EP1412274B1

EP1412274B1 - Aufzuganlage mit einem messsystem zur ermittlung der absoluten kabinenposition

Info

Publication number: EP1412274B1
Application number: EP02745033A
Authority: EP
Inventors: Eric Birrer; Heiko Essinger; Frank Müller
Original assignee: Inventio AG
Current assignee: Inventio AG
Priority date: 2001-07-31
Filing date: 2002-07-22
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2022-07-22
Also published as: CN1310818C; US20040216320A1; BR0211549A; TW575518B; EP1412274A1; ES2362417T3; PT1412274E; JP2004536001A; DK1412274T3; JP2009184835A; US6874244B2; ZA200400035B; JP4397689B2; NO20040401L; DE50214946D1; WO2003011733A1; CN1537072A; MXPA04000910A; MY131881A; PL368311A1

Description

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 A1 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 Auflösevermögen 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 Mess- bzw. 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.
Ein weiteres Längen messsysteme ist aus der US-A-5135081 bekannt.
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 erfindungsgemäss 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-1 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 erfindungsgemässe 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 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)-1. 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)-1 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 n1=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)-1)-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 Grösse einer halben Codemarkenlänge λ/2=2mm. Steht einer der beiden Sensoren 31,31' in der Nähe eines Magnetpolwechsels 24 und liefert eine Sensorspannung von annähernd dem Wert Null, dann befindet sich der jeweils andere Sensor 31,31' 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' 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=262'106 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 S0 und den letzten Hallsensoren S5 demnach ein Abstand von 10mm trennt. In dem Bereich zwischen dem ersten Hallsensor S0 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 S0 bis S5 der Interpolationseinrichtung 36 über dem Weg in Verfahrrichtung 8 im Millimeterabständen dargestellt. Hinlänglich bekannte Komparatorschaltungen führen folgende Vergleiche der Spannungen einzelner Sensoren S0 bis S5 durch, die wie angegeben gewertet werden: $U (s 0) > 0 - > 0$
$U (s 0) + 1 / 3 * U (s 1) > 0 - > 0$
$U (s 0) + U (s 1) > 0 - > 1$
$1 / 3 * U (s 0) + U (s 1) > 0 - > 1$
$U (s 1) > 0 - > 1$

u.s.w. bis: $U (s 4) + 1 / 3 * U (s 5) - > 1$
Dies ergibt für das in Fig. 5 dargestellte Beispiel die Ziffernfolge: 001111111111111111. Damit ist ausgedrückt, dass sich an dem ersten Interpolationssensor S0 bis 0.5mm dahinter ein Südpol 23 erstreckt. Ab 1.0mm bis 9mm hinter dem ersten Interpolationssensor S0 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 46 (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 S0 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 0mT 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 1=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 p-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 p-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' 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' die Interpolationseinrichtung 36' und die Feininterpolationseinrichtung 47' 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 29,29' beider Positionscodeleseeinrichtungen 28,28' in einer zur Verfahr-/ Ableserichtung 8 parallen Linie, um eine Codemarkenlänge λ=4mm zueinander versetzt ineinandergreifen. In dieser Lage detektieren die achtzehn Sensorpaare 29' 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 11,11' eine eigene Auswerteeinheit 17,17' zugeordnet, so dass die Ausgangssignale der Sensoren beider Codelesesensoriken 11, 11' 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 41,41' Grundlage eines umfassenden Schachtinformationssystem, welches schematisch in Fig. 7 dargestellt ist. Jeder Auswerteeinheit 17,17' ist einer der Stockwerksensoren 41,41' zugeordnet. Die Stockwerksensoren 41,41' werden zusammen mit der Aufzugkabine 2 im Schacht 1 bewegt, um im Schacht 1 auf jedem Stockwerkniveau angeordnete Positionsmarkierungen 42,42' zu detektieren. Diese Signale der Stockwerksensoren 41,41' werden zusammen mit den Ausgangssignalen von ebenfalls redundant vorgesehenen Sicherheitseinrichtungen 43,43' 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

Aufzuganlage mit einem Längenmesssystem zur Ermittlung einer Kabinenposition einer entlang mindestens einer Führungsschiene (7) verfahrbaren Aufzugkabine (2), mit einem parallel zur Verfahrrichtung (8) neben der Aufzugskabine angebrachten Codemarkenmuster (20), mit einer an der Aufzugkabine angebrachten Codelesevorrichtung (12) zum berührungslosen Abtasten des Codemarkenmusters, und mit einer Auswerteeinheit (17) zum Auswerten abgetasteter Codemarkenmuster, wobei n aufeinanderfolgende Codemarken (21) des Codemarkenmusters ein Codewort (27) bilden, Codewörter in einer n-stelligen Pseudozufallsfolge verschiedener Codewörter eindeutig angeordnet sind, die Codewörter ein einspuriges Codemarkenmuster bilden und ein abgetastetes Codewort eine absolute Kabinenposition (35) darstellt, dadurch gekennzeichnet, dass das Codemarkenmuster in Manchester-Codierung codiert ist, so dass spätestens nach jeder zweiten Codemarke ein Codemarkenwechsel stattfindet, und dass die codelesevorrichtung (12) mindestens über zwei Sensoren (31, 31') verfügt, die in Verfahrrichtung um eine halbe Codemarkenlänge versetzt angeordnet sind, so dass ein erster Sensor (31) bei Detektion eines Codemarkenwechsels (24) ein Abtastsignal erzeugt, mit dem ein zweiter Sensor (31') für das Erfassen des Codeworts ansteuerbar ist.
Aufzugsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Abtastsignals alternierend das Ausgangssignal von einem der beiden Sensoren (31), (31') ausgewählt und ausgewertet wird.
Auf zuganlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Codemarken magnetische Pole bilden und dass die Codelesevorrichtung Hallsensoren (31, 31',S0-S5) aufweist.
Aufzuganlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Codeleseeinrichtung mehrere Sensoren zum gleichzeitigen Abtasten der Codemarken eines Codewortes aufweist.
Aufzuganlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Codelesee inrichtung mehrere Sensoren (S0-S5) zum Erfassen von Codemarkenübergangen aufweist, welche in Verfahrrichtung über einen Bereich mit einer Länge grösser als die Länge (2λ) zweier Codemarken in einem Abstand kleiner als die Länge einer Codemarke (λ) angeordnet sind.
Aufzuganlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Codeleseeinrichtung mindestens einen Übergang (24) zwischen Codemarken erfasst.
Aufzuganlage nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Komparator eine Spannung der Sensoren mit einer Schwelle vergleicht.
Aufzuganlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflösung der absolute Kabinenposition durch Abtasten eines Codewortes der Länge einer Codemarke entspricht und/oder dass die Auflösung der absoluten Kabinenposition durch Erfassen eines Übergangs (24) zwischen Codemarken 0.5mm beträgt.
Aufzuganlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenntzeichnet, dass an der Aufzugskabine mindestens ein Stockwerkssensor (41, 41') angebracht ist, welcher Stockwerkssensor auf Stockwerksniveau angebrachte Positionsmarkierungen (42,42') detektiert und dass eine Steuerung detektierte Positionsmarkierungen mit abgetasteten Codeworten auswertet.
Aufzugsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Codeleseeinrichtung redundant ausgebildet ist.
Aufzuganlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass dass das Codemarkenmuster an der Führungsschiene (7) angebracht ist und/oder dass die Sensoren in einer zur Verfahrrichtung parallen Linie angeordnet sind.
Aufzuganlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Codeleseeinrichtung eine Feininterpolationseinheit (47) aufweist, welche den verlauf des Magnetfeldes des Codemarkenmusters detektiert, welche den Verlauf des Magnetfeldes des Codemarkenmusters arcustangensinterpoliert und welche einen mit der Codemarkenlänge periodischen hochauflösenden Positionswert (52) erzeugt.
Aufzuganlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Codemarken unterschiedliche Dielektrizitätszahlen aufweisen und dass die Codelesevorrichtung kapazitive Effekte erfassende Sensoren aufweist.