schätzung“ mögliche Übertragungsfehler der asynchronen Übertragung verringert werden können.
Die so vorliegenden, einem genannten Datenwort entsprechenden binären Signale werden in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der vorgeschlagenen Kommunikationseinrichtung drahtlos an einen optischen Sender 460 weitergeleitet, welcher aus einer Reihe von über die gesamte Länge des Fahrschlittens (bzw. Fahrgestells) 450 der Aufzugskabine 400 angeordneten IR-(Infrarot-)LEDs gebildet ist. Es ist dabei anzumerken, dass nicht nur IR-Licht, sondern auch sichtbares Licht oder UV-Licht entsprechend einsetzbar ist. Zudem sind prinzipiell auch noch andere elektromagnetische Frequenzbereiche anwendbar. Die entsprechenden Empfänger 465 sind an der Innenwand 410 des Aufzugsschachts 405 angeordnet und jeweils mit einem Wechselrichter des seillosen Antriebssystems verbunden. Während des Fahrbetriebs der Aufzugskabine 400 werden die jeweils erfassten 455 Positionsdaten an alle für den sicheren Fahrbetrieb der Aufzugsanlage relevanten Funktionskomponenten übermittelt.
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Alternativ zur optischen Kopplung kann die Übertragung der Positionsdaten auch, abhängig vom jeweils verwendeten Leitungscode, mittels induktiver Kopplung zwischen einem Sender und den mehreren Empfängern erfolgen.
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Die Vorteile der vorgeschlagenen Kommunikationseinrichtung und entsprechenden Sensorik sowie des dabei angewendeten Kommunikationsverfahrens (bzw. -protokolls) gegenüber dem Stand der Technik sind:
- - Sehr geringe Latenzzeiten bei der Datenkommunikation;
- - sehr einfache und kostengünstige Implementierung und dennoch robuste Lösung, da insbesondere keine speziellen Komponenten, sondern ausschließlich Standardkomponenten verwendbar sind;
- - sehr hohe elektromagnetische Störfestigkeit bzw. Verträglichkeit (EMV bzw. EMC) im Falle von optischen Kommunikationskanälen;
- - einfach zu implementierende Redundanz durch Parallelisierung der Systeme möglich;
- - aufgrund der fortwährenden Änderungen von logischen Zuständen in dem genannten Kommunikationsprotokoll ist eine effektive Fehlererkennung relativ einfach zu realisieren (siehe nachfolgende Tabelle).
- - reine Hardware-basierte Lösung, d.h. keine (zu entwickelnde) Software erforderlich;
- - da bei mittels IR-(Infrarot-)licht betriebenen, optischen Kommunikationsstrecken das IR-Licht von Personen nicht erfasst werden kann, ergeben sich somit auch keine optischen Nachteile hinsichtlich des diesbezüglichen Komforts für Fahrgäste;
- - die modulationsbasierte Datenübertragung mit konstanter Trägerfrequenz macht die Lösung widerstandsfähig gegen in den Aufzugsschacht etwa einfallendes Streulicht;
- - das vorgeschlagene, modulare Kommunikationskonzept ermöglicht eine einfache und kostengünstige Wartung.
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Wie in 4 zusätzlich gestrichelt dargestellt, erfolgt die Kommunikation zwischen einer an der Aufzugskabine angeordneten Sicherheitskontrolleinrichtung und im Aufzugsschacht angeordneten Kommunikationseinrichtungen gemäß dem Stand der Technik mittels eines üblichen Ethernet-Protokolls, welches insbesondere eine durch eine an der Außenseite der Aufzugskabine 400 angeordnete erste Antenne 480 und eine an der Schachtwand 410 angeordnete zweite Antenne 485 gebildete, drahtlose Übertragungsstrecke umfasst. Eine an der Aufzugskabine angeordnete, hier nicht gezeigte erste Sicherheitskontrolleinrichtung überprüft dabei alle sicherheitsrelevanten Betriebsbedingungen, z.B. zu den Betriebsgrößen Kabinenposition und Kabinengeschwindigkeit sowie zum Funktionszustand von Kabinentüren. Wenn die Prüfung der Betriebsbedingungen ergibt, dass eine sichere Fahrbewegung der Aufzugskabine möglich ist, wird von der ersten Sicherheitskontrolleinrichtung ein entsprechender „STO“-Freigabebefehl über die Ethernet-Verbindung 480, 485 an eine im Aufzugsschacht 405 oder in einem hier nicht gezeigten Maschinenraum angeordnete, zweite Sicherheitskontrolleinrichtung gesendet.
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Die erste Sicherheitskontrolleinrichtung überträgt den STO-Befehl gemäß dem Stand der Technik weiter zu betreffenden Antriebssteuerelementen, welche im Bereich der momentanen Position der Aufzugskabine im Schacht angeordnet sind. Der für die Übertragung erforderliche Zeitraum ist aufgrund der Verzögerungen aufgrund des Ethernet-Kommunikationsprotokolls und aufgrund der Architektur der drahtlosen Ethernet-Verbindung jedoch größer als 100 ms.
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Die bei der Kraftübertragung des Linearmotor-Antriebssystems auf die Aufzugskabine kurzzeitig möglichen, hohen Spitzenwerte verursachen sehr hohe Beschleunigungswerte im Fahrbetrieb der Aufzugskabine. Daher muss die zum Abschalten bzw. Herunterfahren der Antriebssteuerung bzw. der Antriebssteuerelemente im Falle einer nicht genügend sicheren bzw. ungesicherten Bewegung der Kabine erforderliche Zeitspanne (erheblich) kürzer sein als die genannten, bei der Kommunikation gemäß dem Stand der Technik zwischen der Kabine und den im Aufzugsschacht fix angeordneten Kommunikationskomponenten auftretenden, zeitlichen Verzögerungen.
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Es wird daher erfindungsgemäß vorgeschlagen, zur Übertragung von genannten STO-Befehlen aus der Kabine an die entsprechenden Antriebssteuerelemente eine direkte, zweikanalige und damit betriebssichere bzw. zuverlässige Kommunikationsverbindung zwischen einer genannten ersten Sicherheitskontrolleinrichtung der Kabine und den betroffenen Antriebssteuerelementen, welche zum Antrieb der Kabine dienen, vorzusehen.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltung können bei einer in 4 gezeigten Kommunikationseinrichtung die für eine direkte STO-Verbindung erforderlichen Komponenten, d.h. die in 4 gezeigte, an sich sichere Kommunikationsverbindung 480, 485 zwischen der ersten Sicherheitskontrolleinrichtung der Kabine 400 und der zweiten Sicherheitskontrolleinrichtung des Schachts 405 beibehalten werden. Im Unterschied zu dem vorher beschrieben Ausführungsbeispiel werden dabei die in der Kabine 400 erzeugten STO-Befehle nun über den separaten Übertragungskanal 480, 485 an die in dem Schacht 405 angeordneten Wechselrichter des Antriebssystems drahtlos übertragen. Die zweite, im Schacht 405 angeordnete Sicherheitskontrolleinrichtung kann über das in 4 gestrichelt dargestellte Kommunikationsnetzwerk 480, 485 bei Bedarf ebenfalls einen STO-Befehl an die erste Sicherheitskontrolleinrichtung der Kabine 400 senden.
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Die in 4 dargestellten, über die gesamte Länge des Schlittens 450 angeordneten LEDs werden zur Übertragung der binären Daten eines STO-Befehls mit einem als Trägerfrequenz dienenden Rechteckimpuls mit konstanter Frequenz moduliert, z.B. mit einer Modulationsfrequenz von 150 kHz.
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Jeder der (in der 4 nicht gezeigten) Wechselrichter des Antriebssystems weist einen eigenen Empfänger (z.B. der in 4 gezeigte Photo-Empfänger 465) mit entsprechenden Fototransistoren auf, der gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einem Bandpassfilter verbunden ist. Der Bandpassfilter ist so konfiguriert, dass er nur die genannte, modulierte Frequenz durchlässt. Zur möglichst sicheren bzw. zuverlässigen Übertragung der STO-Befehle gemäß der „SIL-Level 3“-Zertifizierung entsprechend der internationalen Normung IEC61508/ IEC61511, welche auch als „Sicherheits-Integritätslevel“ (engl. „safety integrity level‟) bezeichnet wird, sind gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei separate Übertragungskanäle vorgesehen. Dabei wird der jeweils zweite Übertragungskanal mit einer anderen Frequenz als der erste Kanal betrieben, z.B. mit einer Modulationsfrequenz von 400 kHz.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird somit ein genannter, eine möglichst schnelle STO-Kommunikationsverbindung bereitstellender Sender wenigstens durch die drei in 5a gezeigten Funktionskomponenten realisiert. Dabei werden eingehende 500, binäre Daten mittels eines Quarzoszillators 505 in ein entsprechendes Rechtecksignal umgewandelt. Das so erzeugte Rechtecksignal wird einem LED-Treiber 510 zugeführt, welcher eine LED 515 entsprechend ansteuert.
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Die gezeigten drei Funktionskomponenten 505 - 515 können über das Eingangssignal 500 mit der jeweils erforderlichen, elektrischen Betriebsspannung versorgt werden. Für ggf. erforderliche Anpassungen des Spannungspegels kann ein Abwärtswandler vorgesehen sein. Durch diese Art der Spannungsversorgung wird zudem eine etwa erforderliche Fehleranalyse erheblich vereinfacht. So wird in dem Fall, dass am Eingang 500 des Quarzoszillators 505 kein STO-Freigabesignal anliegt, kein rechteckförmiges Signal von dem Oszillator 505 erzeugt und somit im Ergebnis auch kein pulsförmiges Ausgangssignal der LED 515 des Senders, auch wenn die Stromversorgung unterbrochen ist.
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Es ist hierzu anzumerken, dass LEDs meist für einen sehr niedrigen Energie- bzw. Stromverbrauch ausgelegt sind, da sie häufig in batteriebetriebenen Geräten wie z.B. Fernbedienungen zum Einsatz kommen. Daher ist deren Betrieb ausschließlich mittels des Eingangssignals 500 des Oszillators 505 auch sehr zuverlässig möglich.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein genannter Empfänger wenigstens durch die fünf in 5b gezeigten Funktionskomponenten realisiert. Dabei ist im Vergleich zu dem beschriebenen Sender etwas mehr Aufwand für die technische Realisierung erforderlich.
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Die vom Sender abgestrahlten Infrarot-Lichtimpulse werden in dem Empfänger mittels eines oder mehrerer Fototransistoren 520 wieder in elektrische Signale umgewandelt. Ein solcher Fototransistor ist bekanntermaßen ein Bipolar-Transistor mit einer pnp- oder npn-Schichtenfolge, dessen jeweiliger pn-Übergang einer Basis-Kollektor-Sperrschicht dem eingestrahlten Licht zugänglich gemacht wird. Die Ansteuerung eines einzelnen Fototransistors wird dabei mittels des über den Lichteinfall erzeugten Sperrstroms durch diese Sperrschicht realisiert. Nach einer (Vor-)Verstärkung mittels einer ersten Verstärkerstufe 525 des/der von dem/den Fototransistor/en 520 gelieferten Strompulse(s) wird im Falle von mehreren Fototransistoren mittels einer Multiplexer-Schaltung 530 aus den Ausgangssignalen der jeweiligen Fototransistoren 520 ein einziges, pulsförmiges Signal erzeugt.
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Zwischen mehreren Fototransistoren etwa auftretende, durch den jeweils betroffenen Signalpfad bedingte Verzögerungen sind aufgrund der hier vorliegenden Frequenzen im Bereich von einigen 100 kHz vernachlässigbar. Ein zusätzlich vorgesehener Bandpassfilter 535 dient dazu, das dann vorliegende Signal auf den Frequenzbereich des Quarzoszillators 505 des Senders zu beschränken. Dadurch wird sichergestellt, dass die in dem gesendeten Signal enthaltenen, binären Daten nicht durch z.B. Signalanteile mit höheren Frequenzen verändert werden können.
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Nach der Verstärkung 525 des Eingangssignals und der Anpassung des Spannungspegels mittels einer zweiten Verstärkerstufe 540 können die dann vorliegenden Ausgangssignale 545 des Empfängers als STO-Eingangssignale der genannten, an der Innenwand des Aufzugsschachts angeordneten Antriebssteuerelemente verwendet werden.
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Die schnelle STO-Kommunikation kann mittels eines hier nicht gezeigten, zusätzlichen induktiven Kanals erweitert werden. Diese Erweiterung kann insbesondere dann erforderlich sein, wenn zur Erreichung des genannten SIL-Levels eine Vielzahl von Kommunikationskanälen erforderlich ist oder um STO-Statusabfragen bzw. entsprechende Rückmeldungen seitens der genannten Wechselrichter zu ermöglichen. Das Arbeitsprinzip einer induktiven Signalübertragung kann im Übrigen auf die gleiche Weise erfolgen wie bei der beschriebenen optischen Variante.
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Der Sender und der Empfänger können im Falle des induktiven Kommunikationsansatzes jeweils durch eine elektronische Leiterplatte realisiert werden, wobei die Senderspule und die Empfängerspule durch entsprechende Leiterbahnen gebildet sind. Wenn mittels einer entsprechenden Schaltung ein Signal zu übertragen ist, wird eine bestimmte Frequenz in an sich bekannter Weise mittels eines einfachen Schaltkreises, z.B. mittels eines geeigneten DC/DC-Wandlers, erzeugt und der genannten Senderspule zugeführt. Im Falle eines DC/DC-Wandlers liegt an dessen Eingang und Ausgang eine Gleichspannung (mit einer Frequenz von 0 Hz) an. In dem Empfänger wird das empfangene Signal, wie beschrieben, verstärkt und mittels eines Bandpassfilters gefiltert.
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Gegenüber der optischen Kommunikation hat die induktive Variante die folgenden weiteren Vorteile:
- - Die induktive Übertragung ist unempfindlich gegenüber Staub;
- - es ist keine optische Abschirmung erforderlich.
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In der folgenden Tabelle ist eine typische Fehleranalyse möglicher Fehlfunktionen einer hier betroffenen Kommunikationseinrichtung gezeigt:
| Fehlfunktion | Auswirkungen der Fehlfunktion | Fehlfunktion kritisch? |
| Ausgang des Senders hängt bei Betriebsspannung | Das gesendete Signal mit einer Frequenz von 0 Hz wird übertragen und durch den Bandpassfilter herausgefiltert | Nein |
| Ausgang des Senders hängt auf Massepotential | Das gesendete Signal mit einer Frequenz von 0 Hz wird übertragen und durch den Bandpassfilter herausgefiltert | Nein |
| Quarzoszillator des Senders arbeitet in einem falschen Frequenzbereich | Die nicht korrekten Frequenzen werden durch den Bandpassfilter herausgefiltert | Nein |
| Einstrahlung von Streulicht in den Empfänger | Das empfangene Signal mit einer Frequenz von 0 Hz wird durch den Bandpassfilter herausgefiltert | Nein |
| Interferenz durch Emission bei einer bestimmten Frequenz | Der STO Befehl wird auf zwei Übertragungskanäle unterschiedlicher Frequenz aufgeteilt, es ist unwahrscheinlich, dass beide Kanäle durch die Interferenz gestört sind. | Nein |
| Optische Übertragungsstrecke durch Staub oder ein anderes Objekt unterbrochen | Das gesendete Signal mit einer Frequenz von 0 Hz wird übertragen und durch den Bandpassfilter herausgefiltert | Nein |
| Im Bandpassfilters auftretender Kurzschluss | Die Filtercharakteristik wird aufgrund der Reihenschaltung der Bauteile so verändert, dass das Signal nicht passieren kann. | Nein |
| Im Bandpassfilter auftretender Langschluss | Die Filtercharakteristik wird aufgrund der Reihenschaltung der Bauteile so verändert, dass das Signal nicht passieren kann. | Nein |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2015/144781 A1 [0029]
- DE 102016211997 A1 [0029]
- DE 102015218025 A1 [0029]
