JP2014051344A - エレベータの安全システム - Google Patents

Abstract

【課題】昇降路全域にて乗りかごの速度超過を検出し、より早期に乗りかごを減速させる。
【解決手段】かご位置に応じたかご速度を検出して許容速度を超過した場合、過速と判定して乗りかご１００の移動を制動するエレベータの安全システムにおいて、特定位置に設けられた複数の検出板３と、乗りかごに設けられ検出板を検出するかご位置センサ２と、かご位置センサ２の出力のよりかご位置が特定位置にあることを検出する安全コントローラ１と、検出板３の特定位置及び間隔を示す距離情報を格納した位置・速度関連情報データベースと、を備え、安全コントローラ１は、間隔毎の経過時間と距離情報とから間隔毎にかご速度を算出し、かご位置に応じた算出されたかご速度を過速と判定する速度を定めた過速判定カーブと比較して過速と判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は昇降路内に設置された安全装置により安全を確保するエレベータの安全システムに関する。

従来、エレベーターシステムの安全装置において、終端階強制減速装置があり、かご位置に応じた乗りかごの速度超過を検出した場合、乗りかごに制動を実施し、昇降路下部に設けられたバッファの許容衝突速度以下まで乗りかごを減速させて安全を確保している。
高速エレベータでは定格速度を許容するバッファを設置しようとすると非常に長いバッファが必要となり、ピットを何十ｍも掘り下げなければならず、終端階強制減速装置はピット短縮する目的で、主に長行程のエレベータで利用されている。
終端階強制減速装置として、かご速度を検出するため、過速検出区間に相当する長さを有する近接体と、それを検出するセンサを用いてかご速度を算出することが知られ、例えば特許文献１に記載されている。
また、かご位置を絶対位置が検出可能なカムを基準として検出し、そこからエンコーダを用いてかご位置及び速度を連続量で算出することが知られ、例えば特許文献２に記載されている

特開２００７−１３７５５４号公報 国際公開第ＷＯ２００６／０９０４７０パンフレット

上記従来技術においては、過速検出区間内で一時停止・急加速があった場合には、過速検出区間を出るときに計算されるかご速度は見かけ上低い速度や速い速度で検出される可能性があり、誤った判定となる恐れがある。また、特許文献２においては、位置検出及び速度検出にカム及びエンコーダを用いているが、いずれかのセンサが故障した場合には、システムを停止させる必要があり、システムの稼働率が低下する。

本発明の目的は、センサ数を増やすことなく、昇降路全域にて乗りかごの速度超過を検出し、より早期に乗りかごを減速させて安全を確保すると共に、かご速度検出の精度を向上させ、終端階強制減速における誤った判定を防止し、いずれかのセンサが故障した場合においても、システムの稼働率を低下することなく運行させることにある。

上記課題を解決するため、本発明は、昇降路の高さ方向におけるかご位置に応じたかご速度を検出して許容速度を超過した場合、過速と判定して乗りかごの移動を制動するエレベータの安全システムにおいて、前記昇降路の高さ方向の特定位置に設けられた複数の検出板と、前記乗りかごに設けられ、前記検出板を検出するかご位置センサと、前記かご位置センサの出力のよりかご位置が前記特定位置にあることを検出する安全コントローラと、前記検出板の特定位置及び間隔を示す距離情報を格納した位置・速度関連情報データベースと、を備え、前記安全コントローラは、前記間隔毎の経過時間と距離情報とから前記間隔毎に前記かご速度を算出し、前記かご位置に応じた算出された前記かご速度を前記かご位置に応じて過速と判定する速度を定めた過速判定カーブと比較して過速と判定するものである。

本発明によれば、検出板の間隔毎の経過時間と距離情報とからかご速度を算出するので、昇降路全域にてかご速度の過疎を検出し、より早期に乗りかごを減速させて安全を確保することができる。

本発明による一実施の形態を示す全体構成図。 一実施の形態における安全コントローラの処理を示すブロック図。 一実施の形態における安全コントローラの動作を示す信号波形図。 一実施の形態における安全コントローラの処理で使用されるテーブルの例。 一実施の形態における安全コントローラの処理を説明するグラフ。 一実施の形態におけるにおける終端階強制減速の動作を説明するグラフ。 他の実施形態を示す全体構成図。 他の実施形態における安全コントローラの処理を示すブロック図。 他の実施形態における平常時と故障時の動作の切り替えを説明するグラフ。

図１は、全体構成図を示し、エレベータは、建屋に形成された昇降路内を複数の階床間に跨って移動する乗りかご１００がロープ１０１を介しておもり１１１に接続されている。乗りかご１００の移動は、電動機１０５によって綱車１０３が駆動されることにより行われる。電動機１０５は、電力変換器１０７によって駆動用の電力の供給が行われ、乗りかごを停止するときに使用されるブレーキ１０２によって制動される。また、エンコーダなどのパルス発生器１０６が電動機１０５に取り付けられており、電動機の回転によって生じるパルスを、エレベーターコントローラ１０８が計数することにより、駆動電動機１０５の速度、乗りかご１００の昇降路移動方向の等価的な位置、移動距離などが計算される。乗りかご１００には、乗り場側扉１０９を係合して開閉する乗りかご側扉１１０が設けられている。
安全コントローラ１は、エレベーターコントローラ１０８とは独立してブレーキ動作及び電源遮断によって乗りかご１００を制動させる、安全システムを構成するコントローラである。安全コントローラ１は、処理を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を中心とした構成であり、他にＣＰＵの異常を検出するためのウォッチドッグタイマや、電源異常を監視する回路を有する。またＣＰＵの処理異常を検出するために、ＣＰＵを２重化することによる相互比較を行う構成でも良い。
安全コントローラ１の入力は、かご位置センサ２であり、かご位置センサ２は、昇降路内に設けられた検出板３を検出することで、昇降路内における離散的なかご位置を検出する。またかご位置センサ２は昇降路内における離散的なかご位置を特定可能となっている。たとえば複数の光軸を持つ光電センサと検出板の組み合わせにより、特定の位置を識別する方法や、異なる検出原理を持つセンサで検出する位置を分ける、などが良い。
また、検出板の長さＬや取り付け間隔Ｌｄは取り付け位置に応じて可変であってもよいし、たとえば階床位置や戸開閉可能領域と同期して設置してもよい。検出板の長さＬ及び取り付け間隔Ｌｄは、安全コントローラ１にデータベースとして記憶される。かご位置センサ２には、光電式、磁気式（磁石利用、高周波磁界利用など）、静電容量式の非接触型検出センサが利用できる。
安全コントローラ１の出力は、ブレーキ制動出力と電源遮断出力で構成される。ブレーキ制動出力は、ブレーキ１０２を作動させるための出力であり、ブレーキに供給される電源を遮断することでブレーキの制動力を発生させ、乗りかご１００を制動させる。また同様に、動力電源遮断出力は動力電源３を遮断し電力変換器１０１の電力を遮断することで電動機１０３を停止させて乗りかご１００を制動させる。平常時の運行の際は、エレベーターコントローラ１０８が電力変換器１０７とブレーキ１０２を制御して運行を行うが、非常制動のときには、ブレーキ作動と電力遮断の動作が同時に行われ、乗りかご１００を制動させる。
図２は、安全コントローラのブロック図を示す。ここで、各ブロックの処理内容について説明する。なお、各処理の詳細な動作については後述する。センサ検出処理２１は、かご位置センサ２より入力される信号を検出し、センサ情報をコード化するなどの入力処理を実施する。

基本速度算出処理２２は、センサ検出処理２１より入力されるセンサ情報のエッジと、位置・速度関連情報データベース（ＤＢ）を参照して得られる検出板の長さＬまたは取り付け間隔Ｌｄから、かご速度を算出し、結果を速度補正処理２４へ出力する。位置検出処理２３は、センサ検出処理２１より入力されるセンサ情報と、位置・速度関連ＤＢから昇降路内における離散的なかご位置を特定し、過速判定処理２６と位置・速度関連ＤＢに現在のかご位置を送信する。速度補正処理２４は、基本速度検出処理２２より得られたかご速度を元に補正または推定を行い、より誤差影響の小さいかご速度を過速判定処理２６へ出力する。
過速判定処理２６は、速度補正処理より得られたかご速度と、位置検出処理より得られたかご位置から、過速判定カーブ２７を参照し、現在位置において過速状態にあるかどうかを判定する。過速状態であった場合には、非常制動を行うためにブレーキ制動出力と電源遮断出力を出力し、乗りかごを制動する処理を実施する。
次に、基本速度算出処理２２について、図３を用いて説明する。図３は、かご位置センサ出力と安全コントローラ内のマイクロコンピュータのタイマーカウントの関係を示したものである。ここでは、かご位置センサの出力は、複数のセンサで構成されたものとしており、出力の組み合わせで昇降路内における離散的な位置が識別可能なものとなっている。また、図中のかご位置センサ出力の波形は、乗りかごが昇降路内を移動し検出板を通過した際の波形を示している。基本速度算出処理２２は、かご位置センサ出力でいいずれかの検出板を検出した時、または検出板間を検出した場合に、マイクロコンピュータ内のタイマのカウンタをリセットして、次の出力の変化が生じるまでカウンタの計数を行う。このように動作することで、検出板や検出板間の経過時間を計測する。また、検出板や検出板間の長さは、位置・速度関連ＤＢ２５にかご位置センサの出力と関連付けされて記録されている。検出板または検出板間の長さをＬ、マイクロコンピュータで計測された検出板または検出板間の経過時間をｔとすると、検出点として検出板または検出板間におけるかご速度ｖ_detectは、以下の式で示される。
ｖ_detect＝Ｌ／ｔ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
かご速度ｖ_detectは加速度による速度変化が考慮されていないため、実際には誤差が含まれている。今、検出直前の速度をｖ₀、加速度をａ、検出後の実速度をｖとすると、上記の関係は以下の式で示される。
ｖ＝ｖ₀＋ａｔ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
（２）式を積分したものが検出板または検出板間の長さＬと等しいので、
Ｌ＝ｖ₀ｔ＋ａｔ²／２ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）
（１）式をＬについて解き、（３）式に代入すると
ｖ_detect＝ｖ₀＋ａｔ／２ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（４）
（２）式と（４）式より、かご速度と実速度の検出誤差Δｖは、
Δｖ＝ｖ−ｖ_detect＝ａｔ／２ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（５）
となる。
次に、速度補正処理２４について説明する。速度補正処理２４の基本的な処理方法としては、（５）に基づき次のように実施する。計測加速度をａ_detect、経過時間をｔ、補正後の速度をｖ_offsetとすると、
ｖ_offset＝ｖ_detect＋ａ_detect・ｔ／２・・・・・・・・・・・・・・・・（６）
となるように補正処理を行う。
計測加速度を算出する場合には、現在の検出速度と、１回前の検出速度の変化量から算出してもよいが、検出速度に誤差が含まれているため、そのまま補正量と使用した場合には、補正後の速度で誤った判定をしてしまう状況がある。そこで、補正をする際には検出点を検出板長さや階床間長さでグルーピングし、同一グループ内で計測加速度を算出し、その時の計測加速度を補正に使用する。
グルーピングの例を図４に示す。図４は、位置・速度関連ＤＢを示す。位置・速度関連ＤＢは、ピットからの検出板（及び検出板間）の位置、かご位置センサで検出されるパタン、検出板の長さ(検出板間の長さ)、グルーピング、検出速度で構成される。検出速度については、速度を算出したときに随時このＤＢを更新するものとする。グルーピングは、かご位置センサのパタンと長さによってまとめたものを示しており、たとえばＧｒ２であれば、かご位置センサパタンがＡかつ長さが３００［ｍｍ］としている。グルーピング方法は、長さで行ってもよいし、検出板を検出した際の測定時間で行ってもよい。計測加速度ａ_detectを計算する場合は、この同一グルーピング内で行うこととする。
また、グループは最低一つ以上で構成し、グループ内で長さまたは測定時間が１つしかない項目がないようにする。このため、ハードウェア構成上は、検出板であれば少なくとも１種類以上でかつペアのある長さの検出板で構成し、検出板の配置間隔も少なくとも１種類以上でかつペアのある間隔で配置をする。

上記のように構成する理由として、図５を用いて説明する。図５は、乗りかごの実速度線をベースに、複数の検出点、例えば検出点Ａと検出点Ｂで速度を算出し、そこから計測加速度を算出することを図示したものである。ここで、検出点Ｂで速度の補正を実施するため、計測加速度ａ_detectを求める。計測加速度ａ_detectを計算する式は、
ａ_detect＝（ｖ_{b_detect}−ｖ_{a_detect}）／ｔ_b・・・・・・・・・・・・・（７）
となる。
検出点Ａ及びＢについて（５）式を立てて、（７）式に代入すると、
ａ_detect＝｛ｖ_b−ｖ_a＋ａ・（ｔ_a−ｔ_b）／２｝／ｔ_b・・・・・・・・・・・（８）
となる。また、ｖｂとｖａの関係式は以下となる。
ｖ_b＝ｖ_a＋ａ・ｔ_b・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（９）
（９）式を（８）式に代入し整理すると、
ａ_detect＝（ｔ_a＋ｔ_b）・ａ／２ｔ_b・・・・・・・・・・・・・・・・・（１０）
となる。（１０）式において、ｔ_a＝ｔ_bとすると、ａ_detect＝ａとなり、誤差なく加速度を検出することが可能となる。
上記より、測定時間でグルーピングし、同一グループ内で計測加速度を算出することで、誤差の影響を小さくすることが可能となる。また、検出板及び検出板間の長さでグルーピングした場合についても、長さに対し速度増加分が著しく上回らない限りは、誤差を小さく検出することが可能となる。
次に、位置検出処理２３について説明する。位置検出処理２３は、入力されるかご位置センサ２の信号と位置・速度関連ＤＢより、昇降路内の離散的なかご位置を識別する。識別方法の具体例としては、図４に示すようにかご位置センサ２のパタンから、離散的なかご位置を検出する方法がある。また、昇降路内におけるさらに詳細なかご位置を推定する方法として、以下が良い。
検出板または検出板間通過時に、乗りかごの計測加速度と補正後のかご速度は速度補正処理２４にて計算される。これとマイクロコンピュータで位置計算を行う周期をt_sampleとすると、ｔ_sample後のかご位置ｘは、
ｘ＝ｖ_detect・ｔ_sample＋ａ_detect・ｔ² _sample／２・・・・・・・・・（１１）
で推定することが可能となる。なお、速度についても同様に推定が可能である。上記のように詳細なかご位置・速度を推定することで、離散的なかご位置・速度検出よりも早期に速度異常を検出しより安全に停止することが可能となる。

次に、過速判定処理２６について、図６を用いて説明する。過速判定処理２６は、補正後のかご速度を速度補正処理２４より、かご位置を位置検出処理２３より得て、過速判定カーブ２７を参照して位置によって過速状態にあるかどうかを判定する。過速判定カーブは、エレベータの行程や速度、重量、ブレーキ制動力などによって仕様が変わるため、安全コントローラのＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）や不揮発性メモリ（フラッシュＲＡＭ）などに格納される。図６に示すように、ある位置において、過速判定カーブよりも増速状態にある（上の領域にある）ことが判定された場合には、ブレーキ制動出力及び電源遮断出力を出力し、乗りかごを制動させる。
以上によれば、加速度が変化する速度異常についても高精度に速度を推定することができるため、終端階強制減速の過速判定を正常に実施することが可能となり、安全システムの信頼性が向上する。
図７は、他の実施形態を示す全体構成図である。乗りかご１００の移動を直接検出するように、ガバナ１０と、ガバナの軸に取り付けられたエンコーダ１１を設け、エンコーダ１１の出力が安全コントローラ１に入力されている。エンコーダ１１は、インクリメンタル型またはアブソリュート型のいずれでもよく、また二重化されていてもよい。

図８は、安全コントローラのブロック図を示す。エンコーダ１１を用いた系が追加されている。エンコーダ入力処理８０は、エンコーダ１１から入力される波形を速度検出処理８１及び位置検出処理８２で検出するために波形処理を実施する。速度検出処理８１は、エンコーダから入力されるパルスの間隔から、かご速度を計算する。位置検出処理８２は、かご位置センサとエンコーダから、昇降路内におけるかご位置を計算する。
かご位置センサで昇降路内における離散的なかご位置を特定した後に、そこからエンコーダのパルスを計数することで昇降路内における乗りかごの連続的な位置を検出する。故障検出処理８３は、エンコーダのパルス計数に異常がないか、速度検出情報と位置検出情報を組み合わせて判定する。エンコーダが二重化されている場合には、位置データ・速度データのそれぞれを突き合わせることで故障を検出する。故障がなかった場合には、過速判定処理８４に、かご位置と速度を出力する。故障があった場合には、過速判定処理２６に故障を通知する。過速判定処理８４は、過速カーブに従い乗りかごの過速状態を検出する。

図９を用いて特徴について説明する。エンコーダを用いた終端階強制減速機能のほうが平常時は動作する。このとき、エンコーダにより昇降路内の連続的なかご位置を検出するので、終端階強制減速機能の稼働領域は図９上図の平常時に示す領域となる。このとき、エンコーダが故障した場合には、従来であればかご位置・速度を検出することが不可能となる（とりわけ速度が検出不可能となる）ため、エレベータの状態に関わらず非常停止となる。それに対し本例では、エンコーダが故障した際にはかご位置検出センサのみの終端階強制減速機能に切り替えるため、動作領域は狭くなるがエンコーダが故障した場合でもエレベータは動作可能となる。

さらに、エンコーダが１つである場合にエンコーダの故障を検出した時は、保守員に通知を行い、最寄り階で停止してドアを開放する。なお、エンコーダを二重系とした場合に、１つエンコーダが故障した時は、かご位置センサと１つのエンコーダで二重系が組めるため、継続して平常運転を行うことが可能となる。

以上によれば、エンコーダなど他のかご位置・速度検出センサが故障した場合にもかご位置センサのみでの終端階強制減速機能へ切り替えて動作させることが可能なため、エレベータを非常制動させることなく、システムとしての信頼性が向上する。

また、各検出板を利用した速度計算だけでなく検出板間の間においても速度計算を実施するため、各検出板間で急激な増速があった場合にも、早期に過速を検出し、より安全に停止することが可能となる。また、かご速度を算出するために過去の速度情報の傾向を利用して算出するため、たとえば走行中に増速して過速状態になる場合においても、早期に過速を検出し、より安全に停止することが可能となる。

１ 安全コントローラ
２ かご位置センサ
３ 検出板
１００ 乗りかご
１０１ ロープ
１０２ ブレーキ
１０３ 綱車
１０５ 電動機
１０６ パルス発生器
１０８ エレベーターコントローラ

Claims (5)

1. 昇降路の高さ方向におけるかご位置に応じたかご速度を検出して許容速度を超過した場合、過速と判定して乗りかごの移動を制動するエレベータの安全システムにおいて、
   前記昇降路の高さ方向の特定位置に設けられた複数の検出板と、
   前記乗りかごに設けられ、前記検出板を検出するかご位置センサと、
   前記かご位置センサの出力のよりかご位置が前記特定位置にあることを検出する安全コントローラと、
   前記検出板の特定位置及び間隔を示す距離情報を格納した位置・速度関連情報データベースと、
   を備え、前記安全コントローラは、前記間隔毎の経過時間と距離情報とから前記間隔毎に前記かご速度を算出し、前記かご位置に応じた算出された前記かご速度を前記かご位置に応じて過速と判定する速度を定めた過速判定カーブと比較して過速と判定することを特徴としたエレベータの安全システム。
2. 請求項１に記載のエレベータの安全システムにおいて、各検出点におけるかご速度（ｖ_detec)を検出板間の長さ（Ｌ）／検出板間の経過時間（ｔ）として算出し、複数の前記検出点で算出されたかご速度から計測加速度を求め、速度補正処理を行うことを特徴としたエレベータの安全システム。
3. 請求項２に記載のエレベータの安全システムにおいて、前記検出点をグルーピングし、同一グループ内で計測加速度を求めることを特徴としたエレベータの安全システム。
4. 請求項１又は２に記載のエレベータの安全システムにおいて、前記検出板の長さが少なくとも１組以上同じであることを特徴とするエレベータの安全システム。
5. 請求項１又は２に記載のエレベータの安全システムにおいて、前記乗りかごの移動を検出するエンコーダを設け、通常時は前記エンコーダにより前記かご位置とかご速度とを検出し、
   
   前記安全コントローラは、前記エンコーダが故障した場合、前記間隔毎の経過時間と距離情報とから算出された前記かご速度により過速と判定することを特徴としたエレベータの安全システム。