JP5473375B2 - 地震監視制御システム - Google Patents

Description

本発明は、長周期振動の地震を監視する地震監視制御システムに関する。

従来の長周期振動の地震に対するエレベータの対策としては、下記特許文献１に記載されているように、地震波情報に含まれる加速度信号を周波数分析して地震波の周波数及びピークレベル信号を求め、求めた地震波の周波数を管理対象となる建物の固有振動数と比較することにより建物の長周期振動による揺れの程度を演算予測し、この演算予測結果に応じて当該建物のエレベータ制御装置に運行制御指令を通知するようにした地震監視制御装置及び地震監視制御システムが知られている。

特開２００７−１５３５２０号公報

しかしながら、特許文献１に記載された地震監視制御装置及び地震監視制御システムでは、建物の固有振動数は建物を竣工した当時の値が使用されており、建物の固有振動数が経年変化するという点については考慮されていない。

このため、建物が竣工されてから年月が経過すると、建物の固有振動数が竣工当初の値から変化し、長周期振動の地震に対するエレベータ制御の精度が低下するという問題が発生する。

本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その目的は、建物の固有振動数やロープの固有振動数が経年変化した場合であっても、長周期振動の地震に対するエレベータ制御の精度を維持することができる地震監視制御システムを提供することである。

本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、地震波情報に含まれる加速度信号を周波数分析して地震波の周波数を求め、求めた地震波の周波数を管理対象となる建物の固有振動数及び前記建物に付設されたエレベータのロープのかご位置に関連した固有振動数と比較し、この比較結果から前記建物及び前記ロープの長周期揺れの程度を演算予測し、この演算予測結果に応じて前記エレベータのエレベータ制御装置に対して運行制御指令を通知する制御指令通知手段と、前記建物の固有振動数と前記ロープの固有振動数とは適宜のタイミングで繰り返し計測され、最新に計測された固有振動数の値を記憶する記憶部と、前記エレベータに設けられ、メインロープのクリープ量を測定するクリープ量測定部と、測定したクリープ量から前記メインロープのバネ定数を検出するバネ定数検出部と、検出したバネ定数に基づいてかご位置に応じたメインロープの固有振動数を算出して前記記憶部に記憶させる固有振動数算出部と、を備えることである。

本発明によれば、建物の固有振動数やロープの固有振動数が経年変化した場合であっても、長周期振動の地震に対するエレベータ制御の精度を維持することができる。

本発明の一実施の形態の地震監視制御システムを示す構成図である。 地震波解析処理部の構成を示す機能ブロック図である。 データベースに記憶されるデータの一例を示す図である。 第１検出装置の構成を示す機能ブロック図である。 第２検出装置の構成を示す機能ブロック図である。 第３検出装置の構成を示す機能ブロック図である。 地震監視制御装置の動作を説明するフローチャートである。

本発明の一実施の形態を図面を用いて説明する。地震監視制御システムは、図１に示すように、建物である高層建物１に設置されたエレベータ２と、広範囲の地域に亘って多数点在配置された地震観測点ａ１〜ａｎ、ｂ１〜ｂｎ、…（以下、地震観測点ａ，ｂ，…と表示する）と、各地震観測点ａ，ｂ，…で観測された地震波情報を収集して分析し、長周期振動の地震によるエレベータ２への影響を予測する地震監視用中核基地となる地震監視制御装置３と、各地震観測点ａ，ｂ，…と地震監視制御装置３とを結ぶ地震波情報伝送ライン４と、各高層建物１と地震監視制御装置３とを結ぶ信号伝送ライン５とを備えている。

エレベータ２は、管理対象となる高層建物１に形成された昇降路６、昇降路６の上部の機械室又は昇降路の適宜な場所に設置された巻上機（図示せず）、エレベータ２の運行を司るエレベータ制御装置７を有し、巻上機にはエレベータ２のロープの一つであるメインロープ（図示せず）が掛け渡されている。メインロープの一端部にはかご（図示せず）が吊り下げられ、メインローブの他端部にはつり合い重り（図示せず）が吊り下げられている。また、かごとつり合い重りとの間には、エレベータロープの一つであるコンペンロープ（図示せず）が連結されている。かごは、巻上機の回転駆動に伴い、昇降路６に設置された一対のガイドレール（図示せず）に沿って昇降移動する。

エレベータ制御装置７は、通常運転時には、かご呼びや乗場呼びの登録に応じてかごを行先階に所定の走行速度で運行させるように巻上機を駆動制御する。一方、地震の発生による検知レベルが一定レベル以上となった場合には、地震災害に応じた管制運転に切り替わり、かごを最適な階床まで移動させ、エレベータ利用者をかごから降ろした後にかごを当該階床で停止させるように巻上機を駆動制御する。

地震波情報伝送ライン４と信号伝送ライン５とは、有線通信方式又は無線通信方式の何れを用いてもよいが、有線通信方式による場合には緊急通信性を確保するという観点から専用ラインを用いることが望ましい。

高層建物１には、上述したエレベータ２が設けられ、さらに、高層建物１の固有振動数を検出する第１検出装置８と、エレベータのロープのうちのメインロープ以外のエレベータのロープ（コンペンロープやガバナロープ）のかご位置に応じた固有振動数を検出する第２検出装置９と、エレベータのロープのうちのメインロープのかご位置に応じた固有振動数を検出する第３検出装置１０と設けられている。なお、第１〜第３検出装置８、９、１０で検出された固有振動数は、信号伝送ライン５を介して地震監視制御装置３に伝送される。

各地震観測点ａ，ｂ，…には、地震波を検知する地震検知器（図示せず）と、予め定めた識別データＩＤを記憶した記憶部（図示せず）と、当該ＩＤと時間データと地震検知器で検知された地震波の加速度信号とからなる地震波情報を地震波情報伝送ライン４を介して地震監視制御装置３に送信する通信制御部（図示せず）とが設けられている。

地震監視制御装置３は、各地震観測点ａ，ｂ，…から送信されてくる地震波情報を受信し必要に応じて地震監視制御装置３で扱う信号形態に変換する機能を有する通信インタフェース１１と、地震の監視制御に必要な情報を入力するキーボード，マウスなどの入力部１２と、プログラムデータを記憶するプログラムデータ記憶部１３と、各地震観測点ａ，ｂ，…から送信された地震波情報をプログラムデータに基づいて解析処理するＣＰＵで構成される地震解析処理部１４と、各地震観測点ａ，ｂ，…の地震波情報や解析結果の情報を記憶するデータベース１５と、解析途中や解析結果の内容を表示する表示部１６とで構成されている。

地震解析処理部１４は、図２に示すように各地震観測点ａ，ｂ，…から伝送された地震波情を収集しデータベース１５の地震波情報記憶領域１５ａに記憶させる地震波情報収集記憶手段２０と、地震波情報収集記憶手段２０で収集された各地震観測点ａ，ｂ，…ごとに、地震波情報に含まれる加速度信号に基づきフーリェ変換によって周波数分析を行って地震波の周波数及び地震波レベル信号を取得する個別分析処理手段２１と、個別分析処理手段２１で分析された地震波の周波数及び地震波レベル信号に基づき、レイリー波やラブ波のごとく方向性及び広がりをもった長周期振動を予測する長周期震動予測手段２２と、これらの手段２１，２２による処理及び予測結果に基づき、管理対象となる高層建物１のエレベータ２に及ぼす地震波の影響を予測する影響予測手段２３と、この影響予測手段２３により高層建物１のエレベータに影響を及ぼすと予測された場合、地震波が高層建物１に到達する前に当該高層建物１のエレベータ制御装置６に地震災害に伴う運行制御指令信号を送信する制御指令通知手段２４とで構成される。

データベース１５は、前述したように地震波情報を記憶する地震波情報記憶領域１５ａ、各地震観測点ａ，ｂ，…毎にＩＤ、位置情報（緯度・経度情報）及び個別分析結果情報を記憶する個別情報記憶領域１５ｂ（図３（ａ）参照）、管理対象となる高層建物１の建物名、位置情報（緯度・経度情報）、影響レベル、固有振動数等の建物情報を記憶する記憶部である建物情報記憶領域１５ｃ（図３（ｂ）参照）、その他の処理結果情報記憶領域１５ｄ、エレベータ２のメインロープ及びその他のロープのかご位置に応じた固有振動数を記憶する記憶部であるロープ固有振動数情報記憶領域１５ｅを備えている。

高層建物１の固有振動数を検出する第１検出装置８は、図４に示すように、高層建物１を制振装置（図示せず）を用いて人工的に揺動させた場合、又は、建物が地震や風力で揺動した場合の高層建物１の加速度を測定する加速度測定部８ａと、測定した加速度を周波数分析して高層建物１の周波数（固有振動数）を求める周波数解析部８ｂと、求まった固有振動数を信号伝送ライン５を介して地震監視制御装置３に伝送する伝送部８ｃとを有している。伝送された高層建物１の固有振動数は、データベース１５の建物情報記憶領域１５ｃに記憶される。

なお、建物の加速度測定部８ａによる加速度測定は、高層建物１が揺動する都度行なわれ、その都度高層建物１の固有振動数が求められ、求められた固有振動数は建物情報記憶領域１５ｃに既に記憶されている既存の固有振動数と置換して更新される。従って、高層建物１の固有振動数は経年変化するものであるが、建物情報記憶領域１５ｃには、高層建物１の最新の固有振動数が記憶されることになる。

エレベータのメインロープ以外のロープのかご位置に応じた固有振動数を検出する第２検出装置９は、図５に示すように、高層建物１を制振装置（図示せず）を用いて人工的に揺動させた場合、又は、建物が地震や風力で揺動した場合のロープの加速度を測定する加速度測定部９ａと、測定した加速度を周波数分析してロープの周波数（固有振動数）を求める周波数解析部９ｂと、求まった固有振動数を信号伝送ライン５を介して地震監視制御装置３に伝送する伝送部９ｃとを有している。伝送されたロープの固有振動数は、データベース１５のロープ固有振動数情報記憶領域１５ｅに記憶される。ロープの加速度の測定は、かごの停止位置を変えて各停止位置ごとに行われ、それによりかご位置に応じたロープの固有振動数が検出される。

なお、ロープの加速度測定部９ａによる加速度測定は、建物が揺動する都度行なわれ、その都度ロープの固有振動数が求められ、求められた固有振動数はロープ固有振動数情報記憶領域１５ｅに既に記憶されている既存の固有振動数と置換して更新される。従って、ロープの固有振動数は経年変化するものであるが、ロープ固有振動数情報記憶領域１５ｅには、ロープの最新の固有振動数が記憶されることになる。

エレベータのメインロープのかご位置に応じた固有振動数を検出する第３検出装置１０は、図６に示すように、メインロープの長さと、メインロープに懸垂される質量と、メインロープのバネ定数から算出されたかご位置に応じたメインロープの初期固有振動数を記憶する初期固有振動数記憶部１０ａと、メインロープのクリープ量を測定するクリープ量測定部１０ｂと、測定したクリープ量からメインロープのバネ定数を検出するバネ定数検出部１０ｃと、検出したバネ定数に基づいてかご位置に応じたメインロープの固有振動数を算出する固有振動数算出部１０ｄと、算出した固有振動数を信号伝送ライン５を介して地震監視制御装置３に伝送する伝送部１０ｅとを有している。伝送されたメインロープの固有振動数は、データベース１５のロープ固有振動数情報記憶領域１５ｅに記憶される。

なお、クリープ量測定部１０ｂによるクリープ量の測定は、予め設定された任意のタイミングで行なわれ、測定したクリープ量に基づいてバネ定数、固有振動数が求められ、求められた固有振動数はロープ固有振動数情報記憶領域１５ｅに既に記憶されている既存の固有振動数と置換して更新される。従って、メインロープの固有振動数は経年変化するものであるが、ロープ固有振動数情報記憶領域１５ｅには、メインロープの最新の固有振動数が記憶されることになる。

また、クリープ量“δ”は、かごを所定階床間、無積載状態で運転し、この運転時の巻上機モータに付属されたパルス発生器、あるいは、エレベータの調速器に付属されたパルス発生器を介して得られる巻上機シーブの回転数情報から演算したかごの移動距離情報“ａ”と、実際の階床間距離情報“ｂ”との差から、“δ＝ａ−ｂ”として求められる。そして、このクリープ量“δ”を用いたメインロープのバネ定数“Ｋ”は、
Ｋ＝２・Ｌ・Ｆ／Ｎ・δとして求められる。

但し、Ｌは、最上階と最下階との間の距離
Ｆは、つり合い重り質量−無積載かご質量
Ｎは、メインロープの本数
地震解析処理部１４では、上述したようにして得られた高層建物１やメインロープ及びその他のロープの最新の固有振動数を用い、プログラムデータ記憶部１３に記憶されたプログラムに基づき、図７に示すような一連の処理を実行している。

すなわち、地震解析処理部１４の個別分析処理手段２１は、常時地震波情報の受信有りか否かを判断し（Ｓ１）、受信有りと判断した場合に（Ｓ１のＹＥＳ）、カウンタメモリに分析時間ｔ＝Ｔ、地震波情報を受信した地震観測点ａ，ｂ，…の数ｉ＝１を設定し（Ｓ２，Ｓ３）、地震波情報記憶領域１５ａに時系列的に記憶される各地震観測点ａ，ｂ，…を表わすＩＤごとに加速度信号に対する周波数分析を実施し、地震波の周波数及び地震波ピークレベル信号を算出し、例えば図３（ａ）に示す個別情報記憶領域１５ｂの該当ＩＤの対応領域に記憶した後（Ｓ４）、分析設定時間Ｔを経過したか否かを判断する（Ｓ５）。

未だ分析設定時間Ｔを経過していない場合には（Ｓ５のＮＯ）、ｉ＝１に＋１をインクリメントし（Ｓ６）、次時点の地震観測点ａ，ｂ，…を表わすＩＤの加速度信号に対する周波数分析を実施し、分析設定時間Ｔ内で高速処理にて多数の地震観測点ａ，ｂ，…の周波数分析を行う。その結果、同じ地震観測点ａ，ｂ，…における複数の地震波の周波数及び地震波ピークレベル信号を取得することもある。

分析設定時間Ｔを経過すると（Ｓ５のＹＥＳ）、長周期震動予測手段２２を実行する。長周期震動予測手段２２は、各地震観測点ａ，ｂ，…の地震波ピークレベル信号のうち、ほぼ同一または近似する地震波ピークレベル信号をつなぎ合せることにより、これら地震観測点ａ，ｂ，…の位置情報から方向性を判断するとともに（Ｓ７）、取得した周波数を考慮し、地震波が長周期震動であるか否かを判断する（Ｓ８）。通常、建物の地盤その他の状況によって異なるが、例えば６〜８秒程度の長周期震動が高層建物１の固有振動数に近くなる。

長周期震動予測手段２２によって長周期震動であると判断されなかった場合には（Ｓ８のＮＯ）、残りの地震観測点ａ，ｂ，…の有無を判断し（Ｓ９）、その判断結果に応じてステップＳ１又はステップＳ２に戻る。

一方、ステップＳ８において、地震波が長周期震動であると判断された場合は（Ｓ８のＹＥＳ）、影響予測手段２３を実行し、各管理対象となる高層建物１のエレベータ２への影響を予測する。すなわち、影響予測手段２３は、長周期震動予測手段２２で得られた長周期震動の移動方向性に基づき、図３（ｂ）に示す各高層建物１の位置情報から、当該方向性に属する高層建物１を順次抽出し（Ｓ１０）、カウンタにｙ＝１を設定し、当該高層建物１のエレベータ２への影響の有無を予測する（Ｓ１１〜Ｓ１３）。

すなわち、影響予測手段２３は、長周期震動の地震波レベルが予め定める影響レベルに達しているか、又は、高層建物１の固有振動数にほぼ等しいか、少なくとも後者の判断又は両方の判断を実施し、該当高層建物１におけるエレベータ１への影響の有無を予測する。そして、抽出された全ての高層建物１について影響の有無を調べる（Ｓ１４）。

因みに、長周期振動の周波数と高層建物１の固有振動数とが等しいと、共振現象が発生し、高層建物１の揺れが徐々に大きくなり、共振状態が発生する。従って、長周期振動のエレベータ2に対する影響を判断するためには、当該エレベータ２が設けられている高層建物１の固有振動数が正確な値であることが重要である。

なお、長周期振動の大きさ及び強さに応じて高層建物１の共振のタイミングが異なる。そして、高層建物１が共振現象を起こして大きく揺れると、その振動がエレベータのメインロープに伝播し、メインロープの始端とメインロープの終端であるかごとの間で振動が往来し、振幅及び周期が徐々に増大し、高層建物１の固有振動数に近付くとかごが大きく揺れる。

そこで、高層建物１のエレベータに対する長周期振動の影響の有無を予測した後、影響有りとされた全ての高層建物１のエレベータ制御装置７に対して、地震波が到達する前に運行制御指令を送信する（Ｓ１５〜Ｓ１８）。

地震監視制御装置３から運行制御指令を受けた各高層建物１のエレベータ制御装置７においては、地震監視制御装置３からの運行制御指令に基づき、運転モードが地震災害時の管制運転モードに切り替わり、かごを最適な階床まで移動させ、エレベータ利用者を降ろしてかごを当該階床で停止させ、地震波の到達を待つことになる。

さらに、この運行制御指令では、メインロープやその他のロープの固有振動数を考慮し、メインロープやその他のロープが高層建物１と共振しないようにかごの停止階床位置が決定される。

従って、以上のような実施の形態によれば、高層建物１が大きく揺れる長周期震動を予測し、かつ、地震波の移動方向から影響を受けるエレベータを有する高層建物１を特定し、地震波が高層建物１に到達する前に適切に運行制御指令を送信するので、かごの大きな揺れを未然に回避でき、またエレベータ利用者を速やかに最適な階床に降すことにより、エレベータ利用者がかご内に閉じ込めら、エレベータが復旧するまでかご内で待つという状態を改善できる。さらに、かごの停止階床位置がメインロープやその他のロープが共振しない位置とされるため、共振したメインロープやその他のロープが昇降路６内に設置されている機器に当たってその機器を破損させるという事故の発生を防止することができる。

１ 高層建物（建物）
２ エレベータ
３ 地震監視制御装置
７ エレベータ制御装置
１０ｂ クリープ量測定部
１０ｃ バネ定数検出部
１０ｄ 固有振動数算出部
１５ｃ 建物情報記憶領域（記憶部）
１５ｅ ロープ固有振動数情報記憶領域（記憶部）
２４ 制御指令通知手段

Claims (3)

1. 地震波情報に含まれる加速度信号を周波数分析して地震波の周波数を求め、求めた地震波の周波数を管理対象となる建物の固有振動数及び前記建物に付設されたエレベータのロープのかご位置に関連した固有振動数と比較し、この比較結果から前記建物及び前記ロープの長周期揺れの程度を演算予測し、この演算予測結果に応じて前記エレベータのエレベータ制御装置に対して運行制御指令を通知する制御指令通知手段と、
   前記建物の固有振動数と前記ロープの固有振動数とは適宜のタイミングで繰り返し計測され、最新に計測された固有振動数の値を記憶する記憶部と、
   前記エレベータに設けられ、メインロープのクリープ量を測定するクリープ量測定部と、測定したクリープ量から前記メインロープのバネ定数を検出するバネ定数検出部と、検出したバネ定数に基づいてかご位置に応じたメインロープの固有振動数を算出して前記記憶部に記憶させる固有振動数算出部と、
   を備えることを特徴とする地震監視制御システム。
2. 前記メインロープのクリープ量は、前記かごを所定階床間を定格速度で走行させた場合の、巻上機シーブの回転数情報から演算した前記かごの移動距離情報と実際の階床間距離との差から求められることを特徴とする請求項１記載の地震監視制御システム。
3. 前記記憶部は、前記建物の固有振動数が計測されるたびに計測された固有振動数を既存の固有振動数と置換すると共に、前記ロープの固有振動数が計測されるたびに計測された固有振動数を既存の固有振動数と置換することを特徴とする請求項１記載の地震監視制御システム。

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