DE10236938A1 - Masseermittlung bei automatischen Schiebe- und Aufzugtürsteuerungen - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Steuerung eines Türsystems (3) mittels einer Türsteuereinheit (1), welche sich selbst konfiguriert, wobei das Türsystem (3) mittels einer elektrischen Antriebsvorrichtung (2) bewegt wird und vorgeschriebene Maximalgeschwindigkeiten nicht überschreiten darf, weshalb zur Konfiguration der Türsteuereinheit (1) die Masse des Türsystems (3) automatisch ermittelt wird, indem das Türsystem (3) während einer kontrollierten Öffnungsfahrt und gegebenenfalls während einer anschließenden Schließfahrt geregelt beschleunigt und anschließend wieder angehalten wird und die Motorspannung der Antriebsvorrichtung (2) mittels Puls-Weiten-Modulation zur Massebestimmung vorgegeben wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines elektrisch betriebenen Türsystems mittels einer Steuereinheit, die sich selbst konfiguriert, wobei das Türsystem mittels einer elektrischen Antriebsvorrichtung bewegt wird.
• Türsysteme, die mittels elektrischer Antriebsvorrichtungen und insbesondere automatisch bewegt werden, also beispielsweise automatische Schiebetüren bzw. Aufzugstüren, unterliegen internationalen Normen wie z.B. der CSA B44-M94, CEN EN81:1:1985, RSME A17.1-1996 bzw. der ASME A17.1-2000, in denen unter anderem die maximal zulässige kinetische Energie für derartige Türsysteme festgelegt wird.
• Die EP 0 848 309 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Überwachung und Begrenzung der statischen Schließkraft einer Tür, die mittels eines Antriebsmotors bewegt wird. Eine Steuervorrichtung wie sie in der EP 0 848 309 A1 beschrieben wird, verursacht nicht nur einen hohen Wartungsaufwand und damit verbundene Kosten, sondern auch die Installation und Anpassung der Steuereinrichtung an ein Türsystem, z.8. an ein Aufzugssystem, hat sich als äußerst zeitraubend und kostenintensiv erwiesen.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart bereitzustellen, dass die zuvor beschriebenen Nachteile vermieden werden und gegenwärtige Vorrichtungen bzw. Verfahren insbesondere hinsichtlich des zur Installation bzw. zur Wartung des Türsystems benötigten Zeitaufwands und der damit verbundenen Kosten optimiert werden.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zur Konfiguration der Türsteuereinheit die Masse des Türsystems automatisch ermittelt wird, wobei das Türsystem während mindestens einer kontrollierten Fahrt geregelt beschleunigt und anschließend wieder angehalten wird, wobei die Motorspannung der Antriebsvorrichtung vorgegeben wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass für jedwedes mit einer erfindungsgemäßen Steuereinheit ausgerüstete Türsystem gewährleistet ist, dass es nur dann betrieben wird, wenn insbesondere durch internationale Normen vorgeschriebene maximal zulässige Schließgeschwindigkeiten und die maximal zulässige kinetische Energie des Türsystems nicht überschritten werden. Durch die selbständige Masseermittlung verringert sich der Installationsaufwand des Türsystems erheblich und auch die Sicherheit des Türsystems wird verbessert, da bereits vor Aufnahme des normalen Betriebsmodus automatisch sichergestellt wird, dass sicherheitsrelevante Grenzwerte nicht überschritten werden. Kosten werden insbesondere auch dadurch eingespart, dass der Aufwand zur Anpassung der Türsteuereinheit an unterschiedliche Motoren und Türmechaniken durch die Erfindung erheblich gesenkt wird.
• Vorteilhafterweise wird die Motorspannung der Antriebsvorrichtung mittels Puls-Weiten-Modulation vorgegeben. Auf diese Weise lässt sich die Systembeschleunigung sehr präzise ermitteln.
• Vorteilhafterweise werden die Reibung im System, ein oder mehrere Gegengewichte und die elektrische Spannung der Antriebsvorrichtung als Eingangsparameter für die automatische Massenermittlung verwendet. Zur Kalibrierung soll die Reibung jedoch möglichst vernachlässigbar sein. Gegebenenfalls werden als weitere Eingangsgrößen die Zeit, Momentangeschwindigkeit und Startgeschwindigkeit einer mit Vorteil durch die Puls-Weiten-Modulation vorgegebenen Beschleunigungsrampe verwendet. Auf diese Weise ist es möglich, die effektive, träge Masse des Systems zu jedem Zeitpunkt der Beschleunigungsrampe zu berechnen.
• Vorteilhafterweise wird zur Massenermittlung eine Schließ- und eine Öffnungsfahrt durchgeführt. Indem auf diese Weise zwei Masseermittlungen realisiert werden, können Gegengewichte bei der Berechnung kompensiert werden.
• Die Masseermittlungsfahrten beginnen und enden mit Vorteil in einer ruhenden Position. Eine ruhende Positionen ist jedoch nicht nur die (nahezu) vollständig geöffnete bzw. die (nahezu) vollständig geschlossene Türposition des Aufzugssystems. Beliebig andere Positionen des Aufzugssystems sind ebenfalls als ruhende Position anzusehen, sofern das Türsystem in der entsprechenden Position weitestgehend nicht bewegt wird.
• Damit Reibungskomponenten des Türsystems bei der Kalibrierung weitestgehend vernachlässigbar sind, ist es besonders zweckmäßig, die Masseermittlungsfahrten mit einer Schleichgeschwindigkeit, also einer äußerst geringen Geschwindigkeit, zu beginnen und zu beenden.
• Vorteilhafterweise weist die kontrollierte Fahrt des Türsystems mindestens zwei Phasen auf, wobei während einer ersten Phase bei konstanter Geschwindigkeit die Reibung des Systems bestimmt wird und dann während einer zweiten Phase bei konstanter Beschleunigung mittels einer Momentangeschwindigkeit des Systems die Systemmasse bestimmt wird. So kann bei der Masseermittlung eine angestrebte Toleranz von 20$ oder weniger eingehalten werden.
• Der Einsatz einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vor allem dann äußerst vorteilhaft, wenn das zu steuernde Türsystem mindestens zwei Türkomponenten aufweist, die mittels einer mechanischen Einrichtung zur Kraftübertragung, beispielsweise einem Zahnriemen, mit der Antriebsvorrichtung verbunden sind.
• Weitere Vorteile und erfinderische Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, anhand der Zeichnungen und in Verbindung mit den Unteransprüchen.
• Dabei zeigen
• 1 ein Blockschaltbild der Aufzugssteuerung und
• 2 ein Aufzugssystem.
• 1 zeigt eine erfindungsgemäße Aufzugssteuerung, wobei die Türsteuereinheit 1 mit der Antriebsvorrichtung 2 verbunden ist. Die Antriebsvorrichtung 2, vorzugsweise ein Elektromotor, ist mit dem Türsystem 3 verbunden. Mittels einer vorzugsweise formschlüssigen Verbindung der Komponenten 2 und 3 wird es möglich, die Türbewegung beispielsweise durch Messung der Motorumdrehungen zu ermitteln. Diese Verbindung ist beispielsweise derart gestaltet, dass zwei, wie in 2 dargestellte Türbestandteile 5, die Bestandteile des Türsystems 3 sind, mittels eines Zahnriemens mit dem Motorritzel der Antriebsvorrichtung 2 verbunden sind. Ein Handterminal 4 ist mit der Türsteuereinheit 1 verbunden. Die Komponenten 1, 2 und 4 können aneinander Mess- bzw. Steuersignale versenden. Mittels des Handterminals 4 können gegebenenfalls unter Verwendung eines Servicetools an der Türsteuereinheit 1 Voreinstellungen beispielsweise durch Eingabe von Parametern getätigt werden bzw. Werte aus der Türsteuereinheit 1 ausgelesen werden. Mögliche Motordaten der Antriebsvorrichtung 2 sind vorteilhafterweise in einer Speichereinheit der Türsteuereinheit 1 abgelegt.
• 2 zeigt eine Aufzugsvorrichtung in der eine erfindungsgemäße Türsteuerung eingesetzt wird. Die lediglich schematisch dargestellte Türsteuereinheit 1 ist wiederum mit der Antriebsvorrichtung 2 und dem Handterminal 4 verbunden. Sowohl die Antriebsvorrichtung als auch die Türsteuereinheit 1 ist mit dem Türsystem 3 verbunden, dass sich hier aus einer zweiteiligen Kabinentür 5 und den Gegengewichten 7 zusammensetzt. Eine oder mehrere beispielsweise zweiteilig ausgeführte Schachttüren 6, die in verschiedenen Stockwerken angebracht sind, sind beispielsweise in Abhängigkeit von der Position der Aufzugskabine 8 zumindest temporäre Bestandteile des Türsystems 3 und insbesondere mechanisch mit der Kabinentür 5 verbunden. Neben der Kabinentür 5 und den Gegengewichten 7 ist mit Vorteil auch die Antriebsvorrichtung 2 mit der Aufzugskabine 8 fest verbunden. Auch die Türsteuereinheit 1 ist mit Vorteil mit der Aufzugskabine 8 verbunden.
• An den jeweils aus zwei Komponenten bestehenden Türen 5 und 6 sind beispielsweise Melder oder Lichtschranken zum Öffnen der Türen vorgesehen. Die maximal zulässige kinetische Energie des Türsystems soll vorzugsweise zwischen 9,49 Joule und 10 Joule liegen, wenn die Tür einen Melder oder eine Lichtschranke zum Öffnen der Tür enthält. Sind keine Öffnungsvorrichtungen aktiv, soll die maximal zulässige kinetische Energie zwischen 3,39 Joule und 4 Joule liegen. Die maximal zulässige Geschwindigkeit des Türsystems ist von der Systemmasse und der kinetischen Energie abhängig.
• Insbesondere wird die Masseermittlung durch die Reibung im System 3, das oder die Gegengewichte 7, die beispielsweise zum Schließen der Aufzugstür 5 eingesetzt werden, und die Motorspannung an der Antriebsvorrichtung 2 beeinflusst.
• Zur Masseermittlung wird der Antriebsvorrichtung 2 von der Türsteuereinheit 1 eine Spannungsrampe vorgegeben. Für den mit Gleichspannung betriebenen Motor 2 gilt dabei die folgende Spannungsgleichung für einen Gleichstrommotor: UM := UEMK + iM⋅R M(1)
• Für die elektromotorische Kraft EMK des Motors gilt die folgende Gleichung: UEMK := K1⋅v mit v := v0 + vPWM (2)
• Dabei ist K₁ ein Umrechnungsfaktor, v₀ entspricht der Startgeschwindigkeit des Türsystems 3 und v_PWM entspricht dem Geschwindigkeitsanteil aufgrund der Puls-Weiten-Modulation. Für die Antriebskraft des Motors muss gelten: FM := K2⋅iM (3) FM := FR + FT (4)
• F_R entspricht dabei der Reibungskraft des Systems und F_T der Trägheitskraft für eine beschleunigte Masse, hier also der Masse des Türsystems 1.
• Aus den Gleichungen (3) und (4) und der Trägheitskraft für eine beschleunigte Masse ergibt sich folgende Gleichung für den Motorstrom i_M:

  
• Zusammen mit den Beziehungen (1) und (2) ergibt sich daraus für die Motorspannung U_M:

  
• Erfindungsgemäß wird nun für die Motorspannung U_M eine Spannungsrampe mittels Puls-Weiten-Modulation vorgegeben: UM := K3⋅t (7)
• Setzt man die Beziehungen (6) und (7) gleich, löst nach K₃⋅t auf und integriert schließlich über t, so ergibt sich die nachfolgende Gleichung:

  
• Nach Bestimmen der Integrationskonstanten C_i erhält man die nachfolgende Beziehung für die Systemmasse m_ges:

  
• Anhand der voranstehenden Beziehungen wird die effektive träge Masse des Systems während der Beschleunigungsrampe ermittelt. Als Eingangsgrößen dienen die Zeit t, die Momentangeschwindigkeit v und die Startgeschwindigkeit v₀ der Beschleunigungsrampe.
• Da die Türsteuereinheit 1 in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ein zeitkritisches Betriebssystem aufweist, z.B. einen 8-Bit-Mikrokontroller, wird zunächst zur Ermittlung von Kalibrierwerten der Geschwindigkeit ein nahezu reibungsfreies Türsystem 1 mit möglichst geringer Türmasse gewählt.
• So können Kalibrierwerte zunächst unabhängig von der Systemreibung und dem Gegengewicht 7 in Abhängigkeit von der Puls-Weiten-Modulation bestimmt werden. Es ist beispielsweise möglich ermittelte Geschwindigkeitswerte für verschiedene Massen in eine Tabelle abzulegen, um die Prozessorauslastung der Türsteuereinheit 1 nicht unnötig zu erhöhen. Eine derartige Tabelle enthält Werte für die Puls-Weiten-Modulation bei Start der Masseermittlung und für die Türgeschwindigkeit am Ende der Messfahrten des Türsystems 3.
• Zur Masseermittlung selbst wird das Türsystem 3 vorzugsweise aus geschlossener Ruheposition beschleunigt und über eine kurze Strecke, beispielsweise 10 cm in Öffnungsrichtung geregelt gefahren. Dies erfolgt vorzugsweise bei einer Geschwindigkeit von 9 cm/sek um Überschwingen und das Auftreten von Haftreibungskomponenten weitestgehend zu vermeiden.
• In einem darauffolgenden Streckenabschnitt wird in einem Abstand von jeweils 10 msek der Puls-Weiten-Modulationswert um vorzugsweise jeweils 3 Inkremente erhöht, bis. der Endwert erreicht wird. So wird eine nahezu konstante Beschleunigung erreicht. Beispielsweise wird hierbei ein Vier-Quadranten-Regler eingesetzt und es werden bis zu insgesamt 128 Inkremente durchlaufen.
• Im gleichen Verfahren wird der Puls-Weiten-Modulations-Wert wieder bis zu einer konstanten Geschwindigkeit, beispielsweise von 9 cm/sek verringert und die Tür schließlich bis in eine geöffnete Ruheposition gefahren. Der Vorgang lässt sich dann analog in Schließrichtung wiederholen.
• Da am Ende der durch die Puls-Weiten-Modulation vorgegebenen Beschleunigungsrampe die Geschwindigkeitsänderung nahezu konstant ist, lässt sich insbesondere zu diesem Zeitpunkt die Systemmasse mit Hilfe der Beziehung (9) ermitteln.
• Die Reibung wird vorzugsweise in einem ersten Bewegungsabschnitt, also beispielsweise während den ersten 10 cm Türbewegung mit 9 cm/sek anhand des aktuellen Puls-Weiten-Modulations-Wertes berechnet. Der Puls-Weiten-Modulations-Wert steigt mit zunehmender Reibung an.
• Die Gegengewichte 7 werden durch zwei Masseermittlungen, also durch aufeinanderfolgende Öffnungs- bzw. Schließfahrten kompensiert. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann die Masse mit ausreichender Toleranz bestimmt werden und normbedingte Grenzwerte für den Betrieb des Türsystems 3 werden zuverlässig eingehalten.

Claims (8)

1. Verfahren zur Steuerung eines Türsystems (3) mittels einer Türsteuereinheit (1), welche sich selbst konfiguriert, wobei das Türsystem (3) mittels einer elektrischen Antriebsvorrichtung (2) bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Konfiguration der Türsteuereinheit (1) die Masse des Türsystems (3) automatisch ermittelt wird, wobei das Türsystem (3) während mindestens einer kontrollierten Fahrt geregelt beschleunigt und anschließend wieder angehalten wird, wobei die Motorspannung der Antriebsvorrichtung (2) vorgegeben wird.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorspannung der Antriebsvorrichtung (2) mittels Puls-Weiten-Modulation vorgegeben wird.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Eingangsparameter zur automatischen Massenermittlung, die Reibung im System (3), ein oder mehrere Gegengewichte (7) und die elektrische Spannung der Antriebsvorrichtung (2) verwendet werden.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Massenermittlung eine Schließ- und eine Öffnungsfahrt durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kontrollierte Fahrt des Türsystems (3) mindestens zwei Phasen aufweist, wobei – während einer ersten Phase bei konstanter Geschwindigkeit die Reibung des Systems (3) bestimmt wird und – dann während einer zweiten Phase bei konstanter Beschleunigung mittels einer Momentangeschwindigkeit des Systems (3) die Systemmasse bestimmt wird.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrten zur Massenermittlung aus bzw. in einer ruhenden Position beginnen bzw. beendet werden.
7. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrten zur Massenermittlung mit Schleichgeschwindigkeit beginnen bzw. beendet werden.
8. Vorrichtung (1) zur Steuerung eines elektrisch betriebenen Türsystems (3), wobei die Vorrichtung (1) mit einer Antriebsvorrichtung (2) des Türsystems verbunden ist, eine Speichereinheit zum Ablegen von Kalibrierwerten des Türsystems (3) sowie einen Modulator und Mittel zur Regelung der Antriebsvorrichtung (2) aufweist, und eine Steuer- und Recheneinheit zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der vorstehenden Patentansprüche aufweist