WO2003011733A1 - Aufzuganlage mit einem messsystem zur ermittlung der absoluten kabinenposition - Google Patents

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WO2003011733A1
WO2003011733A1 PCT/CH2002/000406 CH0200406W WO03011733A1 WO 2003011733 A1 WO2003011733 A1 WO 2003011733A1 CH 0200406 W CH0200406 W CH 0200406W WO 03011733 A1 WO03011733 A1 WO 03011733A1
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PCT/CH2002/000406
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Inventor
Eric Birrer
Heiko Essinger
Frank Müller
Original Assignee
Inventio Ag
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66B—ELEVATORS; ESCALATORS OR MOVING WALKWAYS
    • B66B1/00—Control systems of elevators in general
    • B66B1/34—Details, e.g. call counting devices, data transmission from car to control system, devices giving information to the control system
    • B66B1/3492—Position or motion detectors or driving means for the detector

Definitions

  • Elevator system with a measuring system to determine the absolute car position
  • the invention relates to an elevator installation with a measuring system for determining the absolute car position of an elevator car that can be moved along at least one guide rail according to the definition of the claims.
  • the position information in coded form is fixed in place along the entire travel path of the elevator car and is read in coded form by means of a code reading device and passed on to an evaluation unit.
  • the evaluation device prepares the read coded position information in a manner that is understandable by the control system and derives information signals therefrom, which are forwarded as so-called shaft information to the elevator control system.
  • Pseudo-random coding and an incremental code character pattern are formed in a second track parallel to it.
  • any n consecutive code marks represent a code word.
  • Each of these code words occurs only once in the entire code mark pattern.
  • a code reading device is provided on a second part that is relatively movable in relation to the first part and that is n consecutive in the direction of movement Can capture code marks all at once while scanning the incremental code character pattern. If the code reading device is moved by a code mark position of the absolute code mark pattern along the first part, then a new n-digit binary code word is already read.
  • each code word of the absolute code mark pattern defines a certain relative position of the two parts to one another.
  • the length of the individual code marks measured in the direction of movement or reading and the number of the maximum possible code words determine the maximum length of the measuring section which can be addressed with code words.
  • the resolution with which the relative position expressed in the pseudo random code, the so-called position code, can be measured depends on the length of each individual code mark. The smaller the length of the code marks, the more precisely it can be positioned. However, the reading becomes more difficult with decreasing length of the code marks, especially at high relative speeds.
  • the absolute code mark pattern and the incremental code mark pattern are to be shown in their relative position exactly aligned with each other.
  • the code reading device of a two-track absolute position measuring system in particular is large, which is undesirable in view of the limited available shaft cross-sectional area.
  • the traversing speed is limited in the case of two-track measuring systems, which is perceived as being particularly restrictive in the case of elevators with large heads.
  • Code mark pattern and the incremental code mark pattern are shown as a single-track combined code mark pattern of the n-digit pseudo random sequence in Manchester coding and the code reading device has sensors for scanning n + 1 successive code marks, the second code mark of the single-track combined code mark pattern being scanned in each case.
  • the essence of the invention consists in a single-track coding for an absolute length measuring system, in which, starting from a binary n-digit pseudo-sequence with which 2 n -l different position values are coded, a 1 is inserted after each 0 and a 0 after each 1.
  • the resulting double-length sequence according to the invention thus represents a combination of the n-digit pseudo-random coding and a Manchester coding. So that all code words occurring in the code mark pattern combined according to the invention differ from one another, n + 1 code marks of the respective second code marks of the combined code mark pattern must be scanned.
  • an n-digit pseudo-random coding with unchanged resolution can be used to represent a measurement section twice as long as that which corresponds to the sum of the lengths ⁇ of all code marks of the n-digit pseudo-random coding from which it is derived. Only single code marks with the length ⁇ and code marks of the length occur in the combined single-track code mark pattern according to the invention 2 ⁇ on. Consequently, a code mark change takes place at the longest after the length of 2 ⁇ , which can be detected or scanned using the code reading device. A scanning signal is derived from the quasi-equidistant code mark changes, with which the sensors for the
  • Detection of the single-track position code can be controlled. Reading takes place whenever the sensors are completely covered by the code marks to be read.
  • the single-track code mark pattern is slim and therefore only requires a small mounting area along the travel path.
  • a single-track code carrier is simple and inexpensive to manufacture.
  • Reading points are inexpensive and build relatively small compared to conventional code reading devices for the same route and comparable resolution.
  • the sensors are arranged on a line at a mutual distance of 2 ⁇ in the direction of movement, as a result of which the code reading device has a slim design and can thus be arranged to be movable sideways next to the guide rail.
  • the absolute position of the elevator car can already be seen when starting up without moving can be determined by arranging two sensors for each bit of the combined code mark pattern in the direction of travel at a distance of half the code mark length. If one of the two sensors is in the vicinity of a code mark change and supplies a sensor voltage of approximately zero, the other sensor is certainly covered by a code mark and provides reliable information.
  • the first sensors and the second sensors for absolute reading are combined to form a sensor group. Of the two interlocking sensor groups offset by half the code mark length, only the output signals of the sensors from one of the two sensor groups are alternately selected and evaluated for reading. Switching to the correct one of the two sensor groups is carried out by determining the position of the transition between two different code marks and the two sensor groups by means of the scanning signal.
  • the suppression of small magnetic poles by adjacent large magnetic poles, the so-called intersymbol interference, is reduced.
  • This has a positive effect on the reading reliability when the code reading device is at a greater distance from the code mark pattern.
  • the distance between the code reading device and the combined code mark pattern can thus be chosen larger in a magnetic measuring system. This makes the measuring system less susceptible to contamination of the code carrier and occurring relative movements of the code reading device with respect to the code mark pattern in the direction perpendicular to the reading or travel direction of the cabin.
  • the even one The length of the code marks also enables quick evaluation using inexpensive components working in parallel.
  • Measuring systems are used to scan the linear position code exclusively simple and inexpensive Hall sensors. Hall sensors of an interpolation device also serve to determine the position of the transition between two different code marks - the
  • the interpolation device is arranged in the direction of travel over an area with a length greater than the length of two code marks 2 ⁇ .
  • the distance between these Hall sensors is smaller than the length ⁇ of a code mark.
  • a combined code mark pattern with magnetic code marks forms a magnetic field with a course which is composed of approximately sinusoidal half-waves. These half-waves each have the length ⁇ of one or the length 2 ⁇ of two code marks.
  • a high-resolution position value can be generated by arc tangent interpolation of the sensor voltages, which is proportional to the path within a pole.
  • a code mark length results in a high-resolution absolute position.
  • a particularly reliable measuring system for determining the absolute cabin position can be obtained if the code reading device for scanning the position code, including the evaluation unit, is designed redundantly.
  • the second code reading device is basically the same as the first code reading device and differs only by an arrangement of the
  • the sensor pairs of both position code reading devices are arranged in a line parallel to the reading direction, offset by one code mark length ⁇ and arranged in an interlocking manner.
  • the code reading device is compact and only longer by the interpolation device and the fine interpolation device than in a non-redundant measuring system.
  • Each of the two code reading devices is assigned its own evaluation unit, so that the output signals of the sensors of both code reading devices are evaluated independently of one another and are available for controlling the elevator.
  • the redundant design of the single-track measuring system also fulfills current safety requirements in the elevator industry and thus opens up the possibility of replacing previously mechanical safety devices with electrical ones. She is also with one floor sensor for each of the two measuring systems
  • Shaft information system which is shown schematically in FIG. 7.
  • One of the floor sensors is assigned to each evaluation unit.
  • the floor sensors are moved together with the elevator car in the shaft in order to detect position markings arranged in the shaft on each floor level.
  • These signals, together with the output signals, are also provided redundantly by safety devices which are also provided redundantly
  • Position information is processed and used to control the elevator system.
  • FIG. 1 shows schematically an elevator installation with a device for determining the position of an elevator car
  • FIG. 2 schematically shows the structure of a first embodiment of the
  • FIG. 3 shows the order in which the individual bits are arranged in the combined code mark pattern
  • FIG. 4 shows a second embodiment of the code reading sensor system
  • Fig. 5 a curve of the output signal of the
  • Magnetic tape, Fig. 7, a second redundant embodiment of the measuring system according to the invention. 8 shows a redundant design of the single-track measuring system as the basis of a comprehensive shaft information system.
  • an elevator car 2 and a counterweight 3 are suspended from several supporting cables, of which a single supporting cable 4 is shown here.
  • the supporting cables 4 run over a deflection roller 5 and are guided over a driven traction sheave 6.
  • the traction sheave 6 transmits the drive forces of a drive motor, not shown here, to the support cables 4 driven by it for lifting and lowering the counterweight 3 and the elevator car 2 along a guide rail 7.
  • Guide shoes 9 which are firmly connected to the elevator car 2 in the direction of travel 8 serve to guide the elevator car 2 in the direction perpendicular to the direction of travel 8 on the guide rail 7.
  • a magnetic tape 10 is fixedly attached to the guide rail 7 along the entire travel distance of the elevator car 2 parallel to the direction of travel 8 of the elevator car 2.
  • the magnetic tape 10 serves as a carrier for a single-track combined code mark pattern according to the invention, which represents the numerical code of absolute positions of the elevator car 2 in the shaft 1 in relation to a zero point.
  • a code reading device 12 is fixedly mounted on the elevator car 2 in the direction of travel 8. It essentially consists of a sensor block 13 which carries the code reading sensor system 11 and which is slidably supported by a holder 14 perpendicular to the direction of travel 8.
  • a roller guide 15 guides the sensor block 13 on the guide rail 7 when the code reading device 12 together is moved with the elevator car 2. The same arrangement is also possible at the side or at the bottom of the elevator car 2.
  • the code reading device 12 transfers the read coded information to one another via connecting lines 16
  • Evaluation unit 17 translates the read coded information into a binary, expressed, absolute position statement which is understandable for the elevator control 18, before being sent to the elevator control 18, for example, via a hanging cable 19
  • Positioning the elevator car 2 is forwarded.
  • FIG. 2 schematically shows a first embodiment of the invention with a magnetic measuring system.
  • a magnetic tape 10 On a section of the guide rail 7 is a magnetic tape 10 with a
  • the individual north poles 22 and south poles 23 form correspondingly oriented magnetic fields on the outside.
  • Two adjacent code marks 12 define a so-called bit of the coding. If a north pole 23 is in front of a south pole 23 in the direction of travel 8, this bit is assigned the value “0”, while a south-north transition is assigned the value “1”. This type of significance of the bits, which is defined via changes in state, is known as so-called Manchester coding.
  • the corresponding binary digits or bits are plotted in FIG. 2 above the individual pole transitions 24.
  • the arrangement order of the individual bits in the combined code mark pattern 20 is shown in FIG. There, too, the individual pole transitions 24 are replaced by the corresponding bits of the coding.
  • the coding according to the invention is constructed from a binary pseudo random sequence 25 known per se, which is combined with its inverted counterpart 26.
  • a pseudorandom sequence consists of bit sequences with n binary digits arranged one behind the other without gaps. With each advancement by one bit in the binary pseudorandom sequence, it is known that a new n-digit binary bit sequence then occurs in each case. Such a sequence of n successive bits is referred to below as a code word.
  • the code words of a binary pseudo-random coding can be generated with the aid of a linear feedback shift register. The number of digits in the shift register corresponds to the number of digits in the binary bit sequence or code word.
  • n xexp (m)
  • x the value of the code word number
  • m the number of digits or bits of the code word.
  • N x exp (m) -l. The greater the number of bits, the more code words can be distinguished from one another.
  • the pseudo-random sequence 25 described in the direction of travel 8 includes after each bit Value "0" a bit with the value "1” and a "0" bit of the inverse pseudo random sequence 26 inserted after each "1" bit. Consequently, a bit change takes place in the single-track combined code mark pattern 20 at the latest after two bits. This is shown on the magnetic tape 10 according to FIG.
  • the combination according to the invention also results in a code gain. With simultaneous scanning of each eighteen consecutive of the second bits of the combined code mark pattern 20, an unambiguous 18-digit reading pattern 33 is thus read out without repetition of code words (FIG. 2).
  • the code reading sensor system 11 comprises a position code reading device 28 with eighteen for reading the eighteen bit position codes or code words 33 Sensor pairs 29, which is shown in more detail in FIG. 4.
  • All eighteen first sensors 31 are combined to form a first group and all eighteen second sensors 31 ⁇ are combined to form a second sensor group.
  • the reading pattern 33 of the position code reading device 28 from FIG. 2 is therefore composed of eighteen bits read simultaneously, but only every second bit of the combined code mark pattern 20 is read.
  • Position code reading device 28 of eighteen bits of a reading pattern 33 which are read simultaneously are interpreted jointly by the evaluation unit 17 as an eighteen-digit code word.
  • n 2 * (2exp (17) -1)
  • - 36 262 ⁇
  • eighteen-digit code words of the combined code mark pattern 20 is stored in a read-only memory, here an EPROM
  • a translation or decoding table clearly assigns an absolute position value 35 to the elevator car 2, which is output as a binary number in the correct order.
  • the resolution of the position code reading device 28 is 4 mm here, which corresponds to the length ⁇ of a code mark 21.
  • Switching to the correct one of the two sensor groups of the position code reading device 28 takes place by determining the position of the pole transition 24 between a south pole 22 and a north pole 23 with the aid of a
  • a zero is mandatory in the area between the first Hall sensor SO and the last Hall sensor S5, i.e. a pole transition 24 of the combined code mark pattern 20 described above.
  • the interpolation reading device 36 detects the quasi-equidistant pole transitions 24 or zero crossings of the magnetic field created according to the invention between two successive north poles 22 or south poles 23.
  • Hall sensors SO to S5 of the interpolation device 36 over the path in the travel direction 8 at millimeter intervals shown.
  • Well-known comparator circuits make the following comparisons of the voltages of individual sensors SO to S5, which are evaluated as indicated:
  • a north pole 22 is located from 1.0 mm to 9 mm behind the first interpolation sensor SO.
  • the generated sequence of digits is e.g. the table stored in an EPROM is decoded into a three-digit binary number sequence, which represents an interpolation value 6 (FIG. 2) with - in the example, 3 mm. This is with the
  • Code mark length ⁇ periodically and indicates the polarity of the band from the location of the first Hall sensor SO step by step in, for example, 0.5 mm steps.
  • the most significant bit 24 of this interpolation value 46 inverts at a distance of 2 mm and takes over as
  • Position code reading device 28 a comparator is provided.
  • the correct bits 24 are selected from the resulting digital bits 24 via a number of 2 to 1 multiplexers, which are derived from the 2 mm bit 24 of the
  • Interpolation device 36 can be controlled. All that is required is a synchronous clock, which can be several 100 kHz. The position value is updated after a clock cycle ( ⁇ 10ns).
  • the single-track measuring system described so far can be constructed with very inexpensive components. It enables high travel speeds of more than 16m / s. The measuring rate is practically only dependent on the speed of the interface.
  • the system resolution of this absolute single-track system is 0.5 mm, but can be increased considerably by the additional use of a fine interpolation device 47.
  • FIG. 6 shows the course of the output signal 48 of the MR angle sensor 49 used here, designated LK28 by the IMO company, when the half-waves of the combined code mark pattern 20 are scanned along the path in the direction of travel 8.
  • the sine and cosine output voltages of the MR sensor 49 have already been interpolated by means of an interpolator chip or software (not shown) in the ⁇ -controller arc tangent and standardized so that the minimum values 50 are 0 mm and the maximum values 51 are 4 mm.
  • the course of the output signal 48 of the MR angle sensor 49 shows that the area 54 between 0mm and 8mm is an 8mm magnetic pole and the area 55 between 8mm and 12mm is a 4mm magnetic pole.
  • This ' calculation rule results in a position value 52 which is periodic with the code mark length ⁇ and has a resolution of the order of 50 ⁇ m, which has hitherto only been obtained from the incremental track of a conventional two-track system.
  • the information as to whether the MR angle sensor 49 is located above a four or an eight mm magnetic pole can be stored in the decoding table.
  • the code word 33 is first determined by the position code reading device 28 and both the absolute position 35 and the arrangement of the magnetic poles under the current position of the MR angle sensor 49 are read out via the address of the decoding table specified by the code word 33.
  • Elevator car 2 can be carried out very quickly since only a few simple operations, e.g. comparisons
  • the high traversing speed possible by the coding according to the invention and the position code reading device 28 is determined by the
  • Fine interpolation device 47 is not impaired if an interpolator chip with parallel output of the interpolated position information is used and the high-resolution position value 52 is temporarily stored at the same time as the absolute position value 35, controlled by the synchronous clock.
  • Position values can be equalized for four and eight millimeter magnetic poles using an equalization table, which considerably improves the accuracy. This is possible because the distortions of magnetic poles of the same length ⁇ or 2 ⁇ are very similar at all points in the combined code mark pattern 20.
  • FIG. 7 shows an embodiment of the invention in which the code reading sensor system 11 is designed redundantly.
  • the second code reading sensor system 11 ⁇ is basically constructed in the same way as the code reading sensor system 11 in the previously described first exemplary embodiment according to FIG. 4.
  • the interpolation device 36 ⁇ and the fine interpolation device 47 ⁇ are arranged in this order in the direction of travel 8 in front of the position code reading device 28.
  • the second code reading sensor system 11 is placed mirror-symmetrically to the first code reading sensor system 11, the sensor pairs 29, 29 ⁇ of both position code reading devices 28, 28 ⁇ being in a line parallel to the travel / reading direction 8 by one
  • Code mark length ⁇ 4mm interlocked.
  • the eighteen sensor pairs 29 ⁇ of the second position code reading device 28 detect a reading pattern 33 from eighteen of the first bits of the combined code mark pattern 20.
  • each of the two code reading sensor systems is ll, ll ⁇ own evaluation 17,17 associated so that the output signals of the sensors of both code reading sensor systems 11, 11 ⁇ are evaluated independently of each other and two determined independently high resolution values of the total position 53, 53 are available as a binary number with twenty-four digits to control the elevator.
  • a comprehensive shaft information system with numerous functions can be obtained in cooperation with additional elevator sensors.
  • Examples of such functions of a shaft information system based on the determination of the absolute cabin position are: the shaft end deceleration, shaft end limitation, floor recognition, level compensation, door bridging and the most varied of travel regulations, and much more.
  • the redundant design of the single-track measuring system, together with a floor sensor 41, 41 ⁇ , forms the basis of a comprehensive shaft information system, which is shown schematically in FIG. 7.
  • Each evaluation 17.17> is associated with one of the floor sensors 41,41.
  • the floor sensors 41, 41 ⁇ are moved together with the elevator car 2 in the shaft 1 in order to detect position markings 42, 42 ⁇ arranged in the shaft 1 on each floor level.
  • These signals from the floor sensors 41, 41 are processed together with the output signals from safety devices 43, 43 ⁇ likewise provided redundantly, together with the position information 53 and are used to control the elevator.
  • the length code mark pattern 20 of the magnetic tape 10 is represented by sections with different poles and is read by means of magnetic field sensitive sensors 31, 31 S0-S6 of the code reading device 12. Fundamentally, there are also other physical principles for representing the
  • the code marks can also have different dielectric values that are read by sensors that detect capacitive effects.
  • a reflective code mark pattern is possible in which, depending on the value of the individual code mark, more or less light is reflected from an illumination device to reflected light barriers as sensors.
  • the invention enables the use of inexpensive Hall sensors for reading the position code.
  • implementation is also possible with cost-intensive induction sensors, so-called GMR sensors or magnetoresitive sensors, so-called MR sensors, which detect the direction of the magnetic field.
  • GMR sensors GMR sensors
  • MR sensors magnetoresitive sensors
  • Each of these sensors can either have several individual and / or a group of different sensors combined with one another on a code reading device.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Aufzuganlage mit einem absoluten Längenmesssystem zur Ermittlung der Kabinenposition einer entlang mindestens einer Führungsschiene verfahrbaren Aufzugkabine, mit einem an der Führungsschiene in Verfahrrichtung angebrachten absoluten Codemarkenmuster einer Pseudozufallscodierung. Bei einem solch en Messsystem wird mit geringem Aufwand über eine lange Verfahrstrecke der Aufzugskabine eine hohe Auflösung bei der Positionserkennung erreicht, indem das absolute Codemarkenmuster und das inkrementale Codezeichenmuster als einspuriges kombiniertes Codemarkenmuster der n-stelligen Pseudozufallsfolge in Manchester-Codierung mit gleichlangen Codemarken dargestellt sind und die Codelesevorrichtung Lesestationen zum Abtasten von n+1 aufeinanderfolgenden Codemarken aufweist, wobei jeweils die zweite Codemarke des einspurigen kombinierten Codemarkenmusters abgetastet wird.

Description

Aufzugsanlage mit einem Messsystem zur Ermittlung der absoluten Kabinenposition
Die Erfindung betrifft eine Aufzuganlage mit einem Messsystem zur Ermittlung der absoluten Kabinenposition einer entlang mindestens einer Führungsschiene verfahrbaren Aufzugkabine nach Definition der Patentansprüche.
Bei Aufzügen ist die Positionsinformation in codierter Form ortsfest entlang des gesamten Verfahrwegs der Aufzugkabine angebracht und wird mittels einer Codeleseeinrichtung in codierter Form abgelesen und zu einer Auswerteeinheit weitergeleitet. Die Auswerteeinrichtung bereitet die abgelesene codierte Positionsinformation steuerungsverständlich auf und leitet daraus Informationssignale ab, die als sogenannte Schachtinformationen zur Aufzugsteuerung weitergeleitet werden .
Aus der DE 42 09 629 AI ist ein absolutes Messsystem mit hoher Auflösung zum Bestimmen der relativen Position zweier relativ zueinander bewegbarer Teile bekannt. In bislang üblicher Weise sind dort an einem ersten Teil in einer ersten Spur ein absolutes Codemarkenmuster in Form einer lückenlosen Folge von gleichlangen Codemarken einer
Pseudozufallscodierung und in einer dazu parallelen zweiten Spur ein inkrementales Codezeichenmuster ausgebildet. In dem absoluten Codemarkenmuster stellen jeweils beliebige n aufeinanderfolgende Codemarken ein Codewort dar. Jedes dieser Codeworte kommt im gesamten Codemarkenmuster nur ein einziges Mal vor. An einem zum ersten Teil relativ bewegbaren zweiten Teil ist eine Codelesevorrichtung vorgesehen, die in Bewegungsrichtung n aufeinanderfolgende Codemarken auf einmal erfassen kann und dabei das inkrementale Codezeichenmuster abtastet. Wird die Codelesevorrichtung um eine Codemarkenposition des absoluten Codemarkenmusters entlang des ersten Teils verfahren, dann wird bereits ein neues n-stelliges binäres Codewort gelesen.
Bei dieser bekannten Einrichtung definiert jedes Codewort des absoluten Codemarkenmusters eine bestimmte Relativposition beider Teile zueinander. Die in Bewegungs- bzw. Ableserichtung gemessene Länge der einzelnen Codemarken und die Anzahl der maximal möglichen Codeworte legen die maximale Länge der Messstrecke fest, die mit Codeworten adressierbar ist. Das Auflösever ögen mit dem die im Pseudozufallscode ausgedrückte Relativposition, der sogenannte Positionscode, gemessen werden kann, hängt von der Länge jeder einzelnen Codemarke ab. Je kleiner die Länge der Codemarken ist, desto genauer kann positioniert werden. Jedoch gestaltet sich das Ablesen mit abnehmender Länge der Codemarken, insbesondere bei hohen Relativgeschwindigkeiten Zusehens schwieriger.
Bei einer Anwendung eines solchen absoluten Längenmesssystems zur Ermittlung der Position einer Aufzugkabine, wie beispielweise dem aus dem deutschen Gebrauchsmuster G 92 10 996.9 bekannten Aufzug, ist der gesamten Fahrweg in Verfahrrichtung der Aufzugskabine lückenlos mit codierten Positionsangaben, den Codeworten der Pseudozufallscodierung zu adressieren. Das Maximum der Messbzw. Fahrwegstrecke ist dabei aber durch die Summe der Längen aller Codemarken begrenzt. Für lange Fahrstrecken ist deshalb eine Pseudozufallscodierung mit vielstelligen Codeworten und/oder Codemarken mit grösseren Längen vorzusehen. Vielstellige Codeworte bedingen jedoch entsprechend aufwendige Codeleseeinrichtungen und Auswerteeinheiten, was mit hohen Kosten verbunden ist. Mit zunehmender Länge der einzelnen Codemarken nimmt aber das Auflösevermögen ab.
Um Ablesefehler zu vermeiden, sind das absolute Codemarkenmuster und das inkrementale Codezeichenmuster in ihrer Relativlage exakt zueinander ausgerichtet darzustellen. Dies macht die Herstellung eines zweispurigen Codeträgers teuer und bedingt andererseits eine zeitintensive genaue Montage. Zudem baut insbesondere die Codeleseeinrichtung eines zweispurigen absoluten Positionsmesssystems gross, was im Hinblick auf begrenzt zur Verfügung stehender Schachtquerschnittsfläche unerwünscht ist. Im übrigen ist die Verfahrgeschwindigkeit bei zweispurigen Messsystemen begrenzt, was insbesondere bei Aufzügen mit grossen Förderhöhen als einschränkend empfunden wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen eingangs beschriebenen
Aufzug mit einem Messsystem zur Bestimmung der absoluten Position der Aufzugkabine anzugeben, welches mit möglichst geringem Aufwand über eine lange Verfahrstrecke der Aufzugskabine eine hohe Auflösung bei der Positionserkennung ermöglicht.
Die Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsge äss durch einen Aufzug mit einem absoluten Positionsmesssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gegeben, welcher sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass das absolute
Codemarkenmuster und das inkrementale Codezeichenmuster als einspuriges kombiniertes Codemarkenmuster der n-stelligen Pseudozufallsfolge in Manchester-Codierung dargestellt sind und die Codelesevorrichtung Sensoren zum Abtasten von n+1 aufeinanderfolgenden Codemarken aufweist, wobei jeweils die zweite Codemarke des einspurigen kombinierten Codemarkenmusters abgetastet wird.
Das Wesen der Erfindung besteht in einer einspurigen Codierung für ein absolutes Längenmesssystem, bei welchem ausgehend von einer binären n-stelligen Pseudozallsfolge, mit der 2n-l verschiedene Positionswerte codiert sind, hinter jeder 0 eine 1 und hinter jeder 1 eine 0 eingefügt ist. Die dadurch erhaltene erfindungsgemässe Folge mit doppelter Länge stellt quasi eine Kombination der n- stelligen Pseudozufallscodierung und einer Manchestercodierung dar. Damit sich sämtliche im erfindungsgemäss kombinierten Codemarkenmuster auftretenden Codeworte voneinander unterscheiden, müssen n+1 Codemarken der jeweils zweiten Codemarken des kombinierten Codemarkenmusters abgetastet werden.
Mit der erfindungsgemässen Codierung können die Vorteile von absoluten Einspursystemen mit dem Vorteil der hohen Auflösung von absoluten Zwei- bzw. Mehrspursysteme kombiniert werden.
Mit der erfindungsgemäss kombinierten Codierung ist mit einer n-stelligen Pseudozufallscodierung bei unveränderter Auflösung eine doppelt so lange Messstrecke darstellbar, als jene, die der Summe der Längen λ aller Codemarken der n- stelligen Pseudozufallscodierung, aus der sie abgeleitet ist entspricht. Dabei treten in dem erfindungsgemässen einspurigen kombinierten Codemarkenmuster ausschliesslich einzelne Codemarken mit der Länge λ und Codemarken der Länge 2λ auf. Folglich findet längstens nach der Länge von 2λ ein Codemarkenwechsel statt, welcher mittels der Codelesevorrichtung detektiert bzw. abgetastet werden kann. Aus den quasi äquidistanten Codemarkenwechseln wird ein Abtastsignal abgeleitet, mit dem die Sensoren für das
Erfassen des einspurigen Postionscodes angesteuert werden. Das Lesen erfolgt immer dann, wenn sich die Sensoren vollständig in Abdeckung der zu lesenden Codemarken befinden. Das einspurige Codemarkenmuster ist schlank und benötigt deshalb lediglich eine kleine Befestigungsfläche entlang der Verfahrstrecke. Zudem ist ein einspuriger Codeträger einfach und kostengünstig herstellbar.
Mit lediglich einer zusätzlichen Ablesestelle der Codelesevorrichtung mehr, also nur n+1 Ablesestellen, kann an der erfindungsgemäss einen Spur des kombinierten Codemarkenmusters jeweils ein eindeutiges bzw. absolutes Zeichenmuster abgelesen werden.
Die Codelesevorrichtung mit erfindungsgemäss nur n+1
Lesestellen ist kostengünstig und baut verhältnismassig klein im Vergleich zu herkömmlichen Codelesevorrichtungen für dieselbe Fahrwegstrecke und vergleichbarer Auflösung. Zum Ablesen des einspurigen kombinierten Codemarkenmusters sind die Sensoren in Bewegungsrichtung auf einer Linie in einem gegenseitigen Abstand von 2λ angeordnet, wodurch die Codelesevorrichtung schlank baut und so platzsparend seitlich neben der Führungsschiene verfahrbar angeordnet sein kann.
In einfacher Weise kann bereits beim Aufstarten ohne Verfahren der Aufzugskabine, deren absolute Position ermittelt werden, indem für jedes Bit des kombinierten Codemarkenmusters zwei Sensoren in Verfahrrichtung in einem Abstand der halben Codemarkenlänge angeordnet sind. Steht einer der beiden Sensoren in der Nähe eines Codemarkenwechsels und liefert eine Sensorspannung von annähernd dem Wert Null, dann befindet sich der jeweils andere Sensor mit Sicherheit in Abdeckung zu einer Codemarke und liefert eine sichere Information. Jeweils die ersten Sensoren und jeweils die zweiten Sensoren zur Absolutablesung sind zu einer Sensorgruppe zusammengefasst . Von den beiden ineinandergreifenden, um die halbe Codemarkenlänge versetzten Sensorgruppen, werden alternierend immer nur die Ausgangssignale der Sensoren von einer der beiden Sensorgruppen zur Ablesung ausgewählt und ausgewertet. Die Umschaltung auf die jeweils richtige der beiden Sensorgruppen erfolgt über die Bestimmung der Lage des Übergangs zwischen zwei verschiendenen Codemarken und den beiden Sensorgruppen durch das Abtastsignal .
Bei der Anwendung der erfindungsgemässen einspurigen kombinierten Codierung bei einem magnetischen Messsystem wird die Unterdrückung kleiner Magnetpole durch benachbarte große Magnetpole, die sogenannte Intersymbolinterferenz, vermindert. Dies wirkt sich positiv auf die Lesesicherheit bei grösserem Abstand der Codelesevorrichtung zum Codemarkenmuster aus. Der Abstand der Codelesevorrichtung zum kombinierten Codemarkenmuster kann also bei einem magnetischen Messsystem grösser gewählt werden. Damit wird das Messsystem wengier Anfällig gegen Verschmutzung des Codeträgers und auftretenden Relativbewegungen der Codelesevorrichtung gegenüber dem Codemarkenmuster in Richtung senkrecht zur Lese- bzw. Verfahrrichtung der Kabine. Die gleichmässige Länge der Codemarken ermöglicht zudem eine schnelle Auswertung durch preiswerte parallelarbeitende Bauelemente .
In einer bevorzugten Ausführungsform als magnetisches
Messsystem werden zur Abtastung des linearen Positionscodes ausschliesslich einfache und kostengünstige Hallsensoren eingesetzt. Ebenso dienen Hallsensoren einer Interpolationseinrichtung zur Bestimmung der Lage des Übergangs zwischen zwei verschiendenen Codemarken - dem
Nulldurchganges des Magnetfeldes - relativ zur Sensorleiste. Die Interpolationseinrichtung ist in Verfahrrichtung über einen Bereich mit einer Länge grösser als die Länge zweier Codemarken 2λ angeordnet. Der Abstand zwischen diesen Hallsensoren ist kleiner als die Länge λ einer Codemarke.
Ferner ist es in einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, zusätzlich zu den Hall-Sensoren einen MR-Sensor einzusetzen, mit welchem die erfindungsge ässe Codierung abgetastet und so die Auflösung gegenüber bisherigen absoluten Einspursystemen erheblich gesteigert wird. Aufgrund der beschriebenen Eigenschaften bildet ein kombiniertes Codemarkenmuster mit magnetischen Codemarken nach aussen ein Magnetfeld mit einem Verlauf aus, welcher sich aus annähernd sinusförmigen Halbwellen zusammensetzt. Diese Halbwellen haben jeweils die Länge λ einer oder der Länge 2λ zweier Codemarken. Bei Abtastung mit einem entsprechenden MR-Sensor kann durch Arcustangensinterpolation der Sensorspannungen ein hochauflösender Positionswert erzeugt werden, welcher jeweils innerhalb eines Poles wegproportional ist. Kombiniert mit dem absoluten Positionswert mit der Auflösung einer Codemarkenlänge ergibt sich eine hochauflösende Absolutposition.
Ein besonders zuverlässiges Messsystem zur Ermittlung der absoluten Kabinenposition kann erhalten werden, indem die Codelesevorrichtung zum Abtasten des Positionscodes einschliesslich der Auswerteeinheit redundant ausgebildet ist. Die zweite Codelesevorrichtung ist dabei grundsätzlich gleich wie die erste Codelesevorrichtung aufgebaut und unterscheidet sich nur durch eine Anordnung der
Zwischenleseeinheit und der Feininterpolation in dieser Reihenfolge in Verfahrrichtung hinter der Positionscodeleseeinheit . Die Sensorpaare beider Positionscodeleseeinrichtungen sind in einer zur Ableserichtung parallen Linie, um eine Codemarkenlänge λ zueinander versetzt und ineinandergreifend angeordnet. Die Codelesevorrichtung ist kompakt gebaut und lediglich um die Interpolationseinrichtung und die Feininterpolationseinrichtung länger als bei einem nicht redundanten Messsystem.
Jeder der beiden Codelesevorrichtungen ist eine eigene Auswerteeinheit zugeordnet, so dass die Ausgangssignale der Sensoren beider Codelesevorrichtungen unabhängig voneinander ausgewertet werden und zur Steuerung des Aufzugs verfügbar sind.
Die redundante Ausbildung des einspurigen Messsystems erfüllt ferner geltende Sicherheitsanforderungen in der Aufzugsindustrie und eröffnet damit die Möglichkeit bisher mechanisch ausgeführte Sicherheitseinrichtungen durch elektrische zu ersetzen. Ferner ist sie gemeinsam mit jeweils einem Stockwerksensor für jeder der beiden Messsysteme Grundlage eines umfassenden
Schachtinformationssystem, welches schematisch in Fig. 7 dargestellt ist. Jeder Auswerteeinheit ist einer der Stockwerksensoren zugeordnet . Die Stockwerksensoren werden zusammen mit der Aufzugkabine im Schacht bewegt, um im Schacht auf jedem Stockwerkniveau angeordnete Positionsmarkierungen zu detektieren. Diese Signale werden zusammen mit den Ausgangssignalen von ebenfalls redundant vorgesehenen Sicherheitseinrichtungen gemeinsam mit der
Postionsinformation verarbeitet und dienen der Steuerung der Aufzugsanlage .
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung hervor. Es zeigt:
Fig. 1, schematisch eine Aufzuganlage mit einer Einrichtung zur Ermittelung der Position einer Aufzugkabine;
Fig. 2, schematisch den Aufbau einer ersten Ausführung der
Erfindung; Fig. 3, die Anordnungsreihenfolge der einzelnen Bits im kombinierten Codemarkenmuster, Fig. 4, eine zweite Ausführung der Codelesesensorik; Fig. 5, ein Verlauf des Ausgangssignals der
Interpolationseinrichtung, Fig. 6, den Verlauf des Ausgangssignals eines MR-
Winkelsensors der Feininterpolation bei Abtastung des Magnetfeldverlauf über dem codierten
Magnetband, Fig. 7, eine zweite redundante Ausführung des Messystem gemäss der Erfindung. Fig. 8 eine redundante Ausbildung des einspurigen Messsystems als Grundlage eines umfassenden Schachtinformationssystems .
Bei dem in Fig. 1 schematisch gezeigten Aufzug mit einem Schacht 1, sind eine Aufzugkabine 2 und ein Gegengewicht 3 an mehreren Tragseilen aufgehängt, von denen hier stellvertretend ein einzelnes Tragseil 4 dargestellt ist. Die Tragseile 4 laufen über eine Umlenkrolle 5 und sind über eine angetriebene Treibscheibe 6 geführt. Die Treibscheibe 6 überträgt die Antriebskräfte eines hier nicht dargestellten Antriebsmotors auf die von ihr angetriebenen Tragseile 4 zum Heben und Senken des Gegengewichts 3 und der Aufzugkabine 2 entlang einer Führungschiene 7. In Verfahrrichtung 8 fest mit der Aufzugkabine 2 verbundene Führungsschuhe 9 dienen zur Führung der Aufzugkabine 2 in Richtung senkrecht zur Verfahrrichtung 8 an der Führungsschiene 7. An der Führungsschiene 7 ist ein Magnetband 10 entlang der gesamten Fahrstrecke der Aufzugkabine 2 parallel zur Verfahrrichtung 8 der Aufzugkabine 2 ortfest angebracht. Das Magnetband 10 dient als Träger für ein erfindungsgemässes einspuriges kombiniertes Codemarkenmuster, das den numerischen Code von absoluten Positionen der Aufzugkabine 2 im Schacht 1 bezogen auf einen Nullpunkt darstellt.
Eine Codelesevorrichtung 12 ist in Verfahrrichtung 8 fest auf der Aufzugkabine 2 angebracht. Sie besteht im wesentlichen aus einem die Codelesesensorik 11 tragenden Sensorblock 13, der von einer Halterung 14 senkrecht zur Fahrtrichtung 8 verschiebar gehaltert ist. Eine Rollenführung 15 führt den Sensorblock 13 an der Führungsschiene 7, wenn die Codelesevorrichtung 12 gemeinsam mit der Aufzugkabine 2 bewegt wird. Die gleiche Anordnung ist auch seitlich oder unten an der Aufzugkabine 2 möglich.
Die Codelesevorrichtung 12 übergibt die abgelesene codierte Information über Verbindungsleitungen 16 an eine
Auswerteeinheit 17. Die Auswerteeinheit 17 übersetzt die abgelesene codierte Information in eine für die Aufzugssteuerung 18 verständliche binäre ausgedrückte absolute Positionsangabe, bevor sie über ein Hängekabel 19 an die Aufzugssteuerung 18, beispielsweise zur
Positionierung der Aufzugkabine 2 weitergeleitet wird.
Fig. 2 zeigt schematisch eine erste Ausführung der Erfindung mit einem magnetischen Messsystem. Auf einem Abschnitt der Führungsschiene 7 ist ein Magnetband 10 mit einem
-einspurigen kombinierten Codemarkenmuster 20 angebracht. Die Codemarken 21 sind durch in Längsrichtung des Magnetbands 10 in einer Spur angeordnete gleichlange rechteckige Abschnitte mit einer Länge von jeweils λ=4 mm symbolisiert und entweder als magnetischer Nordpol 22 oder als magnetischer Südpol 23 magnetisiert . Die einzelnen Nordpole 22 und Südpole 23 bilden nach aussen entsprechend orientierte Magnetfelder aus. Jeweils zwei aneinandergrenzende Codemarken 12 definieren ein sogenanntes Bit der Codierung. Befindet sich ein Nordpol 23 in Verfahrrichtung 8 vor einem Südpol 23, so ist diesem Bit der Wert „0" zugeordnet, während einem Süd- Nord-Übergang der Wert „1" zugeordnet ist. Diese Art der über Zustandsänderungen definierten Wertigkeit der Bits ist als sogenannte Manchester-Codierung bekannt. Zur Veranschaulichung sind in Fig. 2 oberhalb der einzelnen Polübergänge 24 die entsprechenden Binärziffern bzw. Bits aufgetragen. Die Anordnungsreihenfolge der einzelnen Bits im kombinierten Codemarkenmuster 20, ist in Fig.3 gezeigt. Auch dort sind die einzelnen Polübergänge 24 durch die jeweils entsprechenden Bits der Codierung ersetzt. Die erfindungsgemässe Codierung ist aufgebaut aus einer an sich bekannten binären Pseudozufallsfolge 25, die mit ihrem invertierten Gegenstück 26 kombiniert ist.
Eine Pseudozufallsfolge besteht aus lückenlos hintereinander angeordneten Bitsquenzen mit n binären Stellen. Bei jedem Weiterrücken um ein Bit in der binären Pseudozufallsfolge, stellt sich dann bekanntlich jeweils eine neue n-stellige binäre Bitsequenz ein. Eine solche Sequenz n hintereinander liegender Bits ist nachfolgend als Codewort bezeichnet. Die Codeworte einer binären Pseudozufallscodierung können bekanntlich mit Hilfe eines linear rückgekoppelten Schieberegisters erzeugt werden. Die Anzahl der Stellen des Schieberegisters entspricht dabei der Anzahl der Stellen der binären Bitfolge bzw. des Codewortes. Allgemein können in einer m-Bit Pseudozufallscodierung n=xexp (m) verschiedene Codeworte unterschieden werden, wobei x die Wertigkeit der Codewortziffer und m die Anzahl der Stellen oder Bits des Codeworts sind. Die grösste darstellbare Zahl ergibt sich zu N= x exp(m)-l. Je grösser die Anzahl der Bits, desto mehr Codeworte können voneinander unterschieden werden.
Der in Fig. 3 dargestellten Ausführung der Erfindung liegt eine Pseudozufallsfolge 25 aus Codeworten 27 mit n=17 Stellen zugrunde. Sie ist 2exp(17)-l Bits lang und besteht folglich aus insgesamt n=2exp(17) = 131 072 verschiedenen Codeworten 27. Erfindungsgemäss ist in Verfahrrichtung 8 der beschriebenen Pseudozufallsfolge 25 nach jedem Bit mit Wertigkeit „0" ein Bit mit der Wertigkeit „1" und nach jedem „1"-Bit ein „0"-Bit der inversen Pseudozufallsfolge 26 eingefügt. Folglich findet in dem einspurigen kombinierten Codemarkenmuster 20 spätestens nach zwei Bits ein Bitwechsel statt. Auf dem Magnetband 10 zeigt sich dies gemäss Fig. 3 dadurch, dass nur Magnetpole 22,23 in der Länge λ=4mm und der doppelten Länge von L=2λ=8mm vorhanden sind und dass längstens nach L=2λ=8mm ein Übergang 24 von einem Nordpol 23 auf einen Südpol 22 oder umgekehrt auftritt.
Die nl=2exp (17) -1 Bits der Pseudozufallsfolge 25 und die dazu inversen n2=2exp (17) -1 Bits des invertierten Gegenstück 26 addieren sich zu insgesamt nK=2x (2exp (17) -1) Bits. Dies entspricht bei der hier gewählten Codemarkenlänge λ=4mm einer geometrischen Gesamtlänge des einspurigen kombinierten Codemarkenmusters 20 von Lmax=nK*λ=262144*4mm=1048 , 576m.
Analytisch betrachtet ergibt die Kombination ein kombiniertes Codemarkenmuster 20 bei dem insgesamt NK=2 (2exp (17) -l)-36=2exp (18) -2-36=262 106 Codewörter mit nun jeweils achtzehn Stellen unterschieden werden. Damit ergibt die erfidungsgemässe Kombination neben der Verdoppelung der Zahl der Bits bzw. Magnetpole 22,23 auch ein Codestellengewinn. Bei gleichzeitiger Abtastung von jeweils achtzehn aufeinanderfolgenden der jeweils zweiten Bits des kombinierten Codemarkenmusters 20 wird also ein eindeutiges 18-stelliges Ablesemuster 33 ohne Wiederholung von Codeworten ausgelesen (Fig. 2) .
Dementsprechend umfasst die Codelesesensorik 11 gemäss Fig. 2 zum Lesen der achtzehn Bit Positionscodes bzw. Codeworte 33 eine Positionscodeleseeinrichtung 28 mit achtzehn Sensorpaaren 29, die in Fig. 4 geauer dargestellt ist. Die Sensorpaare 29 in Verfahrrichtung 8 auf einer Linie mit einem Abstand 30 angeordnet, der der Länge 2λ=8mm zweier Magnetpole 22,23 entspricht. Die beiden Sensoren 31,31 jedes der Sensorpaare 29 trennt ein gegenseitiger Abstand 32 der Grosse einer halben Codemarkenlänge λ/2=2mm. Steht einer der beiden Sensoren 31,31Λ in der Nähe eines Magnetpolwechsels 24 und liefert eine Sensorspannung von annähernd dem Wert Null, dann befindet sich der jeweils andere Sensor 31,31λ mit Sicherheit in Abdeckung zu einem der Magnetpole 22,23 und liefert eine sichere Information. Alle achtzehn ersten Sensoren 31 sind zu einer ersten Gruppe und alle achtzehn zweiten Sensoren 31 Λ sind zu einer zweiten Sensorgruppe zusammengefasst . Von den Sensoren 31 der ersten Sensorgruppe und der um die halbe Codemarkenlänge λ/2=2mm in Verfahrrichtung versetzten Sensoren 31 der zweiten Sensorgruppe, werden alternierend immer nur die Ausgangssignale der Sensoren einer von beiden Sensorgruppen zur Positionsablesung ausgewählt und ausgewertet. Das Ablesemuster 33 der Positionscodeleseeinrichtung 28 aus Fig. 2 setzt sich also aus achtzehn gleichzeitig gelesenen Bits zusammen, wobei aber nur jedes zweite Bit des kombinierten Codemarkenmusters 20 gelesen wird.
Die in beschriebener Weise von der
Positionscodeleseeinrichtung 28 gleichzeitig abgelesenen achtzehn Bits eines Ablesemusters 33 werden von der Auswerteeinheit 17 gemeinsam als ein achtzehnstelliges Codewort interpretiert. Jedem dieser n=2* (2exp (17) -1) - 36=262 Λ106 achtzehnstelligen Codeworte des kombinierten Codemarkenmusters 20 ist über eine in einem Festwertspeicher, hier einem EPROM, gespeicherten Übersetzungs- oder Decodiertabelle eindeutig ein Absolutpositionswert 35 der Aufzugskabine 2 zugeordnet, der als eine Binärzahl in richtiger Reihenfolge ausgegeben wird. Die Auflösung der Positionscodeleseeinrichtung 28 ist hier 4mm, was der Länge λ einer Codemarke 21 entspricht.
Die Umschaltung auf die jeweils richtige der beiden Sensorgruppen der Positionscodeleseeinrichtung 28 erfolgt über die Bestimmung der Lage des Polübergangs 24 zwischen einem Südpol 22 und einem Nordpol 23 mit Hilfe einer
Interpolationseinrichtung 36. Die Interpolationseinrichtung 36 ist in Verfahrrichtung 8 entweder wie in Fig. 2 vor oder aber wie hier in Fig. 3 hinter der Positionscodeleseeinrichtung 28 in einem Abstand 37 von einem ganzzahligen Vielfachen der Länge λ=4mm einer
Codemarke 21 angeordnet. Die Interpolationseinrichtung 36 umfasst eine Gruppe von sechs Hallsensoren S0-S5, welche in Verfahrrichtung 8 hintereinander in einem Abstand von jeweils λ/2=2mm platziert sind, so dass den ersten Hallsensor SO und den letzten Hallsensoren S5 demnach ein Abstand von 10mm trennt. In dem Bereich zwischen dem ersten Hallsensor SO und dem letzten Hallsensoren S5 liegt zwingend eine Nullstelle, d.h. ein Polübergang 24 des oben beschriebenen kombinierten Codemarkenmusters 20. Die Interpolationsleseeinrichtung 36 detektiert die erfindungsgemäss geschaffenen quasi äquidistanten Polübergänge 24 bzw. Nulldurchgänge des Magnetfelds zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nordpolen 22 oder Südpolen 23.
In Fig. 5 ist ein Beispiel der AusgangsSpannung der sechs
Hallsensoren SO bis S5 der Interpolationseinrichtung 36 über dem Weg in Verfahrrichtung 8 im Millimeterabständen dargestellt. Hinlänglich bekannte Komparatorschaltungen führen folgende Vergleiche der Spannungen einzelner Sensoren SO bis S5 durch, die wie angegeben gewertet werden:
U(sO)>0 ->0
U(sO)+l/3*U(sl) >0 ->0
U(s0)+U(sl) >0 ->1 l/3*U(sO)+U(sl) >0 ->1
U(sl)>0 ->1
u.s.w. bis:
U(s4)+l/3*U(s5) ->1 •
Dies ergibt für das in Fig. 5 dargestellte Beispiel die Ziffernfolge: 001111111111111111. Damit ist ausgedrückt, dass sich an dem ersten Interpolationssensor SO bis 0.5mm dahinter ein Südpol 23 erstreckt. Ab 1.0mm bis 9mm hinter dem ersten Interpolationssensor SO befindet sich ein Nordpol 22.
Die erzeugte Ziffernfolge wird über eine z.B. in einem EPROM gespeicherte Tabelle in eine dreistellige binäre Zahlenfolge decodiert, die einen Interpolationswert 6 (Fig.2) mit - im Beispielfall 3mm darstellt. Dieser ist mit der
Codemarkenlänge λ periodisch und gibt die Polarität des Bandes von der Stelle des ersten Hallsensors SO an gerechnet schrittweise in beispielsweise 0.5mm Schritten an. Das höchstwertige Bit 24 dieses Interpolationswertes 46 invertiert in einem Abstand von 2mm und übernimmt als
Abtastsignal die zur beschriebenen Umschaltung zwischen den Sensoren 31 und 31 der Positionscodeleseeinrichtung 28. Die drei Bits 24 des Interpolationswertes 46 werden zusätzlich in die Gesamtpositionsinformation 53 einbezogen. Die Spannungen der Hallsensoren S0-S5 müssen nun lediglich mit der Schwelle für OmT verglichen werden, wozu für jeden der sechs Hallsensoren S0-S5 der
Positionscodeleseeinrichtung 28 ein Komparator vorgesehen ist. Von den sich daraus ergebenden digitalen Bits 24 werden die richtigen Bits 24 über ein Anzahl von 2 zu 1 Multiplexern ausgewählt, welche vom 2mm-Bit 24 der
Interpolationseinrichtung 36 gesteuert werden. Nötig ist lediglich noch ein Synchrontakt, welcher mehrere 100kHz betragen kann. Nach einem Taktzyklus ( <10ns ) ist der Positionswert aktualisiert.
Das insoweit beschriebene einspurige Messsystem kann mit sehr preiswerten Bauteilen aufgebaut werden. Es ermöglicht hohe Verfahrgeschwindigkeiten von mehr als 16m/s. Die Messrate ist praktisch nur von der Geschwindigkeit der Schnittstelle abhängig. Die Systemauflösung dieses absoluten Einspursystems beträgt 0,5mm, kann aber durch den zusätzlichen Einsatz einer Feininterpolationseinrichtung 47 erheblich gesteigert.
Die Feininterpolationseinheit 47 tastet zusätzlich zu den Hallsensoren 31,31 S0-S5 das kombinierte Codemarkenmuster 20 mit einem MR-Sensor 49 (magnetoResistant= Induktiver Widerstands-Sensor) ab. Der MR-Winkelsensor 49 ist bei der Ausführung gemäss Fig. 2 in einem festen Abstand l=kλ, der einem Vielfachen der Länge einer Codemarke 21 entspricht in Verfahrrichtung 8 vor und in der Ausführung gemäss Fig. 4 hinter der Interpolationseinrichtung 36 an der Codelesevorrichtung 12 angeordnet und wird zusammen mit dieser relativ entlang des Magnetbands 10 bewegt. Dabei detektiert der MR-Winkelsensor 49 den Verlauf des Magnetfelds des einspurigen kombinierten Codemarkenmusters 20, welcher sich sich aus annähernd sinusförmigen Halbwellen der Längen λ=4mm oder 2λ=8mm, der durch die Nordpole 22 und Südpole 23 gebildeten Magnetfelder zusammensetzt.
Fig. 6 zeigt den Verlauf des Ausgangssignals 48 des hier verwendeten MR-Winkelsensors 49 mit der Bezeichnung LK28 der Firma IMO bei Abtastung der Halbwellen des kombinierten Codemarkenmusters 20 längs des Wegs in der Verfahrrichtung 8 aufgetragen. Die sinus- und cosinusförmige AusgangsSpannungen des MR-Sensors 49 sind bereits mittels Interpolatorchip oder per Software (nicht dargestellt) im μ- Controller arcustangensinterpoliert und so normiert, dass die Minimalwerte 50 bei 0mm und die Maximalwerte 51 bei 4mm liegen. Das Ausgangssignal 48 ergibt eine hochauflösenden Positionsinformation, welcher innerhalb der Länge λ=4mm eines Nordpols 22 oder Südpols 23, bzw. 2λ=8mm zweier aneinander grenzender gleichpoliger Magnetpole wegproportional ist.
Dem Verlauf des Ausgangssignals 48 des MR-Winkelsensors 49 ist zu entnehmen, dass es sich im Bereich 54 zwischen 0mm und 8mm um einen 8mm-Magnetpol und im Bereich 55 zwischen 8mm und 12mm um einen 4mm Magnetpol handelt.
Diese hochauflösende Positionsinformation wird wie folgt weiterverarbeitet: Wenn sich der MR-Winkelsensor 49 über einem 4mm-Magnetpol befindet, dann wird die interpolierte Positionsinformation der Feininterpolationseinrichtung 47 als hochauflösender Positionswert 52 übernommen. Befindet sich der MR-Sensor 49 über einem 8mm-Pol, dann wird die interpolierte Positionsinformation mit 2 multipliziert. Ist der sich daraus ergebende Wert grösser als der hier durch die Länge von λ=4mm eines Magnetpols vorgegebene Maximalwert, dann wird der Maximalwert subtrahiert .
Aus dieser' Berechnungsvorschrift ergibt sich eine mit der Codemarkenlänge λ periodischer Positionswert 52 mit einer Auflösung in der Grössenordnung von 50μm, wie man sie bisher nur aus der Inkrementalspur eines herkömmlichen Zweispursystems erhält.
Die Information, ob sich der MR-Winkelsensor 49 über einem vier- oder über einem acht-mm-Magnetpol befindet, kann in der Decodiertabelle abgelegt werden. Es wird zuerst von der Positionscodeleseeinrichtung 28 das Codewort 33 ermittelt und über die durch das Codewort 33 angegebene Adresse der Decodiertabelle sowohl die Absolutposition 35 als auch die Anordnung der Magnetpole unter der momentanen Position des MR-Winkelsensors 49 ausgelesen.
Zur Berechnung der hochauflösenden Gesamtposition 53 werden der durch die Feininterpolationseinrichtung 47 ermittelte periodische hochauflösende Positionswerte 52 und der von der Positionscodeleseeinrichtung 28 ermittelte Absolutpositionswert 35 der Auflösung λ=4mm in einem μ- Controller 40 miteinander synchronisiert. Dies ist problemlos möglich, da die Absolutposition 35 wie zuvor beschrieben mit einer Auflösung von 0,5mm zur Verfügung steht .
Die Berechnung der hochauflösenden, aus insgesamt vierundzwanzig Bits 24 bestehenden Gesamtposition 53 der
Aufzugkabine 2 kann sehr schnell durchgeführt werden, da nur wenige einfache Operationen, wie z.B. Vergleiche,
BitSchiebungen, Additionen und Subtraktionen notwendig sind.
Die durch die erfindungsgemässe Codierung und die Positionscodeleseeinrichtung 28 mögliche hohe Verfahrgeschwindigkeit wird durch die
Feininterpolationseinrichtung 47 nicht beeinträchtigt, wenn ein Interpolatorchip mit paralleler Ausgabe der interpolierten Positionsinfo benutzt und der hochauflösende Positionswert 52 zeitgleich mit dem Absolutpositionswert 35 durch den Synchrontakt gesteuert zwischenspeichert.
Die in Fig. 6 erkennbare Verzerrungen des Verlaufs 48 des durch Feininterpolation gewonnenen interpolierten
Positionswertes kann durch eine Entzerrungstabelle jeweils für Vier- und Achtmillimetermagnetpole entzerrt werden, wodurch die Genauigkeit erheblich verbessert wird. Dies ist möglich, weil sich die Verzerrungen von Magnetpolen gleicher Länge λ oder 2λ an allen Stellen des kombinierten Codemarkenmusters 20 stark ähneln.
In Fig. 7 ist eine Ausführung der Erfindung dargestellt, bei der die Codelesesensorik 11 redundant ausgebildet ist. Die zweite Codelesesensorik 11 λ ist grundsätzlich gleich aufgebaut wie die Codelesesensorik 11 im zuvor beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels gemäss Fig. 4. Im Unterschied zur ersten Ausführung der Codelesesensorik 11, sind bei der zweiten Codelesesensorik 11 λ die Interpolationseinrichtung 36 Λ und die Feininterpolationseinrichtung 47 λ in dieser Reihenfolge in Verfahrrichtung 8 vor der Positionscodeleseeinrichtung 28 angeordnet.
Die zweite Codelesesensorik 11 ist spiegelsymmetrisch zur ersten Codelesesensorik 11 platziert, wobei die Sensorpaare 29,29Λ beider Positionscodeleseeinrichtungen 28,28λ in einer zur Verfahr-/ Ableserichtung 8 parallen Linie, um eine
Codemarkenlänge λ=4mm zueinander versetzt ineinandergreifen. In dieser Lage detektieren die achtzehn Sensorpaare 29 Λ der zweiten Positionscodeleseeinrichtung 28 ein Ablesemuster 33 aus achtzehn der jeweils ersten Bits des kombinierten Codemarkenmusters 20.
Wie Fig. 8 zeigt, ist jeder der beiden Codelesesensoriken ll,llλ eine eigene Auswerteeinheit 17,17 zugeordnet, so dass die Ausgangssignale der Sensoren beider Codelesesensoriken 11, 11 λ unabhängig voneinander ausgewertet werden und zwei unabhängig voneinander ermittelte hochauflösende Werte der Gesamtposition 53,53 als Binärzahl mit vierundzwanzig Stellen zur Steuerung des Aufzugs verfügbar sind.
Ausgehend von der erfindungsgemäss geschaffenen Redundanz des absoluten Messsystem zur Ermittelung der absoluten Kabinenposition kann damit im Zusammenwirken mit zusätzlicher Aufzugssensorik, ein umfassendes SchachtInformationssystem mit zahlreichen Funktionen erhalten werden. Als Beispiele solcher von der Bestimmung der absoluten Kabinenposition ausgehender Funktionen eines Schachtinformationssystem sind: die Schachtendverzögerung, Schachtendbegrenzung, Stockwerkserkennung, Niveauausgleich, Türüberbrückung sowie die verschiedensten Fahrtregelungen, u.v.m..
Fig. 7 eine redundante Ausbildung des einspurigen Messsystems als Grundlage eines Schachtinformationssystems.
Die redundante Ausbildung des einspurigen Messsystems ist gemeinsam mit jeweils einem Stockwerksensor 41,41λ Grundlage eines umfassenden Schachtinformationssystem, welches schematisch in Fig. 7 dargestellt ist. Jeder Auswerteeinheit 17,17> ist einer der Stockwerksensoren 41,41 zugeordnet. Die Stockwerksensoren 41,41λ werden zusammen mit der Aufzugkabine 2 im Schacht 1 bewegt, um im Schacht 1 auf jedem Stockwerkniveau angeordnete Positionsmarkierungen 42,42λ zu detektieren. Diese Signale der Stockwerksensoren 41,41 werden zusammen mit den Ausgangssignalen von ebenfalls redundant vorgesehenen Sicherheitseinrichtungen 43,43Λ gemeinsam mit der Postionsinformation 53 verarbeitet und dienen der Steuerung des Aufzugs.
Das Längencodemarkenmuster 20 des Magnetbands 10 ist bei diesem Ausführungsbeispiel durch verschiedenpolig magnetisierte Abschnitte dargestellt und wird mittels magnetfeldsensitiven Sensoren 31,31 S0-S6 der Codelesevorrichtung 12 abgelesen. Grundsätzlich sind auch andere physikalische Prinzipien zur Darstellung der
Längencodierung denkbar. So können die Codemarken auch unterschiedliche Dielektrizitätszahlen aufweisen, die von kapazitive Effekte erfassenden Sensoren gelesen werden. Ferner ist ein reflexives Codemarkenmuster möglich, bei dem je nach Wertigkeit der einzelnen Codemarke mehr oder weniger Licht von einer Beleuchtungseinrichtung zu Reflexlichtschranken als Sensoren reflektiert wird.
Die Erfindung ermöglicht den Einsatz von kostengünstigen Hall-Sensoren zum Ablesen des Postionscodes. Grundsätzlich ist ein Realisierung aber auch mit kostenintensiven Induktionsgeber, sogenannte GMR-Sensoren oder die Magnetfeldrichtung detektierende magnetoresitive Sensoren, sogenannte MR-Sensoren möglich. Von jedem dieser Sensoren können entweder mehrere einzelne und/ oder eine Gruppe unterschiedlicher Sensoren miteinander kombiniert an einer Codelesevorrichtung vorhanden sein.

Claims

Patentansprüche
1. Aufzuganlage mit einem absoluten Längenmesssystem zur Ermittlung der Kabinenposition einer entlang mindestens einer Führungsschiene verfahrbaren Aufzugkabine, mit einem an der Führungsschiene in Verfahrrichtung angebrachten absoluten Codemarkenmuster einer Pseudozufallscodierung, wobei jeweils n aufeinanderfolgende Codemarken ein Codewort bilden und jedes Codewort den numerischen Code einer absoluten Position der Aufzugkabine darstellt, und einem inkrementalen Codezeichenmuster, aus dem ein Abtastimpuls abgeleitet wird zum Lesen des absoluten Codemarkenmusters (25) mittels einer Codeleseeinrichtung zum berührungslosen Abtasten des absoluten Codemarkenmusters und des inkrementalen Codezeichenmusters, welche gemeinsam mit der Aufzugkabine entlang des absoluten Codemarkenmusters und des inkrementalen Codezeichenmusters verfahrbar ist einer Auswerteeinheit zum Auswerten der von der Codeleseeinrichtung abgetasteten Lesemuster, dadurch gekennzeichnet, dass das absolute Codemarkenmuster und das inkrementale Codezeichenmuster als einspuriges kombiniertes Codemarkenmuster (20) der n-stelligen Pseudozufallsfolge in Manchester-Codierung mit gleichlangen Codemarken (21) dargestellt sind und die Codelesevorrichtung Sensoren (31) zum Abtasten von n+1 aufeinanderfolgenden Codemarken (21) aufweist, wobei jeweils die zweite Codemarke (21) des einspurigen kombinierten Codemarkenmusters (20) abgetastet wird.
2. Aufzuganlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Codelesesensorik (11),(11Λ) jeweils zwei oder mehr Sensoren (31),(31Λ) für jede abzutastende Codemarke (21) aufweist, wobei mittels eines Abtastsignals alternierend das Ausgangssignal von einem der beiden Sensoren (31),(31Λ) ausgewählt wird.
3. Aufzuganlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Interpolationseinrichtung (ll),(ll ) derart ausgebildet ist, dass sie die Position der Polübergänge (24) in Bezug zur Positionscodeleseeinrichtung (28),(28A) erfassen kann.
4. Aufzuganlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Interpolationseinrichtung (36) mehrere Sensoren (S0-S5) aufweist, welche in Verfahrrichtung (8) über einen Bereich mit einer Länge grösser als die Länge (2λ) zweier Codemarken (21) in einem Abstand kleiner als die Länge einer Codemarke (λ) angeordnet sind.
5. Aufzuganlage nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Interpolationseinrichtung (36) Komparatorschaltungen umfasst, um das Abtastsignal mit rechteckiger Wellenform zu erzeugen, welches innerhalb der Länge einer Codemarke (21) invertiert wird.
6. Aufzuganlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Codemarken (21) magnetisierte Bereiche aufweisen und dass die Codelesesensorik (11),(11 ) Hallsensoren (31) , (31 Λ) , (S0-S5) aufweist.
7. Aufzuganlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Feininterpolationseinrichtung (37) , welche innerhalb einer Codemarke (21) auf Basis eines Erfassungssignals der
Codemarke des einspurigen kombinierten Codemarkenmusters (20) ein Abtastsignal zum Auslesen des absoluten kombinierten Codemarkenmusters erzeugt .
8. Aufzuganlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Feininterpolationseinrichtung (47) innerhalb einer Codemarke (21) auf Basis eines Erfassungssignals der
Codemarke des einspurigen kombinierten Codemarkenmusters (20) einen mit der Codemarkenlänge (λ) periodischen hochauflösenden Positionswert (52) erzeugt.
9. Aufzuganlage nach 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein
Interpolatorchip mit paralleler Ausgabe des hochauflösenden Positionswertes (52) und eine Auswerteeinrichtung (17),(17 ), welche den hochauflösenden Positionswert (52) zeitgleich mit dem Absolutpositionswert (35) durch einen Synchrontakt gesteuert zwischenspeichert, vorhanden ist.
10. Aufzuganlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Codelesesensorik (11), (ll ) zum Abtasten des Positionscodes einschliesslich der Auswerteeinheit (17),(17 ) redundant ausgebildet ist, wobei die Sensorpaare (29),(29 ) beider Positionscodeleseeinrichtungen (28),(28 ) in einer zur Ableserichtung (8) parallen Linie, um eine Codemarkenlänge λ zueinander versetzt und ineinandergreifend angeordnet sind.
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