WO2017140570A1 - Verfahren zum ermitteln einer absoluten position einer beweglichen fahreinheit einer feststehenden transportanlage - Google Patents

Verfahren zum ermitteln einer absoluten position einer beweglichen fahreinheit einer feststehenden transportanlage Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for determining an absolute position of a movable driving unit of a stationary transport system.
  • the term "fixed transport system” includes elevator systems, escalators or moving walks, which are installed in particular in buildings or ships.
  • an RFID sensor is attached to the car, for example, which detects RFID tags permanently installed in the elevator shaft during passage, as a result of which the position of the sensor can be determined.
  • a high density of RFID sensors is required.
  • the invention is therefore based on the object to provide a cost-effective position determination system.
  • a method for determining an absolute position of a movable drive unit of a stationary transport system, the drive unit being movable along a travel path within the transport system.
  • the drive unit is driven by means of at least one linear motor along the guideway, while the linear motor is as Synchronous motor executed.
  • the linear motor comprises, on the one hand, a multiplicity of stator units, which are installed along the guideway and are set up to provide a magnetic field which travels along the guideway.
  • the linear motor comprises at least one rotor unit, which is mounted on the driving unit and which is arranged to be driven by the traveling magnetic field along the driving path.
  • an active stator unit is determined on the one hand from the plurality of stator units, which provides the magnetic field which currently drives the rotor unit.
  • a relative position of the rotor unit relative to this active stator unit is calculated by evaluating the control parameters.
  • the respectively associated absolute position is stored in a database.
  • this absolute position is queried from the database.
  • the inventive method can be used alone to determine the current position of the driving unit; However, this method can also be carried out in combination with other independent methods for determining the position of the driving unit and thus form a means for providing redundancy. Furthermore, an independent collision monitoring method can be carried out in parallel to increase the security.
  • a significant advantage of the method according to the invention is that already existing sensors and computing units can only be used by extending their scope of functions in order to perform the additional task of position determination. There is no need for costly installation of additional sensors and control units. Particularly advantageous is the application in conjunction with a position sensorless vector control of the linear drive, as in this case to an application of explicit position sensors, which would be installed in large numbers along the guideway, can be dispensed with.
  • a further rotor unit is mounted on the driving unit; in each case by evaluating variables of a vector control of the linear motor, a further active stator unit is determined on the one hand, which momentarily provides the magnetic field driving the further rotor unit, and on the other hand calculates a relative position of the further rotor unit with respect to the further active stator unit.
  • the inventive method is performed in this case on a second rotor unit in parallel, which is mounted on the same driving unit. This already results in a redundant position determination, which can do without the use of additional position sensors.
  • the further rotor unit is part of a further linear drive, which are either assigned to the same stator of the aforementioned linear drive or which includes separate, further stator units.
  • the position of the rotor unit is to be understood as synonymous with the position of the driving unit. Since the reference point is a location fixedly connected to the stator unit, the position of the stator unit is to be understood as being synonymous with the reference position.
  • the present invention for transport systems, which comprises a plurality of driving units, which are independently movable along a common track.
  • the method described hitherto makes it possible to precisely determine the position of any of the drive units without necessarily determining which drive unit is involved. In this respect, it is first of all a sort of ownerless, absolute position indication. In a subsequent preferred development, it is possible that the absolute position of an individual driving unit, ie a specific driving unit, is determined. Only then can the absolute position of an individual driving unit be determined.
  • a plurality of current absolute (ownerless) positions are preferably determined, which initially are not assigned to any of the drive units from the majority of the drive units. Based on an identification arrangement, a plurality of current identified coarse positions are determined, at which there are driving units. Based on A comparison of the identified coarse positions and the determined absolute (ownerless) position is assigned to one of the determined absolute positions of an individual driving unit.
  • the identification arrangement may be realized by an RFID system having a plurality of RFID tags mounted on the car and RFID sensors fixedly attached to the track and each associated with a coarse position.
  • RFID systems which, in particular, carry out a unidirectional, drive unit-individual exchange of information between a unit mounted on the route and a unit mounted on the car.
  • QR codes that are attached to the track or on the drive unit and a QR code reader that is attached to the driving unit or on the track and can read the QR code.
  • the accuracy of the determined absolute position is preferably more than 10 times the accuracy of the individual coarse position, preferably more than 100 times, further at least 1000 times.
  • An increased accuracy of 1000 times means, for example: the absolute position can be limited to the millimeter due to the control parameters; However, due to the identification arrangement, the identified coarse position can only be limited to one meter.
  • FIG. 1 shows an elevator system with a linear drive, in which the inventive method is used;
  • 2 shows a current control loop of the elevator installation according to FIG. 1 for vector control of the linear synchronous motor;
  • FIG. 3 shows a higher-level control circuit of the elevator installation according to FIG. 1 for controlling the travel of the elevator;
  • FIG 4 shows an elevator installation with several drive units in an elevator shaft, in which the method according to the invention is used.
  • an elevator system 1 according to the invention is shown.
  • a car 2 In an immobile elevator shaft 7, a car 2 is movably received as a driving unit.
  • An unillustrated rail system defines a, in this case rectilinear, track 6 along which the car 2 is movable.
  • a linear motor 3 Driven in the direction of the travel path 6, the car 2 by a linear motor 3, which is designed as a synchronous motor.
  • the linear motor 3 includes a plurality of stator units 4 fixedly installed along the traveling path 6.
  • the linear motor 3 comprises a rotor 5, which is attached to the car 2 and moves along with the car 2 along the track 6.
  • each stator unit 4 comprises a plurality of poles, in the present case in each case three poles u, v, w.
  • the stator unit 4 ' is the stator unit which, by generating a magnetic field on the pole w, acts on the rotor 5 vertically upwards and thereby drives the elevator car 2.
  • the currently driving stator unit is referred to as the "active stator unit 4."
  • the rotor 5 In the further upward movement, the rotor 5 then moves into the area of influence of the pole u of the stator unit 4 located above it (in FIG from the top), this stator unit becomes the active stator unit, while the hitherto active stator unit 4 'loses its status as an active stator unit as soon as the rotor 5 leaves the area of influence of all the poles u, v, w of this stator unit.
  • the regulation of the current supply to the windings of the poles of the stator units 4 is carried out via a vector control.
  • the exact knowledge of the relative position of the rotor 5 to the stator 4 is important. In this case, this relative position by separate Position sensor means are determined, which include in particular along the route mounted route markers.
  • sensorless control algorithms are preferably used in which the relative positions can be derived from control parameters within the control loop of the vector control. In this sensorless control, the fact is exploited that the rotor induces a current flow into the respective winding as a function of its relative position and relative speed to the respective windings of the stator unit. This induced current flow can be determined by evaluating the stator currents.
  • sensorless vector control refer to "AN93637 PSoC 4 Sensorless Field-Oriented Control (FOC)", Bob Hu, Cypress Semiconductor Corp., Aug. 26, 2015, available at
  • FIG. 2 shows in simplified form the control circuit 8 of such a vector control.
  • the stator currents l u , l v , l w of the windings u, v, w are determined and fed to a Clark-Parks transformer 12.
  • This Clark Park transformer 12 converts the first stator in a two-axis rotating system with the transformed Iststrom tone l d and l q. From values of this transformation, the mathematical models, which can also be determined experimentally, in a slide mode observer 13, the relative orientation H 95 to the windings u, v, w of the active stator 4 'and thus to a reference point (FIG. 1) of the active stator unit 4 '.
  • a reference position H 9 for its reference point 9 can be retrieved from a database 15 in which the reference positions for a plurality of stator units 4 are stored.
  • the determined reference position H 9 represents the absolute position of this reference point 9 along the guideway 6. Since the car 2 can only be moved in one direction dimension along the guideway 6, a one-dimensional variable suffices as the unambiguous position specification.
  • the infrastructure can basically also have a non-linear course.
  • the transformed actual current values I d and I q are compared with corresponding desired values I dS and I q s.
  • the resulting control difference becomes one Regulator 14 supplied with inverse Clark transformer and motor driver, which from the stator currents l u , l v , l w generates and the windings u, v, w of the active stator 4 'supplies.
  • the thus determined absolute position H 5 of the rotor 5 is now used for the cruise control of an elevator, which will be explained with reference to FIG. From the absolute position H 5, it is also possible to derive the current speed or the speed profile.
  • An elevator controller 10 specifies a target position H 5 s or a target speed V 5 s; compared to the current position H 5 or speed V 5 , a control difference is determined. Depending on the control difference, the car is to be delayed or accelerated, which is caused by appropriate specification of the current setpoint in the control loop 8.
  • a conversion unit required for converting the control difference into the current setpoint values is not shown in FIG. 3 for reasons of clarity.
  • the inventive method for determining the position of the car thus comes without the use of additional position sensors.
  • This method can thus be used alone; However, it can also be used as a cost-effective redundancy method for other, in particular sensor-based, position determination methods.
  • the identification arrangement 16 comprises a plurality of, in particular passive, RFID tags 17, at least one of which is attached to a car 2. Furthermore, the identification arrangement 16 comprises a multiplicity of RFID sensors 18, which run along the Elevator shaft 7 are arranged, and each associated with a coarse position. If now the car 2 "with its RFID tag 17" reaches the range 18 "'of the RFID sensor 18"', the car 2 "is assigned a coarse position H
  • the other car 2 ' is arranged with its RFID tag 17' in the range 19 'and 19 "of the other RFID sensors 18' and 18".
  • D " alternatively both rough positions H
  • the coarse position can also be further refined. for example, by averaging the two assigned coarse positions (H
  • Dj refined 0.5xH

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Ermitteln einer absoluten Position (H5) einer beweglichen Fahreinheit (2) einer feststehenden Transportanlage (1), die Fahreinheit (2) ist entlang eines Fahrweges (6) innerhalb der Transportanlage (1) verfahrbar, wobei die Fahreinheit (2) mittels zumindest eines Linearmotors (3) entlang des Fahrweges (6) angetrieben wird, wobei der Linearmotor als Synchronmotor ausgeführt ist, der Linearmotor (3) umfasst eine Vielzahl von Statoreinheiten (4), welche entlang des Fahrwegs (6) installiert sind und eingerichtet sind, ein entlang des Fahrweges (6) wanderndes Magnetfeld bereitzustellen, und zumindest eine Läufereinheit (5), welche an der Fahreinheit (2) angebracht ist und welche eingerichtet ist, durch das wandernde Magnetfeld entlang des Fahrweges (6) angetrieben zu werden, wobei jeweils durch Auswertung von Regelungsparameter einer Vektorregelung des Linearmotors (3) zum einen aus der Vielzahl der Statoreinheiten eine aktive Statoreinheit (4') ermittelt wird, welche momentan das die Läufereinheit (5) antreibende Magnetfeld bereitstellt, und zum anderen eine Relativposition (H95) der Läufereinheit (5) gegenüber der aktiven Statoreinheit (4') berechnet wird.

Description

Verfahren zum Ermitteln einer absoluten Position einer beweglichen Fahreinheit einer feststehenden Transportanlage
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer absoluten Position einer beweglichen Fahreinheit einer feststehenden Transportanlage. Unter den Begriff „feststehende Transportanlage" fallen Aufzugsanlagen, Fahrtreppen oder Fahrsteige, welche insbesondere in Gebäuden oder Schiffen installiert werden.
Technischer Hintergrund
Zur Bestimmung der Position eines Fahrkorbs in einem Aufzugsschacht werden bislang in der Regel sensorbasierte Verfahren eingesetzt. Am Fahrkorb ist hierzu beispielsweise ein RFID Sensor angebracht, der fest im Aufzugsschacht installierte RFID-Tags während der Vorbeifahrt erfasst, wodurch die Position des Sensors ermittelbar ist. Um eine exakte Positionsermittlung per RFID zu ermöglichen ist eine hohe Dichte von RFID-Sensoren erforderlich.
Insbesondere bei solchen Transportsystemen, bei denen mehreren Fahreinheiten gemeinsam aber unabhängig voneinander einen gemeinsamen Fahrweg nutzen, sind redundante Positionsbestimmungssysteme vorzusehen. Da die sensorbasierten Systeme zumeist recht teuer in der Installation sind, ist es wünschenswert, ein möglichst kostengünstiges Positionsbestimmungssystem bereitzustellen, welches alternativ zu oder in Kombination mit anderen Positionsbestimmungssystemen oder Sicherheitssystemen verwendet werden kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, ein kostengünstiges Positionsbestimmungssystem bereitzustellen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie eine Aufzugsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Bevorzugte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.
Erfindungsgemäß vorgesehen ist ein Verfahren zum Ermitteln einer absoluten Position einer beweglichen Fahreinheit einer feststehenden Transportanlage, die Fahreinheit ist entlang eines Fahrweges innerhalb der Transportanlage verfahrbar. Die Fahreinheit wird mittels zumindest eines Linearmotors entlang des Fahrweges angetrieben, dabei ist der Linearmotor als Synchronmotor ausgeführt. Der Linearmotor umfasst zum einen eine Vielzahl von Statoreinheiten, welche entlang des Fahrwegs installiert sind und eingerichtet sind, ein Magnetfeld bereitzustellen, welches entlang des Fahrweges wandert. Zum anderen umfasst der Linearmotor zumindest eine Läufereinheit, welche an der Fahreinheit angebracht ist und welche eingerichtet ist, durch das wandernde Magnetfeld entlang des Fahrweges angetrieben zu werden. Durch Auswertung von Regelungsparametern einer Vektorregelung des Linearmotors wird zum einen aus der Vielzahl der Statoreinheiten eine aktive Statoreinheit ermittelt, welche dasjenige Magnetfeld bereitstellt, welches momentan die Läufereinheit antreibt. Zum anderen wird durch Auswertung der Regelungsparameter eine Relativposition der Läufereinheit gegenüber dieser aktiven Statoreinheit berechnet.
Aus diesen beiden Erkenntnissen lässt sich nun die absolute Position der Läufereinheit und damit auch der Fahreinheit ermitteln. Diese ermittelte absolute Position kann für weitere Steuerungs- und Regelungsaufgaben der Transportanlage verwendet werden, insbesondere für die Geschwindigkeitsregelung der Fahreinheit oder eine Kollisionsüberwachung. Die Kollisionsüberwachung ist bedeutsam bei Transportanlagen mit mehreren Fahreinheiten, die sich unabhängig voneinander auf einem gemeinsamen Fahrweg bewegen.
Vorzugsweise sind für eine Vielzahl von Statoreinheiten, insbesondere für sämtliche Statoreinheiten, die jeweils zugehörige absolute Position in einer Datenbasis hinterlegt. Für die Ermittlung der absoluten Position der Fahreinheit wird diese absolute Position aus der Datenbasis abgefragt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann alleine angewendet werden, um die aktuelle Position der Fahreinheit zu ermitteln; dieses Verfahren kann aber auch in Kombination mit weiteren, davon voneinander unabhängigen Verfahren zur Ermittlung der Position der Fahreinheit durchgeführt werden und so ein Mittel zur Bereitstellung von Redundanz bilden. Ferner kann ein davon unabhängige Kollisionsüberwachungsverfahren zur Erhöhung der Sicherheit parallel ausgeführt werden. In jedem Anwendungsfall liegt ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens darin, dass bereits vorhandene Sensoren und Recheneinheiten lediglich durch Erweiterung deren Funktionsumfangs genutzt werden können, um die zusätzliche Aufgabe der Positionsermittlung zu erledigen. Es bedarf keiner kostenintensiven Installation weiterer Sensoren und Steuerungseinheiten. Besonders vorteilhaft ist die Anwendung in Verbindung mit einer positionssensorlosen Vektorregelung des Linearantriebs, da in diesem Fall auf einen Einsatz von expliziten Positionssensoren, die in großer Zahl entlang des Fahrweges zu installieren wären, verzichtet werden kann.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist an der Fahreinheit eine weitere Läufereinheit angebracht; jeweils durch Auswertung von Größen einer Vektorregelung des Linearmotors wird zum einen aus der Vielzahl der Statoreinheiten eine weitere aktive Statoreinheit ermittelt, welche momentan das die weitere Läufereinheit antreibende Magnetfeld bereitstellt, und zum anderen eine Relativposition der weiteren Läufereinheit gegenüber der weiteren aktiven Statoreinheit berechnet. Das erfindungsgemäße Verfahren wird in diesem Fall an einer zweiten Läufereinheit parallel durchgeführt, welche an derselben Fahreinheit angebracht ist. Hierdurch ergibt sich bereits eine redundante Positionsermittlung, welche ohne den Einsatz zusätzlicher Positionssensoren auskommen kann. Die weitere Läufereinheit ist Bestandteil eines weiteren Linearantriebes, welchem entweder dieselben Statoreinheiten des bereits genannten Linearantriebs zugeordnet sind oder welcher dazu separate, weitere Statoreinheiten umfasst.
Da die Läufereinheit zumindest in Richtung des Fahrweges fest mit der Fahreinheit verbunden ist, ist die Position der Läufereinheit synonym mit der Position der Fahreinheit zu verstehen. Da der Referenzpunkt einen fest an der Statoreinheit verbundenen Ort bezeichnet ist, ist die Position der Statoreinheit synonym mit der Referenzposition zu verstehen.
Insbesondere anwendbar ist die vorliegende Erfindung für Transportanlagen, welche eine Mehrzahl von Fahreinheiten umfasst, welche unabhängig voneinander entlang eines gemeinsamen Fahrweges verfahrbar sind.
Das bislang beschriebene Verfahren ermöglicht insbesondere eine genaue Positionsbestimmung irgendeiner der Fahreinheiten, ohne dass es zwangsläufig ermittelt wird, um welche Fahreinheit es sich handelt. Insofern handelt es sich insbesondere zunächst um eine Art herrenlose, absolute Positionsangabe. In einer nachfolgenden bevorzugten Weiterbildung ist es möglich, dass die absolute Position einer individuellen Fahreinheit, also einer bestimmten Fahreinheit, ermittelt wird. Erst somit kann die absolute Position einer individuellen Fahreinheit ermittelt werden.
Vorzugsweise wird dafür eine Vielzahl von aktuellen absoluten (herrenlosen) Positionen ermittelt werden, welche zunächst keiner der Fahreinheiten aus der Mehrzahl der Fahreinheiten zugeordnet sind. Anhand einer Identifizierungsanordnung wird eine Mehrzahl aktueller identifizierter Grobpositionen ermittelt, an welchen sich Fahreinheiten befinden. Basierend auf einem Vergleich der ermittelten identifizierten Grobpositionen und der ermittelten absoluten (herrenlosen) Position wird eine der ermittelten absoluten Positionen einer individuellen Fahreinheit zugeordnet.
Mit dem Begriff Mehrzahl von aktuellen identifizierten Grobpositionen ist zu berücksichtigen, dass zeitgleich von unterschiedlichen Sensoren jeweils die Präsenz einer Fahreinheit signalisiert wird und damit eine Mehrzahl von identifizierten Grobpositionen vorliegen. Gleichzeitig liegen eine Vielzahl von absoluten Positionen vor, die durch den Regelkreis ermittelbar sind, aber keiner Fahreinheit zugeordnet sind. Jede absolute Position kann nun einer ermittelten identifizierten Grobposition zugeordnet werden, wodurch sich die Zuordnung zu einer individuellen Fahreinheit ergibt.
Die Identifizierungsanordnung kann durch ein RFID-System mit einer Vielzahl von RFID-tags, die am Fahrkorb angebracht sind, und RFID-Sensoren, die fest am Fahrweg angebracht sind, und denen jeweils eine Grobposition zugeordnet ist, realisiert sein. Es sind allerdings auch andere Systeme denkbar, die insbesondere einen unidirektionalen, Fahreinheit-individuellen Informationsaustausch zwischen einer am Fahrweg angebrachten und einer am Fahrkorb angebrachten Einheit durchführt. Ein einfaches Beispiel sind auch QR-Codes, die am Fahrweg oder an der Fahreinheit angebracht sind und einen QR-Code-Reader, der an der Fahreinheit bzw. an Fahrweg angebracht ist und den QR-Code lesen kann.
Die Genauigkeit der ermittelten absoluten Position beträgt vorzugsweise mehr als das 10-fache der Genauigkeit der individuellen Grobposition, vorzugsweise mehr als das 100-fache, weiter zumindest das 1000-fache. Ein erhöhte Genauigkeit um 1000-fache bedeutet z.B.: die absolute Position lässt sich aufgrund der Regelparameter auf den Millimeter genau eingrenzen; aufgrund der Identifizierungsanordnung lässt sich die identifizierte Grobposition allerdings nur auf einen Meter genau eingrenzen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Im Einzelnen zeigen:
Fig. 1 eine Aufzugsanlage mit einem Linearantrieb, bei der das erfindungsgemäße Verfahren zur Anwendung kommt; Fig. 2 einen Stromregelkreis der Aufzugsanlage nach Figur 1 zur Vektorregelung des Linear- Synchronmotors;
Fig. 3 einen übergeordneter Regelkreis der Aufzugsanlage nach Figur 1 zur Fahrtregelung des Aufzuges;
Fig. 4 eine Aufzugsanlage mit mehreren Fahreinheiten in einem Aufzugsschacht, bei der das erfindungsgemäße Verfahren zur Anwendung kommt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Aufzugsanlage 1 gezeigt. In einem immobilen Aufzugsschacht 7 ist ein Fahrkorb 2 als Fahreinheit beweglich aufgenommen. Ein nicht dargestelltes Schienensystem definiert einen, in diesem Fall geradlinigen, Fahrweg 6, entlang dem der Fahrkorb 2 verfahrbar ist. Angetrieben in Richtung des Fahrwegs 6 wird der Fahrkorb 2 durch einen Linearmotor 3, der als Synchronmotor ausgebildet ist. Der Linearmotor 3 umfasst eine Vielzahl von Statoreinheiten 4, die entlang des Fahrweges 6 fest installiert. Ferner umfasst der Linearmotor 3 einen Läufer 5, der an dem Fahrkorb 2 befestigt ist und gemeinsam mit dem Fahrkorb 2 entlang dem Fahrweg 6 verfährt.
Um den Läufer 5 und damit den Fahrkorb 2 durch den Linearmotor 3 anzutreiben sind die Statoreinheiten 4 des Linearmotors 3 aufwendig zu regeln. So umfasst jede Statoreinheit 4 eine Mehrzahl an Polen, im vorliegenden Fall jeweils drei Pole u, v, w. In dem in Figur 1 gezeigten Zustand der Aufzugsanlage ist die Statoreinheit 4' diejenige Statoreinheit, die durch Erzeugen eines Magnetfeldes am Pol w den Läufer 5 nach vertikal oben beaufschlagt und dadurch den Fahrkorb 2 antreibt. Die momentan antreibende Statoreinheit wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung als die „aktive Statoreinheit 4"' bezeichnet. Gerät der Läufer 5 bei der weiteren Aufwärtsbewegung anschließend in den Einflussbereich des Pols u der darüber liegenden Statoreinheit 4 (in Figur 1 ist dies die dritte Statoreinheit 4 von oben betrachtet), so wird diese Statoreinheit zur aktiven Statoreinheit, während die bis dahin aktive Statoreinheit 4' ihren Status als aktive Statoreinheit verliert, sobald der Läufer 5 den Einflussbereich sämtlicher Pole u, v, w dieser Statoreinheit verlässt.
Die Regelung der Stromzufuhr zu den Wicklungen der Pole der Statoreinheiten 4 wird über eine Vektorregelung durchgeführt. Dabei ist die genaue Kenntnis der Relativposition des Läufers 5 zu den Statoreinheiten 4 von Bedeutung. Dabei kann diese Relativposition durch separate Positionssensormittel ermittelt werden, die insbesondere entlang des Fahrweges angebrachte Streckenmarkierungen umfassen. Bevorzugt werden erfindungsgemäß sensorlose Regelungsalgorithmen verwendet, bei welchen sich die Relativpositionen aus Regelungsparameter innerhalb des Regelungskreises der Vektorregelung herleiten lassen. Bei dieser sensorlosen Regelung wird der Umstand ausgenutzt, dass der Läufer in Abhängigkeit von dessen Relativposition und Relativgeschwindigkeit zu den jeweiligen Wicklungen der Statoreinheit einen Stromfluss in die jeweilige Wicklung induziert. Dieser induzierte Stromfluss lässt sich durch Auswertung der Statorströme ermitteln. Zur Details einer sensorlosen Vektorregelung wird verwiesen auf „AN93637 PSoC 4 Sensorless Field-Oriented Control (FOC)", Bob Hu, Cypress Semiconductor Corp., 26.08.2015, abrufbar unter
http://www.cypress.com/documentation/application-notes/an93637-psoc-4-sensorless-field- oriented-control-foc; darin erläutert an einem rotierenden Synchronmotor, was analog anwendbar ist auf einen Linearmotor.
Die Figur 2 zeigt vereinfacht den Regelkreis 8 einer solchen Vektorregelung. Über Stromsensoren 11 werden die Statorströme lu, lv, lw der Wicklungen u, v, w ermittelt und einem Clark-Parks- Transformator 12 zugeführt. Dieser Clark-Park-Transformator 12 überführt die Statorströme zunächst in ein zweiachsiges rotierendes System mit den transformierten Iststromwerten ld und lq. Aus Werten dieser Transformation lassen sich über mathematische Modelle, die auch experimentell ermittelt werden können, in einem Slide-Mode-Observer 13, die relative Ausrichtung H95 zu den Wicklungen u, v, w der aktiven Statoreinheit 4' und damit zu einem Referenzpunkt 9 (Figur 1) der aktiven Statoreinheit 4' berechnen. Zudem ist es durch Beobachtung des Regelkreises bekannt, welche der Statoreinheiten die aktive Statoreinheit 4' ist.
Ist die aktive Statoreinheit 4' bekannt, so kann eine Referenzposition H9 für deren Referenzpunkt 9 aus einer Datenbasis 15, in welcher die Referenzpositionen für eine Vielzahl von Statoreinheiten 4 hinterlegt sind, abgerufen werden. Die ermittelte Referenzposition H9 stellt die absolute Position dieses Referenzpunktes 9 entlang des Fahrwegs 6 dar. Da der Fahrkorb 2 lediglich in einer Richtungsdimension entlang des Fahrwegs 6 verfahrbar ist, genügt als eindeutige Positionsangabe grundsätzlich eine eindimensionale Größe. Der Fahrweg kann grundsätzlich auch einen nicht geradlinigen Verlauf aufweisen.
Im weiteren Verlauf der Regelung werden die transformierten Iststromwerte ld und lq mit entsprechenden Sollwerten ldS und lqs verglichen. Die daraus erzeugte Regeldifferenz wird einem Regler 14 mit inversem Clark-Transformator und Motortreiber zugeführt, welcher daraus die Statorströme lu, lv, lw erzeugt und den Wicklungen u, v, w der aktiven Statoreinheit 4' zuführt.
Die so ermittelte absolute Position H5 des Läufers 5 wird nun für die Fahrtregelung eines Aufzugs verwendet, was anhand der Figur 3 erläutert wird. Aus der absoluten Position H5 lassen sich zudem die aktuelle Geschwindigkeit bzw. der Geschwindigkeitsverlauf ableiten. Eine Aufzugssteuerung 10 gibt eine Sollposition H5s oder eine Sollgeschwindigkeit V5s vor; verglichen mit der aktuellen Position H5 bzw. Geschwindigkeit V5 wird eine Regeldifferenz ermittelt. In Abhängigkeit der Regeldifferenz ist der Fahrkorb zu verzögern oder zu beschleunigen, was durch entsprechende Vorgabe der Stromsollwerte in dem Regelkreis 8 veranlasst wird. Eine hierzu erforderliche Umwandlungseinheit zur Umwandlung der Regeldifferenz in die Stromsollwerte ist in Figur 3 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Positionsbestimmung des Fahrkorbs kommt somit ohne den Einsatz zusätzlicher Positionssensoren aus. Dieses Verfahren kann somit alleine angewendet werden; es kann aber auch als kostengünstiges Redundanzverfahren für andere, insbesondere sensorbasierte, Positionsbestimmungsverfahren verwendet werden.
Anhand der Figur 4 wird die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem sogenannten Multi-Aufzugs-System erläutert. Bei solchen Systemen befinden sich eine Vielzahl von Fahrkörben 2 in einem gemeinsamen Aufzugsschacht 7. In Figur 4 sind ein erster und ein zweiter Fahrkorb 2', 2" gezeigt. Neben der Kenntnis, dass sich ein (irgendein) Undefinierter Fahrkorb 2 an einer bestimmten Position H5 im Auszugsschacht 7 befindet, ist es hierbei noch unwesentlich, um welchen Fahrkorb es sich hierbei handelt. Denn schließlich haben die unterschiedlichen Fahrkörbe unterschiedliche Fahraufträge zu erfüllen, die auch mit unterschiedlichen Geschwindigkeitsprofilen einhergehen und daher unterschiedlich zu beschleunigen und zu verzögern sind. Um zu ermitteln, welcher der Fahrkörbe sich im Bereich der aktiven Statoreinheit befindet, ist eine Identifizierungsanordnung 16 vorgesehen, anhand derer eine identifizierte Grobposition H|D der Fahrkörbe 2 ermittelt wird. Unter der identifizierten Grobposition H|D wird im Wesentlichen die Kenntnis über die ungefähre Position eines eindeutig identifizierbaren, also individuellen Fahrkorbs im Aufzugsschacht 7 verstanden.
Die Identifizierungsanordnung 16 umfasst eine Vielzahl von, insbesondere passiven, RFID-Tags 17, von denen zumindest eine an einem Fahrkorb 2 angebracht ist. Ferner umfasst die Identifizierungsanordnung 16 eine Vielzahl von RFID-Sensoren 18, die entlang des Aufzugsschachtes 7 angeordnet sind, und denen jeweils eine Grobposition zugeordnet ist. Gelangt nun der Fahrkorb 2" mit dessen RFID-Tag 17" in den Reichweitenbereich 18"' des RFID-Sensors 18" ', so wird dem Fahrkorb 2" eine Grobposition H|D"' zugewiesen.
Der andere Fahrkorb 2' befindet sich mit dessen RFID-Tag 17' im Reichweitenbereich 19' und 19" der anderen RFID-Sensoren 18' und 18" angeordnet. Somit kann eine der Grobpositionen HID' oder H|D " , alternativ beide Grobpositionen H|D' und H|D" , dem Fahrkorb 2' zugewiesen werden. In diesem Fall ist aus den Signalen der RFID-Sensoren 18' und 18" offensichtlich, dass sich der Fahrkorb 2' mit dessen RFID-Tag 17' im Bereich zwischen den beiden RFID-Sensoren befindet. Daher kann die Grobposition auch weiter verfeinert werden, beispielswiese durch Mittelwertbildung der beiden zugewiesenen Grobpositionen (H |Dj verfeinert = 0,5xH|D' + 0,5xH|D"). Durch das Verfahren, welches anhand der Figuren 1 bis 3 erläutert wurde, kann bereits festgestellt werden, dass irgendeiner der Fahrkörbe in der exakten absoluten Position H5' befindet, während sich irgendein anderer der Fahrkörbe in der exakten absoluten Position H5" befindet.
Durch Ähnlichkeitsvergleich der ermittelten identifizierten Grobpositionen H|D mit den beiden absoluten Position H5 wird nun genau ein der ermittelten, zunächst noch „herrenlosen" absoluten Positionen H5" dem individuellen Fahrkorb 2" zugeordnet; die andere absolute Position H5' wird dem individuellen Fahrkorb 2' zugeordnet.
Für die Ermittlung der exakten Position eines Fahrkorbs und Zuordnung dieser Position einem individuellen Fahrkorbs sind lediglich eine geringe Anzahl von RFID-Sensoren erforderlich, die über einen recht großen Abstand entlang des Fahrweges angeordnet sind. Für die Berechnung der exakten Position können die Regelungsparameter verwendet werden; es werden keine nennenswerten zusätzlichen Sensoren erfordert, die nicht ohnehin schon für die Motorregelung vorhanden sind. Bezugszeichenliste
1 Aufzugsanlage
2 Fahrkorb
3 Linearmotor
4 Statoreinheit
5 Läufereinheit
6 Fahrweg
7 Aufzugsschacht
8 Regelkreis
9 Referenzpunkt der Statoreinheit
10 Aufzugsteuerung
11 Stromsensoren
12 Clark-Parks-Transformator
13 Slide-Mode-Observer
14 Regler mit inversem Clark-Transformator und Motortreiber
15 Datenbasis
16 Identifizierungsanordnung
17 RFID-Tag
18 RFID-Sensor
19 Reichweitenbereich eines RFID-Sensors
H9 absolute Position des Referenzpunkts (Referenzposition)
H95 Relativposition zwischen der Referenzposition und der Läufereinheit
H5 absolute Position der Läufereinheit
HID identifizierte Grobposition
V5 Geschwindigkeit der Läufereinheit
Index S Sollwert

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Ermitteln einer absoluten Position (H5) einer beweglichen Fahreinheit (2) einer feststehenden Transportanlage (1), die Fahreinheit (2) ist entlang eines Fahrweges (6) innerhalb der Transportanlage (1) verfahrbar,
wobei die Fahreinheit (2) mittels zumindest eines Linearmotors (3) entlang des Fahrweges (6) angetrieben wird, wobei der Linearmotor als Synchronmotor ausgeführt ist,
der Linearmotor (3) umfasst
- eine Vielzahl von Statoreinheiten (4), welche entlang des Fahrwegs (6) installiert sind und eingerichtet sind, ein entlang des Fahrweges (6) wanderndes Magnetfeld bereitzustellen,
- zumindest eine Läufereinheit (5), welche an der Fahreinheit (2) angebracht ist und welche eingerichtet ist, durch das wandernde Magnetfeld entlang des Fahrweges (6) angetrieben zu werden,
dadurch gekennzeichnet,
dass jeweils durch Auswertung von Regelungsparameter einer Vektorregelung des Linearmotors (3) zum einen aus der Vielzahl der Statoreinheiten eine aktive Statoreinheit (4') ermittelt wird, welche momentan das die Läufereinheit (5) antreibende Magnetfeld bereitstellt, und zum anderen eine Relativposition (H95) der Läufereinheit (5) gegenüber der aktiven Statoreinheit (4') berechnet wird.
2. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Ermittlung der absoluten Position (H5) der Fahreinheit (2) eine absolute Position (H9) der aktiven Statoreinheit (4') und die Relativposition (H95) der Läufereinheit (5) miteinander addiert werden.
3. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch,
dadurch gekennzeichnet,
dass für eine Vielzahl von Statoreinheiten (4), insbesondere für sämtliche Statoreinheiten (4), die jeweils zugehörige absolute Position (H9) in einer Datenbasis (15) hinterlegt sind, und dass für die Ermittlung der absoluten Position (H5) der Fahreinheit (2) aus der Datenbasis abfragbar sind.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein weiterer Linearantrieb mit Statoreinheiten und einer weiteren Läufereinheit vorgesehen ist, wobei die weitere Läufereinheit an der Fahreinheit (2) angebracht ist, dass jeweils durch Auswertung von Größen einer Vektorregelung des Linearmotors (3) zum einen aus der Vielzahl der Statoreinheiten (4) eine weitere aktive Statoreinheit (4') ermittelt wird, welche momentan das die weitere Läufereinheit (5) antreibende Magnetfeld bereitstellt, und zum anderen eine Relativposition (H95) der weiteren Läufereinheit (5) gegenüber der weiteren aktiven Statoreinheit (4') berechnet wird.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Transportanlage (1) eine Mehrzahl von Fahreinheiten (2) umfasst, welche unabhängig voneinander entlang eines gemeinsamen Fahrweges (6) verfahrbar sind.
6. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Vielzahl von aktuellen absoluten Positionen (H5) ermittelt werden, welche zunächst keiner der Fahreinheiten (2) aus der Mehrzahl der Fahreinheiten (2) zugeordnet sind,
dass anhand einer Identifizierungsanordnung (16) eine Mehrzahl von aktuellen identifizierten Grobposition (H,D) ermittelt werden, an welchen sich Fahreinheiten (2'. 2") befinden, und dass basierend auf einem Vergleich der ermittelten identifizierten Grobpositionen (rV und HID" ; H|D" ') und der ermittelten absoluten Position (Η5' H5") einer individuellen Fahreinheit (2', 2") eine der ermittelten absoluten Positionen (Η5'; H5") zugeordnet wird.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vektorregelung eine positionssensorlose Vektorregelung ist.
8. Transportanlage (1), umfassend zumindest eine bewegliche Fahreinheit (2), welche entlang eines Fahrweges (6) der feststehenden Transportanlage (1) verfahrbar ist und welche mittels eines Linearmotors (3) angetrieben wird,
der Linearmotor (3) umfasst
- eine Vielzahl von Statoreinheiten (4), welche entlang des Fahrwegs (6) installiert sind und eingerichtet sind, ein entlang des Fahrweges (6) wanderndes Magnetfeld bereitzustellen,
- zumindest eine Läufereinheit (5), welche an der Fahreinheit (2) angebracht ist und welche eingerichtet ist, durch das wandernde Magnetfeld entlang des Fahrweges (6) angetrieben zu werden,
gekennzeichnet durch
eine Steuereinheit (8, 13), die eingerichtet ist, die absolute Position (H5) der Fahreinheit (2) durch ein Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche zu ermitteln.
9. Transportanlage (1), nach dem vorherigen Anspruch, umfassend eine Mehrzahl von Fahreinheiten (2), welche entlang eines gemeinsamen Fahrweges (6), insbesondere in einem gemeinsam Aufzugsschacht (7), verfahrbar sind und mittels des Linearmotors (3) angetrieben werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder Transportanlage nach einem der Ansprüche 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Transportanlage (1) eine Aufzugsanlage ist und dass die Fahreinheit (2) bzw. die Mehrzahl von Fahreinheiten (2) ein Fahrkorb bzw. eine Mehrzahl von Fahrkörben ist und dass der Fahrweg (6) zumindest abschnittsweise in einem Aufzugsschacht (7) angeordnet ist.
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