Asansör Sempozyumu 25-27 Eylül 2014 // İzmir 263 DOĞRUDAN KATA ERİŞİM ÖZELLİKLİ ASANSÖR POZİSYON KONTROLÜ VE UYGULAMALARI Altan Demir 1, Erhan Ongun 2 1,2 Mikosis Elektronik 1 altan@mikosis.com, 2 erhan@mikosis.com ÖZET Günümüzde kullanılmakta olan standart kademesiz hızlı asansör kontrol sistemi ile sağlanan katta duruş hassasiyeti, konforu ve daha birçok özellik doğrudan kata erişim özellikli pozisyon kontrolü sayesinde daha üst bir seviyeye çıkarılmakta, özellikle yüksek katlı ve yoğun trafikli binalarda dikkat çekici avantajlar, üstünlükler ve performans sağlanmaktadır. Nominal seyir hızı ve hedef kata olan seyir mesafesine göre üretilen ve seyir süresince kontrol edilen pozisyon S-eğrisi ile pozisyon hatası sıfır yapılır, katta duruş hassasiyeti sağlanır ve katta duruş süresi kısaltılır. Bu çalışmada, doğrudan kata erişim özellikli asansör pozisyon kontrolünün asansör hızlanma-yavaşlama davranışları üzerindeki etkisi hız-zaman ve pozisyon-zaman eğrileri üzerinde incelenmiştir. Çalışma neticesinde görüldüğü üzere, doğrudan kata erişim özellikli asansör pozisyon kontrolü (EPC) ile katta duruş süresi azaltılırken son derece hassas ve konforlu duruş sağlanmaktadır. 1.GİRİŞ Asansör kabininin istenilen katlar arasında seyahati ve kabinin hedef katın kilit açılma bölgesinde duruşunu yapabilmesi için kabinin kuyu içinde bulunduğu pozisyonun kesin olarak tespit edilmesi ve kontrol sistemine doğru olarak iletilmesi gerekmektedir. Seyir hızına göre farklı pozisyonlama sistemleri kullanılabilmekte ve kullanılan pozisyonlama sistemine göre kabinin kat seviyesindeki duruş hassasiyeti değişebilmektedir. Örnek verecek olursak; tek hızlı bir tahrik sisteminde, pozisyonlama için sadece kabinin bulunduğu kat bilgisi yeterli olurken, çift hızlı tahrik sistemlerinde, düşük hızda katta duruşunu gerçekleştirmek için ilaveten bir kat seviyesi bilgisi daha gerekmektedir. Tahrik sisteminin türüne göre de hız geçişleri esnasındaki konfor ve seyir eğrisi farklı yollarla sağlanmaktadır. Tek hızlı ve çift hızlı elektrik-tahrikli bir asansörde konfor motor miline takılı volanın ataleti yardımı ile hidrolik-tahrikli sistemlerde ise hidrolik sıvının akışının pompa, valfler kontrolü ve piston değerleri ile sağlanmaktadır. Bu sistemlerde seyir hızı, konfor gereksinimleri ve beklentileri, kuyu pozisyon algılayıcılarının kat sayısı ile orantılı artan sayısı ve fiziksel koşullar nedeni genelde 1.0 [m/s] de sınırlanmaktadır. Seyir hızı arttıkça tahrik sistemini değişken-gerilim değişken-frekans (VVVF) hız kontrol cihazları ile sürmek gerekmektedir. VVVF tahrikli sistemde 1.0 [m/s] den daha yüksek seyir hızlarında ise komşu kat seyirlerinde konfor gereksinimleri ile farklı bir seyir ara hız kullanılmakta, aynı zamanda kullanılan farklı seyir hızları farklı pozisyon bilgileri gerektirmektedir. Asansörün kurulu olduğu binada katlar arası mesafe tüm katlar için eşitse, tek katlık seyir için ayrı bir hız, iki katlık seyir için ayrı bir hız ve gerekirse üç katlık seyir için ayrı bir hız tanımlaması yapılabilir. Ayrıca kullanılan VVVF sürücünün asansöre özel olması gibi durumlarda ilaveten; bakım hızı, geri-alma hızı, seviyeleme hızı, sıfırlama hızı, acil durum kurtarma hızı, kuyu öğrenme hızı da tanımlanabilecek diğer hızlar olmaktadır. Ancak katlar arası mesafelerin eşit olmadığı ya da iki bağımsız binanın birleşim yerlerinde tesis edilen ve iki binanın aynı katları arasında kod farkı bulunması durumunda pozisyon kontrolü daha karmaşık bir hale gelmekte çözümü ise daha gelişmiş çözümler kullanılmasını gerektirmektedir. Gelişmiş pozisyon kontrolünde, sektörde bilindik adıyla kuyu kopyalama sistemi çözümünde, asansör kabininin kuyu içindeki pozisyonu hassas ve yüksek çözünürlüklü pozisyonlama sistemleri ile sağlanabilmektedir. Kullanılan yöntemlere örnek verecek olursak;
Asansör Sempozyumu 25-27 Eylül 2014 // İzmir 264 1. Kuyu boyunca gerili bir manyetik veya optik olarak kodlanmış bir şerit ve bunun kabin üzerine yerleştirilmiş manyetik veya optik okuyucusu, 2. Kuyu boyunca gerilmiş bir kayışa monte edilmiş bir enkoder, 3. Hız regülatörüne monte edilmiş bir enkoder, 4. Tahrik motoruna monte edilmiş bir enkoder olabilir. Bu yöntemlerin birbirlerine kıyasla avantaj ve dezavantajları olabilmektedir. Sektörümüzde kullanılan VVVF sürücü kontrollü kapalı çevrim tahrik sistemlerinde yaygın olarak kullanılan monostabil şalterle kat sayıcı sistemlere hiçbir ilave maliyet gerektirmeyen ve bilindik yöntemlere benzerliği ve kolay uygulaması dolayısıyla tahrik motoruna monte edilmiş enkoder ile pozisyon kontrolünü sistemlerimizde kullanmaktayız. Bu sistemin dezavantajı ise pozisyon kontrolü motor miline bağlı enkoder üzerinden yapılması dolayısıyla aynı mile mekanik bağlı tahrik kasnağı ve kabine mekanik bağlı halat arasında seyir sırasında özellikle hızlanma ve yavaşlama esnasında kaymalar oluşmaktadır. Kayma, kat seviyelerinde yerleştirilmiş mıknatıslar ve kabine yerleştirilmiş bunların manyetik sensörleri yardımı düzeltilebilmektedir. Kullanılan yüksek çözünürlüklü pozisyon kontrol sistemleri sayesinde mevcut seyir hızına uygun yavaşlama noktası hassas olarak bilinebilmektedir. Kabinin mevcut pozisyonuyla hedef pozisyon arasındaki seyir mesafesinin, kabin içindeki yükün değerinin ve kabin yönünün değişken olması dolayısıyla seçilecek seyir hızı ve motorun yerçekimine karşı yaptığı işi ve yönünü değiştirmekte bu da kabinin yüksek hızlarda hassas pozisyonlamasında aşılması gerekli zorluklar olmaktadır. Bazı kuyu kopyalama sistemlerinin uygulamasında, hareket öncesi asansörün yapacağı seyir mesafesi veya kat sayısına göre uygun bir ön tanımlı hız seyir hızı olarak seçilir ve hareket bu seyir hızı ile başlar. Asansörün mevcut seyir hızına göre yavaşlama noktasından bir miktar önce seyir hızından çok daha düşük olan yanaşma hızına düşürülür. Seyir hızının yanaşma hızına düşmesi ve kat seviyesinde mevcut mıknatısların sensörler tarafından algılanması ile tekrar sıfır hıza düşürülmesi ile gerekli hassas duruş seviyesi elde edilebilmektedir. Bu yöntem birçok uygulama için yeterli konforu ve gerekli hassas duruş seviyesini sağlamaktadır. Kat seviyelerinin birbirinden çok farklı olduğu veya kat seviyelerinin çok düşük olduğu (örneğin 10 [cm] gibi) durumlarda ön tanımlı hızları kullanmak uygun olmamakta ve ayrıca ön tanımlı hızların ve seyir ivmelerinin değiştirilmesi kuyu öğrenmesi fonksiyonun tekrarını gerektirebilmektedir. Ayrıca seyir eğrisinden görüleceği üzere yanaşma hızında alınan mesafe dolayısıyla yavaşlamalarda seyir süresinde bir miktar zaman kaybı meydana gelmektedir. Tüm bu dezavantajların giderildiği sistem olan Doğrudan Kata Erişim özellikli kuyu kopyalama sisteminde ise; hareket öncesi asansörün yapacağı seyir mesafesine uygun yüksek hızdan doğrudan kata erişimli seyir eğrisi (S-eğrisi) kabinin maksimum hızı, hızlanma ve yavaşlama ivmeleri gibi ön tanımlı değerlerle hesaplanır. Seyir eğrisinde hesaplanan maksimum seyir hızı tam değerinde seçilir ve hareket bu hesaplanmış hız ile başlar. Bir başka değişle, kabinin seyir hızı; seyir mesafesi, ön tanımlı olan kabin maksimum hızı ve ivme değerleriyle hesaplanır ve sıfır ile kabin maksimum hızı arasında herhangi bir değerdir [1-3]. Benzer sistemlere göre; asansörün konforu seyir mesafesinden bağımsızdır. Aynı ivme değerlerinde hız kademelendirilmediği için daha konforlu seyir sağlar. Artırılmış ivmeler ile seyir süresi hiçbir kayıp olmaksızın daha kısadır. Yoğun trafiği olan binalar için aynı zamanda daha fazla yolcu taşıma imkânı sağlar. Ön tanımlı seyir hızının ve ivme değerlerinin değiştirilmesi sadece seyir konforunu değiştirir kesinlikle katlarda hassas duruşu etkilemez. Kurulumu ve ayarlaması kolaydır.
Asansör Sempozyumu 25-27 Eylül 2014 // İzmir 265 2.DENEYSEL ÇALIŞMALAR Doğrudan Kata Erişimli Asansör Pozisyon (EPC) sistemini incelemek ve analiz etmek için test ve ölçümler yapılmıştır. Test ve ölçümlerde Mikosis şirket binasında mevcut insan asansörü kullanılmıştır. Asansörün özet teknik özellikleri Tablo.1 de verilmiştir. Tablo.1 Asansör Teknik Özellikleri. Taşıma Kapasitesi 630 [kg] Kontrol Sistemi Mikosis G2 Kat/Durak Sayısı zemin + 3 kat Tahrik Sistemi SMPM Seyir Mesafesi 11.2 [m] Güç 8.5 [kw] Seyir Hızı 1.4 [m/s] Tork 285 [Nm] Test ve ölçümlerde Henning Lift Diagnosis ivme sensörü kullanılmıştır (Şekil.1). Seyir esnasında 1 [ms] zaman aralıkları ile alınan ivmelenme bilgisi ile ivme-zaman, hız-zaman ve pozisyon-zaman grafikleri çizilmiştir. İvmelenme ölçümleri, EPC ve standart VVVF kontrol sistemleri için ayrı ayrı yapılmış ve grafikleri üzerinden analiz edilmiştir. Şekil 1. Henning Lift Diagnosis ivme sensörü (www.henning-gmbh.de). Şekil.2 de doğrudan kata erişimli olmayan kontrol sistemine ait hız-zaman eğrisi görülmektedir. max =1.4 m/s Şekil 2. Doğrudan kata erişimli olmayan kontrol sistemine ait hız-zaman grafiği. Kabin nominal seyir hızı=1.4 [m/s], seyir mesafesi=11.2 [m], gerçekleşen seyir süresi=13.827 [s].
Asansör Sempozyumu 25-27 Eylül 2014 // İzmir 266 Şekil.3 de doğrudan kata erişimli EPC sistemine ait hız-zaman eğrisi görülmektedir. max =1.4 m/s Şekil 3. Doğrudan kata erişimli EPC sistemine ait hız-zaman grafiği. Kabin nominal seyir hızı=1.4 [m/s], seyir mesafesi=11.2 [m], gerçekleşen seyir süresi=11.208 [s]. Şekil.2 ve Şekil.3 de verilen hız-zaman grafikleri incelendiğinde, aynı seyir mesafesinde (hızzaman grafiğin altında kalan alan seyir mesafesini vermektedir) iki farklı kontrol sistemi ile yapılan ölçümler neticesinde gerçekleşen seyir süreleri arasındaki süre fark; T = 13.827-11.208 = 2.619 [s]. Şekil.4 te doğrudan kata erişimli olmayan ve doğrudan kata erişimli asansör kontrol sistemlerine ait hız-zaman eğrileri aynı zaman ekseninde verilmiştir. Doğrudan kata erişimli EPC uygulamasında seyir süresinin yaklaşık 2.619 [s] daha kısa gerçekleştiği görülmektedir. max =1.4 m/s doğrudan kata erişimli olmayan asansör kontrol sistemi doğrudan kata erişimli asansör pozisyon kontrol (EPC) sistemi kademeli hız geçişi T = 2,619 s Şekil 4. Doğrudan kata erişimli olmayan ve doğrudan kata erişimli asansör kontrol sistemlerine ait hız-zaman eğrileri aynı zaman ekseninde verilmiştir. Aynı seyir mesafesindeki seyir süresi farkı T2.619 [s]. Şekil.5 te doğrudan kata erişimli asansör pozisyon kontrol sisteminde çalıştırılan asansörün yolzaman ve hız-zaman eğrileri verilmiştir. Şekil.5(a) da kabin nominal seyir hızı 1.6 [m/s], Şekil.5(b) de kabin nominal seyir hızı 2.5 [m/s] dir.
Asansör Sempozyumu 25-27 Eylül 2014 // İzmir 267 (a) Doğrudan Kata Erişimli Asansör Pozisyon Kontrol Sistemi (EPC) Doğrudan Kata Erişimli Asansör Pozisyon Kontrol Sistemi (EPC) (b) max =2.5 [m/s] max =1.6 [m/s] 11.2 m 11.2 m Seyir Mesafesi [m] Seyir Mesafesi [m] 0 0 Şekil 5. Doğrudan kata erişimli asansör pozisyon kontrol sisteminde yol-zaman ve hız-zaman eğrileri: (a) nominal seyir hızı 1.6 [m/s], (b) nominal seyir hızı 2.5 [m/s]. Şekil.6 da doğrudan kata erişim özellikli asansör pozisyon kontrol (EPC) sistemi kullanılarak, 1.4 [m/s], 1.6 [m/s], 2.5 [m/s] ve 2.8 [m/s] nominal seyir hızlarında gerçekleşen hız-zaman eğrileri aynı zaman ekseninde birlikte verilmiştir. Doğrudan Kata Erişimli Asansör Pozisyon Kontrol Sistemi (EPC) 3,0 2,8 2,6 2,4 2,2 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 2.8 [m/s] 2.5 [m/s] zaman [s] 1.6 [m/s] 1.4 [m/s] Şekil.6 Doğrudan kata erişimli asansör pozisyon kontrolü (EPC) ile alınan hız-zaman eğrileri. Nominal seyir hızları 1.4 [m/s], 1.6 [m/s], 2.5 [m/s] ve 2.8 [m/s], seyir mesafesi=11.2 [m].
Asansör Sempozyumu 25-27 Eylül 2014 // İzmir 268 3. SONUÇ Doğrudan kata erişim özellikli asansör pozisyon kontrol (EPC) sistemi ile yapılan test, ölçüm ve gözlemler neticesinde tespit edilen sonuçlar şunlardır; Katta duruş esnasında, kat seviyesinde sürüklenme veya katta ani duruş olmamaktadır, Katlarda duruş öncesi kademeli hız geçişi ortadan kalkmaktadır, Katta duruş süresi azaltılırken (2.619 saniye), son derece hassas ve konforlu duruş sağlanmaktadır. Böylece; Yüksek katlı ve yoğun kullanımın olduğu binalarda önemli ölçüde zaman kazanımı sağlanacak ve yolcu taşıma trafiği optimum düzeyde kontrol edilebilecektir, Asansörün işletim performansı ve hizmet verimi artacaktır, Seyir sürelerinin optimizasyonu sayesinde; asansörlerin günlük, haftalık, aylık ve yıllık toplam işletme giderleri de önemli ölçüde azalacaktır (özellikle yüksek kat ve yoğun trafikli binalarda). Deneysel test ve ölçümlerden görüldüğü üzere, doğrudan kata erişim özellikli asansör pozisyon kontrolü (EPC) ile katta duruş süresi azaltılırken son derece hassas ve konforlu duruş sağlanmaktadır. Klasik kontrol sistemlerinde katta duruş esnasında karşılaşılan sürüklenme ve ani duruş problemi ortadan kalkmaktadır. Hızlanma ve yavaşlama eğrileri, hedef kata olan seyir mesafesine ve kabin nominal hız değerine göre sürekli kontrol edilmekte ve en uygun pozisyon S-eğrisi kolayca elde edilebilmektedir. ARGE ekibimiz tarafından, S-eğrisi kontrol algoritması üzerinde çalışmalarımız devam etmektedir. KAYNAKLAR [1] Kei, T.W., Mang, V., and Un, C.S. Design of S-curve Direct Landing Position Control System for Elevator Using Microcontroller, Proceedings of the World Congress on Engineering and Computer Science, October 24-26, 2012, San Francisco, USA, Vol II. [2] Q.Hu, Q.Guo, D.Yu, and J.Lili A Novel Adaptive Control of Elevator Motion System, Proceedings of the 6th World Congress on Intelligent Control and Automation, June 21-23, 2006, Dalian, China, pp.2007-2010. [3] Ryu, H.M., and Sul, S.K. Position Control for Direct Landing of Elevator using Timebased Position Pattern Generation, IEEE, pp.644-649 (2002).