JP5783993B2 - 電子安全エレベータ - Google Patents

Description

本発明は電子安全エレベータに関し、特に、機械式の安全装置を削減して、電子安全コントローラによって安全制御を行う電子安全エレベータに適用して好適である。

従来、エレベータには、乗りかごの安全な運行を確保するために種々の安全装置が設けられている。安全装置は、乗りかごの異常を検出装置で検出し、乗りかごを安全な状態に移行させる。検出装置は、例えば、乗りかごが規定の運行速度内で運行されているか、又は、乗りかごが昇降路の中の運行範囲内にあるかを検出し、ファイナルリミットスイッチ、ガバナ(調速機)、乗りかごの速度・位置情報を得るため調速器の軸等に取り付けられたロータリエンコーダ、及びドアスイッチ等がある。
異常を検出した場合、検出装置の信号はコントローラに送信され、乗りかごを安全な状態に移行させるための所定の動作、駆動モータへの通電を遮断して巻き上げ機の動作を停止する通電遮断、直接乗りかごの動きを停止する非常止め等である。

また、安全装置を電子的に制御する電子安全コントローラとし、電子安全コントローラ自体の高信頼化、異常検出を容易にするため、ＣＰＵを２重化し、互いの演算処理結果を比較し、エレベータの安全状態へ移行すること、過速度や位置異常が検出されると乗りかごを非常停止することが知られている。

さらに、２重化した電子安全コントローラにおいて、かごの位置及び速度を誤認識なく演算するため、両ＣＰＵ間のデータ授受を行うための２ポートＲＡＭを接続して共有メモリとし、ロータリエンコーダから出力される２系統のパルス信号をそれぞれのＣＰＵに入力し、共有メモリを介して演算結果を互いに比較した上で異常を判定する基準値と比較することが知られ、例えば、特許文献１に記載されている。

国際公開Ｗ２００６／０３３１５３パンフレット

上記従来技術においては、一定時間内に入力されるパルス信号をカウントすることにより速度を演算するので、両ＣＰＵの処理タイミングを同期するため、完全なクロック同期が必要とされ、さらにクロック周波数の異常を監視する必要があり、構成が複雑となり、専用ハードウェアとしてウオッチドッグタイマが必要となる。

また、クロック同期が困難な場合は、可用性を高める、つまり、アベイラビリティを向上するため、許容誤差範囲を広げざるを得ない。さらに、相互比較で必要なデータは速度データ及び位置データは８バイト程度で十分であり、共有メモリは数kバイトの容量があるので、無駄が多いものとなる。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、専用ハードウェアを不要とし、シンプルでかつ高い可用性を持ち、ソフトウェア処理負荷も低減された高い安全性を確保できるシステムを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、乗りかごの動きに連動したパルス信号をエンコーダ信号として出力するロータリエンコーダと、前記エンコーダ信号が第１ＣＰＵと第２ＣＰＵとにそれぞれ入力され、乗りかごの速度及び位置データを演算し、各演算結果を互いに比較した上で異常を判定する電子安全コントローラと、を備えた電子安全エレベータにおいて、複数回の周期で演算処理した乗りかごの速度及び位置データを前記第１ＣＰＵと前記第２ＣＰＵとの間でシリアル通信して比較し、予め設定した許容誤差外である場合は、異常と判断するものである。

本発明によれば、複数回の周期で演算処理した乗りかごの速度及び位置データを第１ＣＰＵと第２ＣＰＵとの間で通信して比較するので、信頼性が高まり、許容誤差範囲を広げることなく、アベイラビリティを向上することができる。したがって、各マイコンの処理タイミングを完全に同期させたり、ソフトウェア設計が煩雑になることもなく、シンプルでソフトウェア処理負荷も低減された高い安全性を確保できるシステムを提供することができる。

本発明の一実施の形態による電子安全エレベータの全体構成図。 一実施の形態におけるコントローラを示すブロック図。 一実施の形態におけるＣＰＵ間通信データのフォーマット図。 一実施の形態における動作を示すフローチャート。 一実施の形態におけるブート処理動作を示すフローチャート。

図１は、巻上機及び制御盤を昇降路に設置する電子安全エレベータ１の全体構成を示す。電子安全エレベータ１は、電子安全コントローラ４２により安全装置を電子的に制御されるエレベータであって、乗りかご１０、巻上機２０、主ロープ３０、及びコントローラ４０を備える。乗りかご１０は、人や荷物を運搬するかごであって、モータ２１から主ロープ３０を介して供給される駆動力によって昇降路５０内を運行する。
乗りかご１０の内側には、かご内操作盤１１及び乗りかごドアスイッチ１２が設けられている。かご内操作盤１１は、乗りかご１０の行き先やドアの開閉を指示する操作が行われる操作部(図示せず)、及び乗りかご１０の行き先や状態等を表示する表示部(図示せず)を備える。乗りかごドアスイッチ１２は、乗りかご１０のドアの開閉動作を検知するスイッチである。

乗りかご１０の外側には、非常止め装置１３及び位置検出センサ１４が設けられている。非常止め装置１３は、乗りかご１０に固定して設けられ、緊急時にはレールを挟むことによって乗りかご１０を急停止する装置である。位置検出センサ１４は、乗りかご１０の各停止階に設けられている遮断板８１〜８３との距離を感知するセンサである。

また、乗りかご１０が昇降する昇降路５０の上下端付近には、ファイナルリミットスイッチ５１，５２が設けられている。ファイナルリミットスイッチ５１，５２は、乗りかご１０が規定の運行範囲を超えた場合にオン状態となって異常を検出するスイッチである。
さらに、昇降路５０の下端には、緩衝器５３が設けられている。緩衝器５３は、巻上機２０や非常止め装置１３による制動力で乗りかご１０を完全に停止できない場合に、直接乗りかご１０に接触して衝撃を吸収することにより乗りかご１０を停止させる物理的な停止装置である。

電子安全エレベータ１が停止する各階には、乗り場ドア６１〜６３の開閉動作を検知する乗り場ドアスイッチ６４〜６６と、利用者によって操作される乗り場ボタン６７〜６９とが設けられている。
巻上機２０は、モータ２１が回転して発生する駆動力を主ロープ３０に供給することによって乗りかご１０を昇降路５０内で移動させる装置であって、モータ２１、巻上機ブレーキ２２、インバータ２３、遮断回路２４、及び交流電源２５を備える。
主ロープ３０は、その一端で乗りかご１０に接続され、他端近傍にはカウンタウェイト３１が接続されている。主ロープ３０の経路は、１つ以上の滑車３３〜３５によって構築される。

乗りかご１０には、乗りかご１０の動きに連動するガバナロープ３６が接続されている。ガバナ３７は、ガバナロープ３６の動きに従って回転する調速機である。ガバナ３７は、ロータリエンコーダ３８と、ガバナローブ３６を把持する把持装置３９とを備える。ガバナローブ３６の経路は、滑車３２によって構築される。
ロータリエンコーダ３８は、ガバナ３７の回転に伴って回転し２系統のパルス信号をエンコーダ信号として電子安全コントローラ４２に出力する。電子安全コントローラ４２は、一定時間内に入力されるパルス信号をカウントすることにより乗りかご１０の速度や位置を演算する。

コントローラ４０は、制御コントローラ４１と電子安全コントローラ４２とを備える。制御コントローラ４１は、主に電子安全エレベータ１の機械部品及び電子部品の動作を制御する。電子安全コントローラ４２は、各種の安全装置の動作を電子的に制御する。電子安全コントローラ４２は、高信頼化のためマイコン（ＣＰＵ）を２重化し、互いに信号を入出力し合って演算処理結果を比較する。

図２は、コントローラ４０と電子安全エレベータ１の各部との関係を示し、モータ２１は、電源遮断器２４１が接続されたインバータ２３を介して、交流電源２５から電力を供給されている。電源遮断器２４１は、電子安全コントローラ用の駆動系遮断デバイス２４２ａ，２４２ｂ及び制御コントローラ用の駆動系遮断デバイス２４３を経由してＰＯＷＥＲ２２４から供給される電力によって動作する。駆動系遮断デバイス２４２ａ，２４２ｂ及び駆動系遮断デバイス２４３の双方が閉状態でなければ、電源遮断器２４１は通電が行われない。

電子安全エレベータ１の通常運転時の場合、電源遮断器２４１は通電状態とされ、交流電源２５とインバータ２３とを接続し、交流電源２５からインバータ２３への電力供給が行われる。乗りかごを非常停止する必要がある場合、電源遮断器２４１は非通電状態とされ、交流電源２５とインバータ２３との接続を開放し、交流電源２５からインバータ２３への電力供給を遮断する。あるいは、電源遮断器２４１は通電状態として、交流電源２５とインバータ２３とを開放し、非通電状態として交流電源２５とインバータ２３とを接続するように実装してもよい。

モータ２１の近傍には巻上機ブレーキ２２が設けられている。巻上機ブレーキ２２には、電子安全コントローラ用のブレーキ遮断デバイス２２１ａ，２２１ｂ及び制御コントローラ用のブレーキ遮断デバイス２２２を経由してＰＯＷＥＲ２２３から電力が供給される。ブレーキ遮断デバイス２２１ａ，２２１ｂ及びブレーキ遮断デバイス２２２の双方が閉状態でなければ、巻上機ブレーキ２２には通電が行われない。
電子安全エレベータ１の通常運転時の場合、巻上機ブレーキ２２は通電状態とされ、モータ２１にブレーキをかけない状態を維持する。乗りかごを停止する場合、巻上機ブレーキ２２は非通電状態とされ、モータ２１にブレーキをかけてモータ２１の回転を低減させる。なお、電源遮断器２４１、駆動系遮断デバイス２４２ａ，２４２ｂ、及び駆動系遮断デバイス２４３は、図１に示す遮断回路２４の内部に構成されている。

制御コントローラ４１は、インバータ２３と信号をやり取りしながら交流電源２５からモータ２１に供給される電力を制御することにより、主ロープ３０に供給するモータ２１の駆動力を制御する。また、制御コントローラ４１は、駆動系遮断デバイス２４３及びブレーキ遮断デバイス２２２に制御信号を通知することによって、電源遮断器２４１及び巻上機ブレーキ２２への通電をそれぞれ制御する。

電子安全コントローラ４２は、ロータリエンコーダ３８ａ，３８ｂ、位置検出センサ１４、各種の安全スイッチ群２７０から信号が入力される。安全スイッチ群は、乗りかごドアスイッチ１２や乗り場ドアスイッチ６４〜６６、ファイナルリミットスイッチ５１，５２、あるいはそれらに相当する信号である。
電子安全コントローラ４２は、これらの入力信号に基づいて駆動系遮断デバイス２４２ａ，２４２ｂ及びブレーキ遮断デバイス２２１ａ，２２１ｂに制御信号を通知することによって、電源遮断器２４１及び巻上機ブレーキ２２への通電をそれぞれ制御する。また、電子安全コントローラ４２は、自身による制御結果を示す情報をログ情報として制御コントローラ４１に通知する。

また、電子安全コントローラ４２は、電子安全エレベータ１の利用者や荷物等が乗り降りすることが少なく、再床合わせ制御が発生する頻度が少ない状況、すなわち、乗りかご１０の戸開開始から戸開完了の間に、再床合わせ制御の実行を禁止するとともに、ブレーキ遮断デバイス２２１ａ，２２１ｂ及び駆動系遮断デバイス２４２ａ，２４２ｂに対する動作試験(以降、デバイス診断とも言う)を実行する。

電子安全コントローラ４２内のＣＰＵ１とＣＰＵ２には、ロータリエンコーダ38ａ、38ｂとして２重化されたエンコーダ信号がそれぞれＣＰＵ１とＣＰＵ２に入力される。また、それぞれの演算結果を互いに比較した上で異常を判定するため、２つのＣＰＵ間をＣＰＵ内のシリアルインターフェース(シリアルＩ／Ｆ)の通信線で接続し、それぞれのＣＰＵで演算処理した乗りかごの速度・位置データのＣＰＵ間をシリアル通信している。さらに、少なくとも複数回の周期で演算処理した乗りかごの速度・位置データを互いに比較処理して予め設定した許容誤差外であると判断したときは、異常としてエレベータを非常停止すべきと判定する。

図３は、ＣＰＵ間通信データの詳細を示すフォーマットであり、通信データの先頭に付加される通信ヘッダデータＨＤＡＴＡ、許可信号データＡＤＡＴＡ、シーケンス番号データＳＱＮＤＡＴＡ、乗りかごの速度データＳＰＤＤＡＴＡ、乗りかごの位置データＰＯＳＤＡＴＡ、スペアデータＳＰＲＤＡＴＡ、通信データの最後に付加される通信フッタＦＤＡＴＡで構成されている。
ＣＰＵ１からＣＰＵ２への送信することで説明すると、ＣＰＵ２側ではＣＰＵ１からのデータを受信した場合、１周期前を示す乗りかご速度・位置データを２周期前のエリアへコピーし、現在値を示す乗りかご速度・位置データを１周期前のエリアへコピーした後、受信したデータを現在値のエリアへコピーする。さらに、各ＣＰＵでは、他方のＣＰＵのデータとして現在値・１周期前の値・２周期前の値の３つを使い、自ＣＰＵの演算値との相互比較を行うことで、連続値のデータである乗りかごの速度・位置データの演算結果に異常が無いか否かを判断している。したがって、データの平準化、信頼性が高まり、許容誤差範囲を広げることなく、アベイラビリティを向上することができる。

また、許可信号データＡＤＡＴＡは各ＣＰＵにて初期設定処理が終了したか否かを判定するデータを設定するエリアである。シーケンス番号データＳＱＮＤＡＴＡは、送信するたびにその値を1つずつ増加させることで、受信側でデータ更新されているのか否かを判断することができる。

図４は、安全コントローラの基本的な動作を示すフローチャートであり、ステップ４０１において、初期処理(ブート処理とも呼ぶ)完了したか否かを判断する。初期設定が完了していない場合、ステップ４０２にてＣＰＵタイマ周期などの初期設定処理を実施する。
図５は、ブート処理動作を示すフローチャートであり、ステップ５０１にて、ＣＰＵ内に保存された記憶エリア(ＲＯＭデータ)から定格速度データを読み出す。
ステップ５０２にて、定格速度データから所定の位置精度に見合ったＣＰＵタイマ時間として周期を設定する。例えば、位置精度±１０ｍｍの条件の下、定格速度データが１５０ｍ／分の場合、４ｍｓ周期と設定する。
ステップ５０３にて、初期処理完了フラグのＯＮ処理を実施した後、他マイコンへ自マイコンのＣＰＵ間データを送信する(ステップ５０４)。
ステップ５０５において、他マイコンのＣＰＵ間受信データに基づき初期処理完了したか否かを判定し、完了確認ができたとき、フローを終了する。また完了していないとき、Ｓ５０４へ戻る。

図４において、初期処理完了のとき、ＣＰＵタイマの所定時間が経過した否かステップ４０３を判定し、経過していない場合、ステップ４１１，４１２へ進み、１周期前と２周期前の一時記憶エリアを更新する。経過したとき、ステップ４０４において、電子安全コントローラ４２は、位置検出センサ１４、各種の安全スイッチ群２７０から入力される入力情報を更新すると共に、入力された信号に基づいて、乗りかご１０速度・位置データを演算する。
また、非常停止した階を報知するため、２周期前の乗りかご・位置データを一時記憶エリアに保存しておく。この記憶されたデータは例えばロビー階の乗り場釦上に報知するために利用される。例えば端階の強制減速が必要な位置で所定の速度以上の場合、ステップ４０８において、かご位置に異常無し、かつかご速度に異常有りの場合となり、ステップ４０９にてエレベータを非常停止させた後、ステップ４１３において、制御コントローラにより、ロビー階の乗り場釦上に、ステップ４０４にて記憶されたデータから運転停止階を演算処理して報知する。

ステップ４０５〜４０７に示す処理において、ＣＰＵ１とＣＰＵ２の現在、１周期前、２周期前の乗りかごの速度が、例えば第１(±５％)、第２(±１０％)、第３(±１５％)の許容速度誤差範囲内かの判定を行い、範囲内のときは、ステップ４１１，４１２へ進み、１周期前と２周期前の一時記憶エリアを更新する。

また、ステップ４０８において、かご位置に異常無し、かつかご速度に異常有りの場合、他マイコンの周期毎の速度及び自マイコンの速度の内、最大値が所定の速度未満の場合、ステップ４１０で乗りかごを最寄階に停止させる。

１０ 乗りかご
１１ かご内操作盤
１２ 乗りかごドアスイッチ
１３ 非常止め装置
１４ 位置検出センサ
２０ 巻上機
２１ モータ
２２ 巻上機ブレーキ
２２１ａ，ｂ ブレーキ遮断デバイス
２２２ ブレーキ遮断デバイス
２２３，２２４ ＰＯＷＥＲ
２３ インバータ
２４１ 電源遮断器
２４２ａ，ｂ 駆動系遮断デバイス
２４３ 駆動系遮断デバイス
２５ 交流電源
３０ 主ロープ
３１ カウンタウェイト
３２〜３５ 滑車
３６ ガバナロープ
３７ ガバナ
３８ ロータリエンコーダ
３９ 把持装置
４０ コントローラ
４１ 制御コントローラ
４２ 電子安全コントローラ
５０ 昇降路
５１，５２ ファイナルリミットスイッチ
５３ 緩衝器
６１〜６３ 乗り場ドア
６４〜６６ 乗り場ドアスイッチ
６７〜６９ 乗り場ボタン
８１〜８３ 遮断板

Claims (8)

1. 乗りかごの動きに連動したパルス信号をエンコーダ信号として出力するロータリエンコー
   ダと、前記エンコーダ信号が第１ＣＰＵと第２ＣＰＵとにそれぞれ入力され、乗りかごの
   速度及び位置データを演算し、各演算結果を互いに比較した上で異常を判定する電子安全
   コントローラと、を備えた電子安全エレベータにおいて、
   複数回の周期で演算処理した乗りかごの速度及び位置データを前記第１ＣＰＵと前記第
   ２ＣＰＵとの間でシリアル通信して比較し、予め設定した許容誤差外である場合は、異常
   と判断し、
   前記第１ＣＰＵと前記第２ＣＰＵとでそれぞれ周期毎に速度データを演算し、
   現在の速度データが第１の許容速度誤差範囲内かの判定を行い、
   前記現在の速度データが前記第１の許容速度誤差範囲内でない場合、
   １周期前の速度データが第２の許容速度誤差範囲内かの判定を行い、
   前記１周期前の速度データが前記第２の許容速度誤差範囲内でない場合、
   ２周期前の速度データが第３の許容速度誤差範囲内かの判定を行う
   ことを特徴とする電子安全エレベータ。
2. 請求項１に記載の電子安全エレベータにおいて、
   前記第２の許容速度誤差範囲は前記第１の許容速度誤差範囲よりも広く設定され、
   前記第３の許容速度誤差範囲は前記第２の許容速度誤差範囲よりも広く設定され、
   ることを特徴とする電子安全エレベータ。
3. 請求項１に記載の電子安全エレベータにおいて、前記速度データが予め設定した許容誤
   差外である場合、複数回の周期で演算処理した前記速度データの内、最大値が所定の速度
   以上の場合、前記乗りかごを非常停止させることを特徴とする電子安全エレベータ。
4. 請求項１に記載の電子安全エレベータにおいて、前記速度データが予め設定した許容誤
   差外である場合、複数回の周期で演算処理した前記速度データの内、最大値が所定の速度
   未満の場合、前記乗りかごを最寄階に停止させることを特徴とする電子安全エレベータ。
5. 請求項１に記載の電子安全エレベータにおいて、ブート処理中に定格速度データから前
   記周期を決定することを特徴とする電子安全エレベータ。
6. 請求項１に記載の電子安全エレベータにおいて、２周期前の乗りかごの速度及び位置デ
   ータを記憶し、異常と判断されたとき運転停止すると共に、前記記憶されたデータに基づ
   いて運転停止階を報知することを特徴とする電子安全エレベータ。
7. 請求項１に記載の電子安全エレベータにおいて、前記第１ＣＰＵと第２ＣＰＵとの間で
   シリアル通信するデータに各ＣＰＵにて初期設定処理が終了したか否かを判定する許可信
   号データを付加したことを特徴とする電子安全エレベータ。
8. 請求項１に記載の電子安全エレベータにおいて、前記第１ＣＰＵと第２ＣＰＵとの間で
   シリアル通信するデータに送信するたびにその値を増加させることで、受信側でデータ更
   新されているのか否かを判断するシーケンス番号データを付加したことを特徴とする電子
   安全エレベータ。