FI112064B - Hissiryhmän ohjausmenetelmä - Google Patents

Description

χ 112064 HISSIRYHMÄN OHJAUSMENETELMÄ

Keksinnön kohteena on hissiryhmän ohjausmenetelmä ta-sokutsujen allokoimiseksi hissikoreille siten, että 5 asetettu matkustajien palvelut nso pyi1 taan tay ttamoian .

Monien erilaisten tehtävien joukossa hissiryhmäohjauk-sen perustoimintana on ulkokutsujen allokointi. Allokoinnin tavoitteena on antaa kutsut hissikorien pal-10 veltaviksi siten, että jokin järjestelmää kuvaava tunnusluku olisi mahdollisimman hyvä. Perinteisesti yleisimmin käytetyt tunnusluvut ovat kutsuaikoihin ja matkustajien odotusaikoihin liittyviä. Tyypillisesti näistä lasketaan keskiarvoja ja määritetään jakaumia.

15

Ulkokutsujen allokointimenetelmät ovat moninaiset ja jokaisella hissiyhtiöllä on omat menetelmänsä tämän tehtävän toteuttamiseksi. Yhteistä näille eri menetelmille kuitenkin on, että niihin sisältyy joukko kulle-20 kin menetelmälle ominaisia parametreja, joilla vaikutetaan käytetyn menetelmän toimintaan. Voidaan järjes-ί tää siten, että eri liikennetilanteissa otetaan käyt- : j töön sille sopiva parametrijoukko. Tällä halutaan an- : taa järjestelmälle mahdollisuus mukautua vallitsevaan 25 liikennetilanteeseen rakennuksessa.

» ,···, Tunnetussa ohjausmenetelmässä liikenneilmaisin seuraa hissijärjestelmän toimintaa ja tilaa ja päättelee val-,, , litsevan liikennetyypin ja voimakkuuden. Monitoroita- * i · • ·* 30 via asioita ovat tyypillisesti ulkokutsut, korikutsut, hissien kuormat jne. Riippuen tunnistetusta liikenne- : tyypistä otetaan käyttöön tälle liikennetyypille rää- .··*. tälöity parametri joukko. Esimerkiksi ulosmenoruuhkan » « > ·_ parametrijoukko voi antaa enemmän painoarvoa aulaker- *·:.* 35 roksia kohden suuntautuville ulkokutsuille kuin aula- » ·' · kerroksista annetuille kutsuille. Ruuhka-aikaan voi daan pyrkiä painottamaan korissa olevien matkustajien 112064 2 matkustusaikaa. Kun tavoitteena on minimoida yhtä aikaa kahta tai useampaa asiaa, on kyse monitavoiteopti-moinnista.

5 Hankaluutena edellä kuvatussa tunnetussa menetelmässä on parametripankin kutakin liikennetilannetta vastaavan parametrijoukon käytännön arvojen määritys. Kyseiset parametrit ovat herkkiä mm. rakennuksen tyypille, kerrosten lukumäärälle, matkustajien jakautumiselle 10 rakennuksen kerroksiin, hissien lukumäärälle ryhmässä ja hissien ominaisuuksille. Lisäksi todellinen liikenne talossa muuttuu, populaatiojakauma ei ole sta-tionäärinen pitkällä aikavälillä ja liikennetunnisti-men toiminnassa on herkästi epätarkkuutta, 15 tunnistusvirheitä ja tunnistusviiveitä.

Käytännössä parametripankin parametrijoukoille joudutaan antamaan sellaiset kompromissiarvot, jotka toimivat kohtuullisesti valtaosalla toimituksia ilman eril-20 lisasetuksia. Nämä parametriarvot on voitu asettaa esimerkiksi simulointiajojen perusteella tai asiantun- • tijan kokemuksen perusteella. On selvää, että tällai- j set keskimääräiset parametriarvot eivät johda parhaa- ;· ·_ seen mahdolliseen toimintaan kulloinkin käsillä ole- • · 25 vassa rakennuksessa ja hissiryhmässä.

# ·

Toinen ongelma liikennetyyppiin perustuvassa paramet-rijoukon vaihdossa on painotettavien asioiden valinta ja painotusten arvostus. Optimoitavia kohteita voidaan • · * • * .' 30 löytää lukuisia, kuten kutsuaika, matkustajien arvioi- tu odotusaika, ajoaika ja matkustusaika, pysähdysten * I · lukumäärä, korikuorma, yhtäaikaisten kori- ja ulkokut-;;; sujen lukumäärä jne. Mitä näistä kohteista pitäisi I | sitten painottaa ja kuinka paljon missäkin liikenneti-: 35 lanteessa? Jos kohteet valitaan ja painotukset kiinni- ·;*; tetään etukäteen, on kyseessä suunnittelijan etukäteen tekemä valinta, joka ei välttämättä vastaa talon omis- 3 112064 tajan tarpeita. Jos taas optimointikohteita ei haluta kiinnittää etukäteen, voidaan ajatella annettavan rakennuksen käyttöhenkilökunnalle vapautta ja sallittavan heidän itse päättää painotukset eri liikennetilan-5 teissä. Kuitenkaan tämä ei säädön ja koko asian monimutkaisuudesta johtuen ole järkevä vaihtoehto.

Keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä mainittuja epäkohtia. Erityisesti keksinnön tarkoituksena on tuo-10 da esiin uudenlainen hissiryhmän ohjausmenetelmä, jossa voidaan optimoida kahta toisilleen vastakkaista tavoitetta ja saada kokonaisuutena optimaalinen tulos riippuen aina siitä, miten näitä vastakkaisia tavoitteita toistensa suhteen painotetaan.

15

Keksinnölle tunnusomaisten seikkojen osalta viitataan vaatimusosaan.

Keksinnön mukaisessa hissiryhmän ohjausmenetelmässä 20 tasokutsujen allokoimiseksi hissiryhmän tietylle pal- veluajalle annetaan tavoitearvo. Tämän jälkeen taso- j kutsut allokoidaan siten, että annettu palveluajan ta- : ·, voitearvo keskimäärin toteutuu, jolloin hissiryhmän • · energiankulutus pienenee. Palveluaikana voidaan käyt-25 tää esimerkiksi kutsuaikaa, matkustajan odotusaikaa, • · matkustusaikaa tai ajoaikaa.

• < » * · • · t t » ·...* Toisin sanoen keksinnön mukaisessa ohjausmenetelmässä optimoidaan kahta toisilleen vastakkaista ja ei- i t t j · : 30 yhteismitallista suuretta eli aikaa ja energiankulu- tusta. Jotta nämä suureet saadaan yhteismitallisiksi « · i ja keskenään vertailukelpoisiksi, valitaan keksinnön > > t mukaisessa menetelmässä edullisesti hissien reitit R ’···' siten, että kustannustermi J=WT · Tn(R)+We · E„(R) (1) ; 35 4 112064 minimoituu. TN (R) on kutsuaikojen normalisoitu summa reitti vaihtoehdolla R ja vastaavasti E.. (R) on reitti-vaihtoehdon R aiheuttama normalisoitu enoraiankulutus. WT ja WE ovat edellä mainittujen kustannustermien pai-5 nokertoimet siten, että 0 < W, < 1 ja W, = 1-WT. (2)

Yksittäiset odotusajat ovat eksponentiaalisesti jakau-10 tuneet, mutta niiden summa T(R) noudattaa likimäärin normaalijakaumaa, jolloin niihin voidaan soveltaa nor-meerausta TN (R) - (T (R) -μτ) /στ. Vastaavasti energiatermil-le En (R) = (E (R) -μΕ) /σΕ. Odotusarvot μ ja keski jakaumat σ ovat koko kohdejoukon, eli käsillä olevaan kutsutilan-15 teeseen sopivien hissien reittivaihtoehtojen tunnusluvut. Käytännössä, koska reittivaihtoehtojen lukumäärä kasvaa eksponentiaalisesti aktiivisten ulkokutsujen lukumäärän mukana, tyydytään otossuureisiin: odotusarvon sijaan käytetään otoskeskiarvoja T ja E sekä kes-20 kihajonnan sijaan otoskeskihajontoja ST ja SE. Näin saadaan TN = (T (R)-f (R) )/ST(R) ja E„(R) « (E (R) - * *. E (R))/Se(R), missä R on riittävä joukko satunnaisesti ; *. generoituja reittivaihtoehtoja tuottamaan luotettavat i estimaattorit μ:lie ja a:lle. Normeerauksen jälkeen 25 molemmat optimointitavoitteet noudattavat likimäärin jakaumaa N(0,1), ja ovat siten summattavissa ongelmit-[ ; ta.

Allokoitaessa tasokutsuja tällä tavoin voidaan havaita j * : 30 järjestelmän toiminnassa kaksi eri ääripäätä eli WT=1 ja WE=0 sekä WT=0 ja WE=1. Ensimmäisessä tilanteessa op- » · · *. timointi etsii hisseille sellaiset reitit, että kutsu- * « · ;;; jen yhteenlaskettu odotusaika on mahdollisimman lyhyt.

Toisessa tilanteessa optimointi järjestelee reitit si-: 35 ten, että hissien kuluttama energia on mahdollisimman ·;··.’ pieni. Kuva 1 esittää näitä tilanteita.

5 112064

Kuvassa 1 vaaka-akselilla on liikenteen suhteellinen Intensiteetti verrattuna hissiryhmän laskennalliseen kuljetuskapasiteettiin. lii ikennetyyppinä on puhdas ulosmenoliikenne. Käyristä nähdään, kuinka odotusaiko-5 ien ja energiakulutusten optimointi ovat toisilleen vastakkaisia tavoitteita: pelkästään toista tavoitetta optimoitaessa toinen tavoite kärsii. Eri liikennetyy-pcillä käyrien muodot ja absoluuttiset arvot poikkeavat toisistaan, mutta toiminnan perusluonne säilyy.

10

Kuvan 1 tilanteessa on kyseessä järjestelmän toiminnan kaksi eri ääripäätä. On selvää, että näiden ääripäiden välillä voidaan liikkua portaattomasti valitsemalla painokertoimen WT ja WE kaavan 2 mukaisesti. Käytettä-15 vissä oleva toiminta-alue rajoittuu sekä odotusaikojen että energiankulutuksen suhteen käyrien väliseen alueeseen. Kuvassa 1 on esimerkkinä merkitty 60% intensi-teettipisteessä käytettävissä oleva toiminta-alue nuolilla. Periaatteessa jokaisesta mielivaltaisesti vali-20 tusta liikennetyypistä ja intensiteetistä voidaan piirtää oma ominaiskäyrä, joka kuvaa järjestelmän por- • taatonta siirtymistä puhtaasta energiaoptimoinnista : puhtaaseen odotusaikaoptimointiin.

2 5 Vaikka optimointikohteita on nyt vain kaksi ja näiden painotuksia muuttamalla voidaan siirtyä portaattomasti puhtaasta odotusaikaoptimoinnista puhtaaseen energian-'...· kulutuksen optimointiin, on olemassa hankala kysymys painokertoimien WT ja WE määrittämiseksi. Millä perusti · .* 30 teella asettaa painokertoimet jollain tunnistetulla liikennetyypillä ja intensiteetillä tähän taloon sopi- • · · vaksi? • I · » I f

Mielivaltaisesti aseteltavien painokertoimien ongelma-; 35 na on, että ei ole olemassa korkeamman tason tavoitet- ta, johon pitäisi pyrkiä, vaan on vain joukko enemmän tai vähemmän irrallisia optimointikohteita. Keksinnön 112064 6 mukaisessa menetelmässä on lähdetty siitä, että pyritään allokoimaan ulkokutsut sit^n, että keskimääräinen matkustajien tietty palveluaika, kuten esimerkiksi odotusaika, pysyy tietyllä tasolla riippumatta liiken-5 netilanteesta ja intensiteetistä. Kuvaan 1 on sisällytetty käyrät, jotka kuvaavat tilannetta, jossa matkustajien keskimääräiseksi tavoiteodotusajaksi on määritelty 20 sekuntia.

10 Valitsemalla kulloiseenkin liikennetilanteeseen sopi vat WT ja WE, pysytään asetetussa odotusaikatavoittees-sa ja samalla pystytään säästämään matkustajien kuljettamiseen tarvittavaa energiaa. Kuvan 1 molemmista käyristä nähdään selvästi, että tavoiteaika pystytään 15 säilyttämään lähes 100% liikenneintensiteettiin saakka ja samalla matkustajien kuljettamiseen tarvittava energia pienenee. Pieneneminen on erittäin merkittävää alle 60% liikenneintensiteetillä. Liikenneintensitee-tin kasvaessa tullaan lopulta pisteeseen, jossa puh-20 taalla odotusaikaoptimoinnillakaan ei asetettuun ta voitteeseen enää päästä.

* · ♦ » « · · ; ,·, Nyt on siis löydetty sitomisperiaate, jolla enemmän » i · |!V tai vähemmän irralliset optimointikohteet valjastetaan • t ‘,,1 25 korkeamman tason tavoitteen eli keskimääräisen odotus- • t ··' ajan saavuttamiseksi. Jäljellä on kuitenkin edelleen ' ‘ ongelma WT:n ja WE:n käytännön arvojen määrittämiseksi •\s>: eri liikennetilanteissa.

30 Keksinnön mukaisessa menetelmässä edullisesti liiken- • » teen tunnistus ja siihen sidotut parametrijoukot eli- • · · *. minoidaan tehokkaasti säätötekniikasta tunnetuin kei- ,·*·* noin. Säätötekniikassa pyritään prosessia ohjaamaan niin, että säädettävä suure pysyy mahdollisimman hyvin ; 35 tavoitearvossaan. Ideana on verrata säädettävää suu- m retta asetusarvoon ja muodostaa näiden välisestä virheestä ohjaus, jolla saadaan järjestelmän toiminta oh 7 112064 jatuksi oikeaan suuntaan niin, että virhe asetusarvon ja säädetyn suureen välillä poistuu.

Kuvassa 2 on esitettynä hissiryhmän ulkokutsujen ailo-5 koint.iin sovitettu säädetty prosessi , joi la VoVc-innfin mukaisesta el j_m_Lrio_i_cluuii cnilinou lam·'. ciitcjen tunuestus ja järjestelmästä saadaan immuuni sekä muutoksille prosessissa itsessään että ulkoisille tekijöille. Tämä tietenkin pätee vain niiden rajojen sisällä, joissa 10 prosessi pystyy asetettuun tavoitteeseen.

Matkustajien kuljetusprosessista halutaan säätää edullisesti järjestelmässä kulkevien matkustajien keskimääräistä odotusaikaa. Tästä saadaan mittauksia ulko-15 kutsunappien avulla. Kutsu aktivoituu, kun järjestelmään saapunut matkustaja antaa kutsun ja poistuu, kun hissi, jolle se on allokoitu, aloittaa kerrokseen hidastamisen ja kuittaa samalla kutsun pois. Näin toteutuneita yksittäisiä kutsuaikoja verrataan asetettuun 20 tavoiteaikaan.

Koska tämä mittaus on hyvin kohinainen eli toteutuneet I I I · ,· .·, yksittäiset kutsuajat vaihtelevat nollasta jopa yli 90 * t t !!V sekuntiin, käytetään kolmesta mahdollisesta PID- * * * • · 2 5 säätäjän lohkosta vain integroivaa lohkoa. Integroiva • · ’···* lohko ajaa keskimääräisen virheen nollaan. Keksinnön • e # » · * * mukaisessa menetelmässä integrointiaikavakio pitää va-

Ml ·,,,· Iita riittävän pitkäksi, jotta yksittäinen kohinainen mittaus ei pääse vaikuttamaan liikaa ohjaukseen u, 30 mutta kuitenkin riittävän lyhyeksi, jotta järjestelmä • « reagoi liikennetyypissä ja liikenneintensiteetissä ta- • · » *, pahtuviin muutoksiin.

• » · * i · 4 1» » ·

Integroivasta säätäjästä saatu ohjaus u muutetaan odo-; 35 tusajan optimoinnin painokertoimeksi WT kaavan 2 mukai- sesti. Virheen e integraali ajaa prosessia sen omi-naiskäyrää pitkin pisteeseen, jossa virhe e nollautuu.

112064 8

Jos esimerkiksi toteutuneiden kutsuaikojen keskiarvo pyrkii jäämään jälkeen tavoitteesta oli. järjestelmä palvelee liian hyvin, vaikkapa liikenteen hiljenemisen takia, virhe e kasvaa positiiviseen suuntaan. Tämän 5 seuraut-cspna pa inokorre-i-n w pinmppn w pi.ononep.

jOilO^.. OCiO u u^al Aw j ijii ... j_ 11a S S }uLyS cl 1 ^ ~ ... y t i_.LcUl j'LO.itr pidempiä odotusaikoja, ts . energian kulutuksen merkitys ro-1 tr va into elite j a valittaessa kasvaa ja odotusaiko j en merkitys pienenee.

10

Kuvassa 3 nähdään, kuinka painokertoimet hakeutuvat automaattisesti sellaisiin arvoihin, joissa toteutuneiden odotusaikojen pitkäaikainen keskiarvo vastaa tavoitearvoa. Kuvassa 3 painokertoimet hakeutuvat n. 15 40 ensimmäisen kutsun aikana oikealle alueelle. Tämän jälkeen säätäjä pystyy pitämään odotusaikojen pitkäaikaisen keskiarvon suhteellisen tarkasti tavoitearvossa. Kun tutkitaan asettumisen jälkeisiä kutsuja numero 40-180, niin niiden odotusaikojen keskiarvo on 20 se-20 kuntia. Sen sijaan, koska odotusaikamittaus on hyvin kohinainen, liikenteen lyhytaikaisia, paikallisia j .·. vaihteluja ei voida vastustaa. Tämä ei ole lopullinen ; .·, tarkoituskaan, vaan tavoitteena on saada palvelun pit- ;.V käaikainen keskiarvo asetetulle tasolle, mikä tavoite 25 siis selvästi toteutuukin.

* * * « • · ·

Keksinnön mukaisella hissiryhmän ohjausmenetelmällä on • · · *,,«· mahdollista saavuttaa 30-40 % energiansäästö, kun sää dettynä tavoiteaikana pidetään 20 sekuntia. Näin kek-30 sinnön mukaisella hissiryhmän ohjausmenetelmällä pääs-tään erittäin merkittäviin energiankulutuksen säästöä- • · t hin heikentämättä olennaisesti koko hissiryhmän palve-lutasoa.

• · » 4 1· ( : 35 Keksinnön mukaiselle menetelmällä saavutettava yllät- tävän suuri energiansäästö perustuu seuraaviin keksinnössä havaittuihin tosiasioihin. Hissijärjestelmä mi- 9 112064 toitetaan selviämään rakennuksen ruuhkahuipuista ja tuottamaan näiden ruuhkahuippujen aikana hyväksyttävä palvelutaso. Muun liikenteen aikana perinteinen hissi-ryhinäohj aus tuottaa y j_ikapasr tccttra srinä mrcicssä, R j- rj m,ah Ί η t* γ'ν/ν-ιΉη.η-ρ Dr]n"l 1 POTI v-\.o 1 tt.o1 r~»rn,n Ph ’Τ>,Γ! Ή H Γ) 1 — odotusaikoihin ja korkeaan energiankulutukseen. Jos tasovaatimusta eli ei tarjota palveluita aina mahdol-10 lisimman nopeasti, voidaan tämä ylikapasiteetti kään-tääkin energiansäästöksi.

Perimmäinen syy keksinnön mukaisella menetelmällä saavutettavaan energiansäästöön on hissin liikuttelun 15 epäsymmetrisyys. Hissi mitoitetaan niin, että puolella kuormalla kori ja vastapaino ovat tasapainossa. Käytännön matkustajaliikenteessä korikuorma on vain harvoin sellainen, että hissi on tasapainossa eli yleensä hissin liikuttelu toiseen suuntaan on kevyempää kuin 20 toiseen, ts. hissin liikuttaminen toiseen suuntaan vie vähemmän energiaa kuin toiseen suuntaan liikuttaminen.

; Hiljaisen liikenteen aikana kori liikkuu yleensä erit- V.'täin vajaalla kuormalla eli kori ja vastapaino ovat *ti>' 25 kaukana tasapainosta. Kun nyt keksinnön mukaisessa me- *·*·’ netelmässä helpotetaan vaatimuksesta, että matkustaja ' ‘ pitää aina poimia mahdollisimman nopeasti, voidaan hissien reitit rakennuksessa suunnitella ja järjestellä siten, että hissejä liikutellaan energiankulutuksen 30 kannalta mahdollisimman edullisia reittejä, mutta kui- • · tenkin niin, että asetettu tavoiteaika pyritään to- • i · ·, teuttamaan.

* · »

Keksinnön mukaiselle menetelmällä saadaan koko hissi- ; 35 järjestelmä ohjausmielessä täydellisesti kontrolliin.

• » »

Menetelmän avulla voidaan spesifioida palvelutaso, jonka hissijärjestelmä matkustajille tuottaa liikenne 112064 10 tilanteesta riippumatta ja kääntää hissiryhmän ja ohjauksen ruuhka-aihejen ylikapasiteetti cnorgiansääe täksi vähäisemmällä liikenteellä. Säätöteknisin kei- -s \ r—s r—·, i- r- ι·Λ -I ri l" ,-<1η”1--ν,— Ι-Ι-«Ί . . , 1 ,...,,1,1--, - J .. 1 . , —, "“1 '

Upxn kjU ek O-Ci C<-1 1 0'-_j.iuU>J OU OUJ-jk-UOU ...

t ϊ τ- r-, - V ^ .1 ^ h n h 1“ p·. ι 1 Ί V -ΐ θ’ f- Γ. — 1- γλ V -ί -ί Ο. η 0] ,—, - V 1 1 ' ! . ! _ 1 . ’ -! ·- I- 1 . . " . Ί 1 I --.··, Λ ' e in uh n muka i s e s s a men e t e ImM s s ä n--!Ί. '^lu ta so •'’•m' cj— kimääräinen palvelua:ka kuten odotusaika.

10

Koska keksinnön mukaisessa menetelmässä määrättävä tavoite on riittävän yleisellä tasolla ja helposti ymmärrettävissä ja miellettävissä, voidaan sille tehdä yksinkertainen käyttöliittymä ja antaa tavoiteodotus-15 aika jopa rakennuksen henkilökunnan asetettavaksi. Ta-voiteajalle voidaan tehdä myös käyttäjän ohjelmoitava kalenteri, jolloin eri viikonpäivinä ja vuorokaudenaikoina voidaan asetella erilaisia palvelutasoja.

» i · • » * 1 · • · • · • · · ♦ · · • « * · t » · » t » t 1 »

Claims (5)

112064

1. Hissiryhmän ohjausmenetelmä tasokutsujen allokoimi-seksi siten, että hissiryhmän tietylle palveluajalle 5 annetaan tavoitearvo ja tasokutsut allokoidaan hisseille siten, että annettu palveluajan tavoitearvo keskimäärin toteutuu, jolloin hissiryhmän energiankulutus pienenee tunnettu siitä, että hissiryhmän hissien ajoreitit rakennuksessa järjestellään siten, että 10 hissejä ohjataan mahdollisimman edullisille ajoreiteille energiankulutuksen minimoimiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että palveluaikana käytetään kutsuai- 15 kaa, matkustajan odotusaikaa, matkustusaikaa tai ajo-aikaa.

3. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä hissien reitit 20 valitaan siten, että kustannustermi J=WT · TN(R)+WE · En(R) minimoituu, missä TN (R) on kutsuaikojen normali-soitu summa reittivaihtoehdolle R En(R) on reittivaih-: ·. toehdon R aiheuttama normalisoitu energiankulutus ja WT ·· ·, ja WE ovat TN(R):n ja E„(R) :n painokertoimet siten, että 25 0 < WT < 1 ja WE = 1-WT.

4. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu « * * *...· siitä, että WT ja WB määritetään integroimalla säätä jällä, jossa toteutunutta palveluaikaa verrataan ta-: 30 voitearvoon ja näiden välinen virhe integroidaan, jol- ·*"; loin säätäjän ohjaus u muutetaan palveluajan optimoin nin painokertoimeksi WT=1-WE, kun u=WE.

'·.* 5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetel- 35 mä, tunnettu siitä, että tavoitearvo määritellään muuttuvaksi vuorokaudenaikoj en, viikonpäivien ja/tai lomakausien perusteella. a a ο a I I z.uOi