JP2008114944A - Elevator device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、地震によって建屋が揺れた場合に管制運転を行うエレベーター装置に関するものである。 The present invention relates to an elevator apparatus that performs control operation when a building is shaken by an earthquake.
地震時には震源から伝播速度の早いP波(縦波)と伝播速度が遅いが地震の主要動を呈するS波(横波)が建物に到達する。下記の非特許文献1によれば建物揺れ検知手段で観測したS波の水平方向の加速度レベルを、特低レベル,低レベル,高レベルの閾値レベルで分類し、エレベーターの地震時管制運転が行われている。S波の主要動による建物の揺れが大きくなるまでに、水平方向の加速度の特低レベルか、S波よりも数秒でも早く地震到来が感知できる建物の下部でのP波初期微動感知でエレベーターを一時停止させる管制運転が行われている。
During an earthquake, a P wave (longitudinal wave) with a fast propagation speed and an S wave (transverse wave) with a slow propagation speed but exhibiting the main motion of the earthquake reach the building. According to the following Non-Patent
また、震源の遠い地震が堆積層をもつ平野で発生しがちな長周期地震動時は建物の揺れ加速度が小さいにもかかわらず、建物上部が揺れるモードのため、エレベーターの主ロープ,調速機ロープ,乗りかごへの電力や信号通信用のケーブルなど(以降、これらを総称し「長尺物」と記す)が振れやすく、昇降路内で振れ回り、引っかかる被害が発生する。以降、この種の建物の揺れを単に「建物揺れ」と記述し、建物揺れで長尺物が振れ回る振動を「長尺物振れ」と記述し、また、これらの振れの大きさを指す場合には、「建物揺れ量」,「長尺物振れ量」と記述する。 In addition, during long-period ground motions, where earthquakes far from the epicenter tend to occur in plains with sedimentary layers, the upper part of the building swings in spite of the small shaking acceleration of the building, so the main rope and governor rope of the elevator , Electric power to the car, cables for signal communication, etc. (hereinafter collectively referred to as “long objects”) are easy to swing, causing swinging in the hoistway and catching damage. In the following, when this type of building shake is simply referred to as “building shake”, and the vibration of a long object that swings around the building is described as “long object shake”, and also refers to the magnitude of these shakes. Is described as “building shake amount” and “long object shake amount”.
長周期地震時の建物揺れの加速度レベルは低いため、建物揺れの加速度感知感度を上げると、長尺物振れの直接の要因でないノイズ振動で誤って管制運転に移行する場合がある。そこで、この誤作動を少なくするための従来技術として、少しでも長尺物振れ状態量に近い建物揺れの速度,変位、又は速度と変位の相乗積などの状態量感知での管制運転方式が、下記の特許文献1や特許文献2に示されている。
Since the acceleration level of building shaking during a long-period earthquake is low, when the acceleration sensing sensitivity of building shaking is increased, there may be a case of erroneously shifting to control operation due to noise vibration that is not a direct factor of long object shaking. Therefore, as a conventional technique for reducing this malfunction, there is a control operation method for sensing a state quantity such as a building shake speed, displacement, or a synergistic product of speed and displacement, which is almost as long as a long-body swing state quantity. It is shown in the following
上述のように、地震時に建屋の加速度,速度,変位又は速度と変位の相乗積の状態量検知で管制運転を行うことは従来から行われているが、長尺物振れの直接の状態量に基づく管制運転は行われていない。 As described above, control operation by detecting the state quantity of building acceleration, speed, displacement, or the product of speed and displacement at the time of an earthquake has been performed in the past. There is no control operation based on this.
また、高層建物が揺れやすい長周期地震は、遠隔地に震源をもつ地震が関東平野のような堆積層からなる平野部に伝播する過程で発生する地震で、震源が一般に150〜200kmと遠いために、P波は非常に微弱である。 In addition, long-period earthquakes where high-rise buildings tend to shake are earthquakes that occur in the process of propagation of earthquakes with epicenters in remote areas to plains composed of sedimentary layers such as the Kanto Plain, because the epicenter is generally 150 to 200 km away. In addition, the P wave is very weak.
この結果、P波初期微動管制が機能せず、長尺物が昇降路内の機器に引っかかりエレベーター走行で二次被害が発生する課題、これを避けるためにP波感知感度を上げると、近距離の小規模地震や地震に関係のないノイズ振動で不必要にエレベーターが停止するという課題、また、建物揺れの速度,変位、又は速度と変位の相乗積などの状態量からの間接的な長尺物揺れの判定では、長尺物揺れに関わる成長度合いや減衰度合いなどの逐一の状態変化が判らないため、1)定格速度を下げての減速運転が許されるのか、2)エレベーターの運転を一時休止させるのか、3)長尺物振れが大きく成長しない位置すなわち建物揺れに長尺物が共振しない位置へのエレベーターの避難運転ができるのか、あるいは、
4)長尺物振れの減衰度合いなどからのエレベーターの管制運転解除タイミングなどの適正な判定ができないという課題をかかえている。
As a result, P-wave initial fine control will not function, and long objects will be caught by equipment in the hoistway and secondary damage will occur during elevator travel. The problem of elevators stopping unnecessarily due to small-scale earthquakes and noise vibrations unrelated to earthquakes, and indirect lengths from state quantities such as building shaking speed, displacement, or the product of speed and displacement In the judgment of swinging, it is not possible to know every single state change such as the growth degree or damping degree related to long-swinging. 1) Is deceleration operation allowed by reducing the rated speed? 2) Temporarily operating the elevator. 3) Is it possible to evacuate the elevator to a position where the swing of the long object does not grow greatly, that is, the position where the long object does not resonate with the shaking of the building, or
4) There is a problem that it is not possible to properly determine the timing for canceling the control operation of the elevator from the degree of attenuation of the long-body vibration.
例えば、長周期地震動での建物揺れによる長尺物振れの成長度合いや減衰の度合いなどは、建物の揺れ方や揺れの持続の程度によって大きく左右されるため、単に建物の揺れの速度,変位から、又は速度と変位の積などの状態量からでは長尺物振れの成長度合いや減衰の度合いが判らないために、長尺物振れと判定した場合には長尺物振れがおさまるであろう3〜5分間の間はエレベーターを停止させる管制運転が採られている。
For example, the degree of growth and attenuation of long-body vibration due to building shaking due to long-period ground motions depends greatly on how the building shakes and how long it lasts. In addition, since the degree of growth or attenuation of the long object shake cannot be determined from the state quantity such as the product of the speed and the displacement, the long object shake will be suppressed when it is determined as the
本発明の目的は、これらの課題を解消する精度の高い管制運転を行うことのできるエレベーター装置を提供することにある。 The objective of this invention is providing the elevator apparatus which can perform the control operation with high precision which eliminates these subjects.
上記目的を達成するために、本発明は、建物又は昇降路に設置した振動計で検出した建物揺れ信号に基づいて、地震時又は強風時のエレベーターを制御するエレベーター装置において、前記昇降路内に設置された長尺物の固有周期を少なくとも1つ設定し、該固有周期における前記長尺物の振れ応答を前記揺れ信号に基づいて演算するようにした。 To achieve the above object, the present invention provides an elevator apparatus for controlling an elevator during an earthquake or strong wind based on a building shaking signal detected by a vibration meter installed in a building or hoistway. At least one natural period of the installed long object is set, and the vibration response of the long object in the natural period is calculated based on the vibration signal.
本発明によれば、地震時又は強風時の長尺物の振れを精度よく感知して管制運転させることのできるエレベーター装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the elevator apparatus which can detect the shake of a long thing at the time of an earthquake or a strong wind with a sufficient precision, and can carry out control operation can be provided.
以下、本発明の実施例について、図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例に基づくエレベーター装置を示す構成例図である。本実施例のエレベーター装置は、乗りかご1や釣合いおもり2がガイドレール(図示なし)に沿って昇降するように構成されている。また、乗りかご1と釣合いおもり2は、昇降路20上部の機械室21の巻上機4を介して主ロープ7でつるべ式に懸垂され、駆動される。また、機械室21内には、制御盤3,調速機6及び振動計5が配置されており、調速機6には調速機ロープ8が巻き掛けられている。更に、巻上機側から見て、乗りかご1側と釣合いおもり2側の主ロープ7の重量差を補償するコンペンロープ9が設置されている。また、乗りかご1への給電を行うためにテールコード10も敷設されている。このように、昇降路20内には、主ロープ7,調速機ロープ8,コンペンロープ9及びテールコード10などの長尺物が設けられている。そして、昇降路20内には、ガイドレールやエレベーターの昇降路内機器などを支持するブラケット22が設置されている。
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an elevator apparatus according to an embodiment of the present invention. The elevator apparatus of the present embodiment is configured such that the
建物の揺れ検出する振動計5には、互いに直交する水平方向(x,y方向)の加速度検出機能があり、振動計5の格納ケースには演算部30がある。また、前記演算部30は、振動計5が検出したx,y方向の加速度信号をもとに、長尺物振れを演算し、長尺物振れ量と予め定める閾値との比較のもとに、制御盤3でエレベーターを制御し管制運転するための管制運転判定機能を持っている。ここで、演算部30は状況に応じ、制御盤3に格納してもよい。
The
前記演算部30での演算処理は、処理の安定性や予め設定するパラメータの変更の容易性からデジタル処理としているが、アナログ処理でも可能である。
The arithmetic processing in the
図2で、演算部30の構成を説明する。振動計5のx,y方向の検出信号から、振動計5の水平度据付誤差による重力加速度成分や加速度センサ本体が持つ直流ドリフト成分を除去するハイパスのフィルタ31(x方向:31X,y方向:31Y)とノイズ振動成分を除去するローパスのフィルタ32(x方向:32X,y方向:32Y)を設けている。
The configuration of the
フィルタ32Xの出力信号33X,フィルタ32Yの出力信号33Yを用いて、予め定める複数の固有周期Ta ,Tb ,Tc ・・・・からなる複数の長尺物振れ振動モデル毎に長尺物振れを経時ごとに計算するx方向振れ応答演算部34X,35X,36Xとy方向振れ応答演算部34Y,35Y,36Yを構成し、これら長尺物振れ固有周期ごとのx,y方向の振れ応答演算結果を合成する振れ合成演算部37,38,39を備え、これらの合成演算の振れに基づいて長尺物の振れ管制運転を判定する振れ判定部40を備え、振れ判定部40の信号を信号線41で制御盤3に送っている。
Using the
振れ判定部40では、閾値を複数段階に設け、そのレベルに応じて、運転速度の制限,運転の一時停止,保守員の安全点検後の復帰判定、あるいは、長尺物振れの減衰レベル判定から、長尺物振れによるエレベーター管制運転の解除が可能となる。
In the
図2に示す建物揺れ判定部43の信号による建物揺れ加速度による管制は、非特許文献1に示されている従来方式と基本的に変わるものではないが、非特許文献1では長尺物振れ量に基づく直接の管制ができないため、建物揺れ判定部43の加速度閾値をエレベーターの構造強度上から許容される加速度レベルよりも建物の高さが高くなるに従い小さく設定し被害の軽減を図っている。一方、本実施例では振れ判定部40による長尺物振れ管制が行えるため、建物揺れ判定部43の加速度閾値がエレベーターの構造や機構の許容レベルに準じた閾値(100〜150Gal程度)まで大きくすることができ、長周期成分の少ない近距離で規模の小さい地震での不必要な加速度による管制が避けられる。
The control by the building shake acceleration by the signal of the building
図3では、演算部30内のフィルタ32の出力信号33X,33Yからの長尺物振れ演算の処理の流れを説明する。
In FIG. 3, the flow of processing of the long object shake calculation from the
フィルタ32の出力信号33X,33Yを用いて、固有周期Ta でのx方向応答計算部が34X、y方向応答計算部が34Y、固有周期Tb でのx方向応答計算部が35X、y方向応答計算部が35Y、固有周期Tc でのx方向応答計算部が36X,y方向応答計算部が36Yである。これら固有周期ごとのx,y方向の振れを合成する振れ合成演算部が37,38,39で、演算信号波形例をそれぞれの部位に示している。
Using the
図4で、演算部30が併せ持つ演算機能と管制運転判定機能を、主ロープ7を例にとり長尺物振れ回りの三次元模式図で説明する。
In FIG. 4, the calculation function and the control operation determination function that the
3次元的に振れ回る主ロープ7の振幅の大きい中ほどの位置での水平平面50内の2次元面上の振れ軌跡51を呈し、固有周期Ta ,Tb ,Tc ごとの振れ軌跡51のX軸への投影成分が長尺物のx方向振れ応答演算部34X,35X,36X、であり、Y軸への投影成分が長尺物のy方向振れ応答演算部34Y,35Y,36Yである。これらより水平平面50内のx,y方向成分の合成演算が、周期毎の長尺物振れの振れ合成演算部37,38,39で行われる。
A
次に、本実施例の長尺物振れ演算に基づく振れ管制の一例について説明する。図4で示す長尺物振れ量と主ロープ7のブラケット22などに引っかかる振れ限界寸法Lに対する割合α%,β%,γ%,δ%(α<β<γ<δ)を振れ判定部40の閾値とし、長尺物振れ量による振れ管制の実施例について説明する。
Next, an example of shake control based on the long-body shake calculation of the present embodiment will be described. The
長尺物振れ管制運転は長尺物振れ率がβ%超えて減速運転や最上階手前強制呼び管制運転(主ロープが振れている状態で、乗りかごが最上階に直行走行すると、乗りかごに異常振動が発生する場合があるため、最上階手前の階に運転ソフトで仮想呼びを発生させて一旦停止させる運転)などの運行走行管制運転,γ%超えで運転一時休止,β%以下への減衰で運行走行管制運転再開,α%以下への減衰で管制運転解除,δ%超えで昇降路内点検後の運転再開などの管制運転パターンを取り込む管制運転判定機能を振れ判定部40に持たせる。このように、本実施例では、複数のレベルの閾値を設定し、それぞれのレベルに応じて異なる内容の管制運転を行っているので、地震発生時などにおいてもエレベーターを的確に運行させることが可能である。
Long-body run-off control operation has a long-body run-out rate exceeding β%, decelerating operation, forced top-floor forced call control operation (when the main rope is swinging and the car goes straight to the top floor, Because abnormal vibration may occur, operation control operation such as operation that generates a virtual call with the operation software on the floor before the top floor and temporarily stops it, temporarily stops operation when γ% is exceeded, decreases to less than β% The
以上の説明では、振れ判定部40の閾値の設定は、単にスカラー量としているが、図4に示す判定エリア52を設けて、x,y方向の応答座標値がそのエリアを越えるか否かで判定してもよい。
In the above description, the setting of the threshold value of the
次に、長尺物振れ応答演算について説明する。振動モデルを用いて長尺物振れ応答を演算するには、まず、長尺物の固有周期が必要となる。しかしながら、この長尺物の固有周期は、長尺物の長さや張力、すなわち、乗りかごや釣合いおもりの位置や質量等によって異なるため、時間経過ごとに長尺物の固有周期を設定するには、上記乗りかごの位置などの情報を受信して計算する処理を随時行わなければならない。そこで、演算部30における処理の迅速化及び装置の複雑化回避のため、上記乗りかごの位置などの情報を用いずに、長尺物が振れやすい固有周期を設定し、長尺物の振れ応答を演算する方法について、以下説明する。
Next, a long object shake response calculation will be described. In order to calculate a long object shake response using the vibration model, first, the natural period of the long object is required. However, since the natural period of this long object varies depending on the length and tension of the long object, that is, the position and mass of the car and the counterweight, in order to set the natural period of the long object over time, A process for receiving and calculating information such as the position of the car must be performed at any time. Therefore, in order to speed up the processing in the
そもそも長尺物の振れは、長周期地震時や強風時等の建物揺れに伴って発生するものであり、この建物揺れに含まれる主な周期成分は、建物上部が最も揺れる周期すなわち建物の1次固有周期T0 (秒)である。したがって、長尺物は、その振れの固有周期が建物の1次固有周期に接近した場合に、建物揺れと共振し、その振れが最も大きくなると考えられる。例えば、乗りかご側の主ロープ7の固有周期が建物の1次固有周期に接近しやすいのは、乗りかごが建物の下層階付近に位置する場合であり、張力が主ロープ7より小さい調速機ロープ8やコンペンロープ9の固有周期が建物の1次固有周期に接近しやすいのは、乗りかごが建物の中間階付近に位置する場合である。そこで、建物の1次固有周期或いはそれに近い値を長尺物の固有周期とした振動モデルを想定し、振動計5で検出された建物揺れ信号に基づいて長尺物の振れ量を算出すれば、発生し得る最大の振れ量を考慮した安全性の高いエレベーター管制運転が可能となる。
In the first place, long-body vibrations occur with building shaking during long-period earthquakes and strong winds, and the main periodic component included in this building shaking is the period in which the upper part of the building is most shaken, that is, 1 of the building. The next natural period T 0 (seconds). Therefore, it is considered that the long object resonates with the building shake when the natural period of the shake approaches the primary natural period of the building, and the shake becomes the largest. For example, the natural period of the
尚、建物の1次固有周期は一般に建物の揺れの大きさに依存し、揺れが増すとその周期が長くなる特性を持っている。長周期地震時の建物揺れ加速度30Gal程度のときの建物の1次固有周期は、揺れ加速度200Gal以上の揺れを想定している建物耐震設計時の固有周期よりは短めの値となり、建物の固有周期の設計値は必ずしも実際の固有周期の値を与えるものでない。また、建物の短辺方向と長辺方向の揺れ方向ごとに建物の固有周期は異なる。 Note that the primary natural period of a building generally depends on the magnitude of the shaking of the building, and has a characteristic that the period becomes longer as the shaking increases. The primary natural period of the building when the building shake acceleration is about 30 Gal at the time of a long-period earthquake is shorter than the natural period at the time of building seismic design assuming that the shaking acceleration is 200 Gal or more. The design value does not necessarily give the value of the actual natural period. In addition, the natural period of the building is different for each of the short side direction and the long side direction of the building.
つまり、建物揺れの方向や大きさによって建物の固有周期の値が変わってくるので、その変動に起因する長尺物振れの予測不良を避けるため、様々な精度増しを行うのが望ましい。例えば、建物の固有周期の設計値とその前後の複数の値を長尺物の固有周期とし、複数の振動モデルにより長尺物の振れ応答を演算し、そのうち振れ応答が最大のものと所定の閾値とを比較して管制運転の要否を判定すれば、安全性が向上する。また、過去の地震又は強風の際に観測した建物の応答データを用いて建物の固有周期を演算する学習機能を持たせることにより、長尺物振れの予測精度を高めることもできる。 In other words, since the value of the natural period of the building changes depending on the direction and magnitude of the building shaking, it is desirable to increase the accuracy in order to avoid poor prediction of long-term object shake due to the fluctuation. For example, the design value of the natural period of a building and a plurality of values before and after it are used as the natural period of a long object, and the vibration response of a long object is calculated using a plurality of vibration models. If the necessity of control operation is determined by comparing with the threshold value, safety is improved. In addition, by providing a learning function for calculating the natural period of the building using the response data of the building observed during past earthquakes or strong winds, it is possible to improve the prediction accuracy of long-body vibration.
更に、建物揺れに含まれる周期成分としては、発生した長周期地震動や風の息に起因する周期帯域も存在するので、長尺物の振れの固有周期がこれらの周期帯域と一致して共振する場合も考慮するものが良い。特に、高層建物の場合は、長周期地震動の周期帯域に建物の固有周期が含まれる可能性もある。そこで、長周期地震動の周期帯域(例えば、2秒〜20秒程度)において所定の間隔で設定された固有周期Ta ,Tb ,Tc ・・・からなる複数の長尺物振れ振動モデルのもとに振れ予測の精度増しを図り、これらモデル毎の振れ応答から長尺物振れ量を予測して管制運転を行うこともできる。 In addition, as periodic components included in building shake, there are periodic bands due to long-period ground motion and wind breaths that have occurred, so the natural period of long-body vibrations resonates with these periodic bands. It is good to consider the case. In particular, in the case of a high-rise building, there is a possibility that the natural period of the building is included in the periodic band of long-period ground motion. Therefore, a plurality of long-body vibration vibration models having natural periods T a , T b , T c ... Set at predetermined intervals in a periodic band of long-period ground motion (for example, about 2 to 20 seconds). It is also possible to increase the accuracy of the shake prediction based on the above, and to perform the control operation by predicting the amount of shake of the long object from the shake response of each model.
また、長周期地震動だけでなくP波やS波をも含む地震動全体の周期帯域(例えば0.2秒〜20秒程度) 内から、複数の値を長尺物の固有周期として設定し、それぞれの固有周期における長尺物の振れ応答を演算する方法も考えられる。更に、乗りかご等の昇降により変化し得る長尺物長さ(ストローク)に対応する固有周期の範囲内において、複数の値を長尺物の固有周期として設定し、長尺物振れ量を予測しても良い。 In addition, set multiple values as the natural period of a long object from the entire periodic band (for example, about 0.2 to 20 seconds) including not only long-period ground motion but also P-wave and S-wave. A method of calculating the shake response of a long object in the natural period of the image is also conceivable. In addition, within the range of the natural period corresponding to the length (stroke) of a long object that can be changed by raising or lowering the car, etc., multiple values are set as the natural period of the long object, and the amount of long object deflection is predicted. You may do it.
尚、長尺物振れ振動系の減衰性能は、長尺物の構成要素毎に多少は異なるが、長尺物振れ量が安定して計算できる共通の値とし、振れ量算出の実時間処理性能を確保している。 The long-body shake vibration system's damping performance is slightly different for each component of the long object, but it is a common value that allows the long-body shake amount to be calculated stably, and the real-time processing performance of the shake amount calculation Is secured.
演算部30のデジタル演算処理の速さは、加速度アナログ信号のデジタル変換のサンプリング周期(秒)内に、全ての振動応答計算が終了する速さとし、求まった応答値を次の計算ステップでの初期値として逐次応答計算を進める実時間処理速度としている。なお、サンプリング周期(秒)は、例えば予め定め複数組の固有周期の内の最も短い固有周期
(秒)にも依存するが、概ね0.01〜0.03秒程度であれば、応答計算の精度は維持できる。
The speed of the digital calculation processing of the
以上の構成により、建物揺れによる長尺物振れの状態が時間経過のたびに判断できるため、震源が遠い地震が堆積層を持つ平野部に伝播してきたときに発生しやすい長周期地震動での建物の揺れ方や揺れの持続の程度によって長尺物揺れの成長度合いや減衰度合いが逐次演算でき、地震時や強風時の長尺物振れの特徴を考慮した高度なエレベーター管制運転を行うこともできる。 With the above configuration, it is possible to determine the state of long-body vibration due to building shaking over time, so buildings with long-period ground motion that are likely to occur when earthquakes with distant epicenters propagate to plains with sedimentary layers are likely to occur. The degree of growth and attenuation of long objects can be calculated sequentially according to the degree of shaking and the duration of shaking, and advanced elevator control operation can be performed considering the characteristics of long objects during earthquakes and strong winds. .
上述の実施例では、振動計5を機械室に設置したが、地震による振れが観測できる位置ならば、建物や昇降路のどの位置に設置しても構わない。昇降路下部等に設置した場合で直接長尺物上端の振れを検出できない場合でも、その位置での振れを検出し、その振れから長尺物上端の振れを予測することで、長尺物の振れを予測することができる。さらに、長尺物振れ演算に加速度センサ信号で説明したが、速度センサ信号であっても、演算部の算法を変えるだけで、長尺物振れの演算はできる。
In the above-described embodiment, the
1 乗りかご
2 釣合いおもり
3 制御盤
4 巻上機
5 振動計
6 調速機
7 主ロープ
8 調速機ロープ
9 コンペンロープ
10 テールコード
20 昇降路
21 機械室
22 ブラケット
23 ピット
30…演算部
31,32 フィルタ
33X,33Y フィルタの出力信号
34X,34Y,35X,35Y,36X,36Y 振れ応答演算部
37,38,39 振れ合成演算部
40 振れ判定部
41,44 信号線
42 水平方向加速度合成演算部
43 建物揺れ判定部
46 3軸加速度合成演算部
50 水平平面
51 振れ軌跡
52 判定エリア
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