Yürüyen Merdiven Geleceği için Akıllı Hareket Kontrolü

Yeni teknolojiler, yeni bir yürüyen merdiven verimliliği standardı, enerji tasarrufu, güvenlik ve konfor vaat ediyor.

Christian-Erik Thoeny ve Ruan WeiMin tarafından

Bu bildiri şu adreste sunuldu:  Madrid 2016, Uluslararası Dikey Taşıma Teknolojileri Kongresi ve ilk olarak IAEE kitabında yayınlandı Asansör Teknolojisi 21, A. Lustig tarafından düzenlendi. Uluslararası Asansör Mühendisleri Birliği'nin izniyle yeniden basılmıştır.  (web sitesi: www.elevcon.com).

Yürüyen merdivenler, altyapının önemli bir tamamlayıcısıdır. Enerji tasarrufu için yürüyen merdivenlerin hızı azaltılır veya yoğun olmayan zamanlarda hareket durdurulur. Bu gibi durumlarda yürüyen merdiveni kullanmak isteyen yolcuların güvenilir bir şekilde tespiti aşikardır. Devrim niteliğindeki uçuş süresi (TOF) tabanlı sensör çözümü, temassız ve aşınmasız, giyilen giysilerden bağımsız olarak kişilerin güvenilir şekilde algılanmasını sağlar. Ayrıca, TOFstart sensörüne dayalı bir TOF teknolojisinin kullanılması, çapraz trafiğin ve hatta kalabalık izlemenin ele alınmasını sağlayarak verimliliği artırır ve tehlikeli durumları önler.

1. Giriş

Yürüyen merdivenler, insanların kitle hareketinde önemli bir rol oynamaktadır. Bu rol, şehirlerde ve aglomerasyonlarda devam eden kentleşme nedeniyle kamu binaları, alışveriş merkezleri ve ulaşım olanaklarının büyümesiyle sürekli artmaktadır.

20 yıllık bir süre içinde, kentsel/kır dengesi, şehirlerde yaşayan insanların %45'inden (1998) 55'de kentsel alanlarda yaşayanların %1'ine (Şekil 2018) temelden değişecek. Öngörülebilir gelecek.

Bu değişikliğin, enerji verimliliği, izleme, güvenlik, performans ve insan hareketinde yer alan her tür makinenin doğru kontrolü açısından önemli iyileştirmeler gerektirdiği açıktır. Bu, özellikle her gün çok sayıda insanı hareket ettiren yürüyen merdivenler için geçerlidir. Bu nedenle asansör ve yürüyen merdiven üreticileri Ar-Ge'ye önemli yatırımlar yapıyor.

Sensörler, her kontrol işlevi için her yerde hazır bulunan ön koşul ve bilgi temelidir. Bir yandan makine sayısı sürekli artıyor, diğer yandan bu tür makinelerin performansının da önemli ölçüde iyileştirilmesi gerekiyor. Sonuç olarak, sensörlere olan talep, sektördeki diğer bileşenlerin çoğundan daha hızlı büyüyor.

 Mekanikten radar türlerine kadar her şeyi kapsayan toplam sensör pazarı, yakında 200 milyar Euro (213.5 milyar ABD Doları) büyüklüğe ulaşacak.

Bu pazardaki optoelektronik tabanlı sensörlerdeki büyüme orantısız. 2006'da yaklaşık %25'ini işgal etti; 2016'da bu rakam %30'dan fazlaydı.

Optik tabanlı sensörlerin büyümesinde önemli bir itici güç, kesinlikle önemli ölçüde artan zeka seviyesidir. Diğer yöntemlerin aksine bu sensörler çok eksenli veri sağlar. Bu, makinelerin akıllı kontrolü ve izlenmesi için çok daha fazla (yoğunlaştırılmış) bilgiyi kapsar.

Yürüyen merdivenler, ister tekli kurulumlar ister birleşik çok seviyeli kümeler olsun (Şekil 3), birçok kontrol ve izleme işlevi içerir.

Yürüyen merdiven kontrolünün zekası en son teknolojiye sahip olduğunda, son kullanıcı çok fazla enerji tasarrufu yapabilir ve insan hareketi makinelerinden en büyük faydaları elde edebilir.

CEDES, büyük bir yürüyen merdiven tedarikçisiyle birlikte, başka bir verimlilik ve enerji tasarrufu düzeyi sağlayan yeni nesil kontroller geliştirdi.

2. Yürüyen Merdiven Başlatma ve Durdurma Sensörü TOF/EsPDS

En son teknoloji ürünü yürüyen merdiven, mümkün olan en yüksek verimi üreten bir performans sağlarken, en az miktarda enerji kullanılacak şekilde başlatılmalı ve durdurulmalıdır. Bu da ancak akıllı sensörler tarafından sağlanan yeterli ve akıllı verilerle yapılabilir. CEDES'in kompakt, yıkıcı TOF çok eksenli sensörü TOF/EsPDS (Şekil 4), gerekli kare hızında bu tür bir zeka sağlar.

TOF/EsPDS sensörü, bir nesne tarafından yansıtılan modüle edilmiş yakın kızılötesi ışık (850 veya 940 nm dalga boyu) yayar. Nesne ya bir insan ya da sabit bir direk ya da ray olabilir. Sadece tek bir kiriş değil, tanımlanmış bir alanı kaplayan çok sayıda kiriş olduğu için akıllı bir hesaplama yapılabilir. Gerçekte, yürüyen merdivenin önüne tanımlanmış bir şekilde “sanal bir halı” serilir.

Sensör (Şekil 5) kompakttır (52 X 44 X 34 mm) ve yürüyen merdiven üzerindeki her uygun montaj yerine uyar. Algılama alanı çok yönlüdür ve yolcu trafiğini yeterince idare etmek için gereken alanı kaplayacak kadar büyüktür.

2.1. TOF/EsPDS Başlatma İşlevi

TOF/EsPDS, yürüyen merdivene yaklaşan yolcuları algılar. Enerji tasarruflu uyku yürüyen merdivenini çalıştırır ve gemiye rahat ve güvenli bir şekilde adım atmaları için zamanında hızlandırır. Belirli bir süre sonra yürüyen merdiven tekrar uyku moduna geçer.

Raylar ve direkler gibi sabit engeller, kalibrasyon işleminde kolayca silinebilir. Aktif alan (Şekil 6) böylece açıkça tanımlanır ve işlev bununla sınırlıdır.

Çok eksenli veri hacmi nedeniyle, başlatma işlevi yalnızca bir başlatma ve durdurma sağlamaktan daha akıllıdır. Çapraz trafik (yürüyen merdiveni sürekli olarak tetikleyen insanlar) yürüyen merdivenin verimini büyük ölçüde düşürür. TOF/EsPDS insanların yürüme vektörünü algılayabiliyor, yani potansiyel yürüyen merdiven yolcusunun üzerine basmak isteyip istemediğini “görebiliyor”. Büyü? Hayır, sensör, yürüyen kişinin dinamik konumunu ve dolayısıyla yönünü algılamak için birçok ışın kullanır (Şekil 7).

Aktif alanlar (Şekil 7) tanımlanmıştır ve bazıları kurulumdan sonra ayarlanabilir ve maksimum esneklik sağlar.

2.2. TOF/EsPDS Kalabalık İzleme ve Durdurma İşlevi

Yürüyen merdivenden bagajınızla yeni ayrıldığınız, ancak trafiği sıkan bir insan kalabalığının içinde sıkışıp kaldığınız hiç tehlikeli bir durumda bulundunuz mu? Yürüyen merdiven durmuyor ve bavulları ve kayak gibi spor malzemeleriyle giderek daha fazla insanı taşımaya devam ediyor. Hiç kimsenin acil durum düğmesine basmadığını veya bunun için çok geç olduğunu hayal edin. Bu reçelde küçük çocuklara neler olabileceğini bir düşünün.

Yürüyen merdivenin ucuna monte edilen aynı sensör (Şekil 8), kalabalığın artık hareket etmediğini algılar ve güvenli bir şekilde yavaşlar ve yürüyen merdiveni zamanında durdurur. Bu, kimsenin yaralanmamasını veya rahatsız bir şekilde itilmemesini sağlar. Bu işlev, yürüyen merdivenin güvenliğini ve konforunu artırır.

Nesneler yürüyen merdivenden normal bir şekilde uzaklaşırsa, çıkış tetiklenmeyecektir.

Algılama alanındaki insan sayısı artarsa ​​ve insan akışı yavaşlarsa (tıkanıklık), tanımlı bir çıktı tetiklenir (darbeli).

 Yürüyen merdivenin kendisinde bir yavaşlamayı tetikleyen trafiğin yavaşlaması bile tespit edilebilir.

Yeni TOF teknolojisi ve TOF/EsPDS'nin sisteme entegre edilme şekli benzersiz bir kompaktlık düzeyi sağlar. Sınırlı sayıda bileşenin temeli olan görüntüleyici çipine birçok işlevsellik entegre edilmiştir. Bu, son derece akıllı işlevselliği göz önüne alındığında, sistemin maliyetinin karşılaştırmalı olarak çok düşük olduğu anlamına gelir.

Artan işlevsellik gerçekleştirmek için bir kapsam vardır. Bu tür çok ışınlı sensörler, yürüyen merdivenin boş olup olmadığını tespit etmek için de kullanılabilir ve sistemi güvenli ve çok daha erken uyku moduna gönderir. Enerji verimliliği yeniden artırıldı. Ayrıca, bu tür sensörler kullanılarak ek önleyici bakım ve güvenlik işlevleri entegre edilebilir. Yürüyen merdiven basamakları eksik olduğunda ciddi kazalar olabilir. Bu tür sensör sistemleri, bu potansiyel olarak ölümcül durumları tespit edebilir.

Sonuç olarak, bu tür yeni teknolojiler yürüyen merdivenlere yeni bir verimlilik, enerji tasarrufu, güvenlik ve konfor standardı getiriyor.

2.3. TOF/EsPDS Çocuk Algılama

Bölüm 2.2'de belirtildiği gibi, kalabalık algılamayı gerçekleştirmek için yürüyen merdivenin çıkış ucuna bir TOF/EsPDS sensörü kurulur. Çıkış ucunda, el kemeri yürüyen merdivenin ana yapısına girer. Bu alanda çocukların oynaması (Şekil 9) parmakların ve ellerin hareketli el kemeri ve yürüyen merdiven yapısı arasında sıkışması açısından önemli bir tehlike oluşturmaktadır.

TOF/EsPDS, algılama alanındaki her piksel için mesafe bilgisini hesaplar. Sensörün çok yakınında oynayan çocuklar (yürüyen merdiven yapısına el kemeri girişinin de bulunduğu yer) algılanabilir ve ilgili çıkış tetiklenebilir. Bu çıkış kullanılarak, yürüyen merdiven hareketinin sesli uyarısı, yavaşlaması ve/veya durdurulması gerçekleştirilebilir.

3. Yürüyen Merdiven Güvenli Kapalı Döngü Kontrolü

3.1. Standartların Gereksinimleri

EN 115-1: 2008 + A1: 2010 ve GB 16899-2011'e göre, yürüyen merdivenler, aşırı hız ve seyahat yönünün istenmeden tersine çevrilmesi için elektrikli güvenlik cihazları/fonksiyonları ile tasarlanmalıdır. Durma (hız kaybı) veya ters çalışma izleme, sürüş cihazı motoru ve redüksiyon dişli kutusu aniden güç kaybettiğinde, tahrik zinciri kırıldığında/yerinden çıktığında veya üzerinde yolcuların neden olduğu yerçekimi altında yürüyen merdiven hızlanmada kayarsa meydana gelebilir.

3.2. Tahrik Mili Kontrolü

Kapalı döngü kontrolü için nihai güvenilirlik, sensörün konum okumalarının doğrudan tahrik zincirine bağlı form kilitlemeli zincir çarkında olmasıdır. Hiçbir şanzıman kaymasının sonuç üzerinde bir etkisi yoktur ve kontrol edilen değişken, kapalı çevrim kontrolü için doğrudan çalıştırma değişkeni olarak kullanılır.

Yukarıda bahsedilen problemlerin çözümü için ana dingil veya basamaklar üzerinde hız ve yön izleme tasarımı yapılmalıdır. Ancak ana aksın büyük eksenel titreşimi, bir kodlayıcının kurulumunu imkansız hale getirir. Bu nedenle yürüyen merdivenlerin ana aksı/basamaklarında hız ve yön izleme sağlamak için EsAPS ürününe ihtiyaç duyulmaktadır (Şekil 10).

EsAPS yürüyen merdivenin ana aksına monte edilen kod bandının resmini çeker, görüntüyü analiz eder, mutlak konum ve hızı belirler ve değerleri CAN üzerinden yürüyen merdiven kontrolüne gönderir (Şekil 11). Hız, zaman içinde birkaç konumun filtrelenmesiyle belirlenir.

3.3. Pozisyonun Kodlanması

2B kod 30 kare alandan oluşur. Alanlar 10 sütun ve üç sıra halinde düzenlenmiştir. En dıştaki sütunlar tanımlayıcı alanlar olarak kullanılır ve aradaki sütunlar (Şekil 12'de mavi ile işaretlenmiştir) konum verilerini içerir. Tanımlayıcı alanlar, birçok bitişik 2B koddan tek bir 2B kodu bulmak ve ayrıca birden çok bitişik 2B kodu ayırt etmek için kullanılır.

Veri alanındaki 24 veri alanı, temel bilgileri, yani konum kodunu tutar. EsAPS kod bandı maksimum uzunluğu 765 mm ve bir kod alanı 3 mm uzunluğunda olduğundan 255 pozisyon koduna ihtiyaç vardır. Bu nedenle, bir konum kodu, bilgiyi taşımak için en az sekiz kod alanından (bit) oluşmalıdır. Bir veri alanı 24 alandan oluştuğundan, sağlamlığı artırmak için konum kodu kod alanına üç kez sığabilir (Şekil 12).

Sensör, her 5 ms'de bir kod bandının resmini çeker. Bir resim, sensörün kod bandına olan mesafesine bağlı olarak altı ila sekiz sıra yakalar. Sonuç olarak, her sensör resminde eksiksiz bir kod alanının bulunması sağlanır. Konum kodu çözüldüğünde, birim olarak milimetre almak için üç ile çarpılır.

Bundan sonra, sensör resmindeki kod alanının ofseti değerlendirilir ve buna eklenir, ardından elde edilen milimetre konumundan çıkarılır. Değer daha sonra 0.5 mm çözünürlükte sonraki işlem birimine iletilir.

4. Özet ve Sonuç

Yıllarca süren maliyet düşürme ve ölçek etkilerinin gerçekleştirilmesinin ardından, gerçekten önemli altyapı parçaları olan yürüyen merdivenlerin daha akıllı hale geldiği açıktır. Hedefler, açıkça, enerji tasarrufu sağlamak ve kazaları önlemektir. TOF/EsPDS'nin uygulanması, gerçekten ihtiyaç duyulduğunda yürüyen merdivenin tam hızda çalıştırılmasına yardımcı olur, ancak aynı zamanda yolcuların merdivenlere ulaştığında yürüyen merdivenin tam hızda çalışmasını sağlamak için yolcuların yeterince erken tespit edilmesini sağlar. TOF/EsPDS, algılanan alanın mesafe bilgisine yüksek bir kare hızında sahip olduğundan, tıkanıklık algılama, yön hassasiyeti veya el kemeri girişine yakın oynayan çocukların tespiti gibi ek işlevler gerçekleştirilebilir.

Yürüyen merdivenlerin hızını ve hareket yönünü tam olarak en ideal olduğu yerde, yani ana aksta ölçmek için bir EsAPS kullanılabilir.

Bu, EsPDS'nin temassız ölçüm prensibi sayesinde etkinleştirilebilir ve enkoderleri bu konumda kurarken ortaya çıkan problemlerden kaçınır. Zincir çarkının kaymasının veya frenlenmesinin diğer etkilerinin artık bir etkisi yoktur.

Bu nedenle, hem TOF/EsPDS hem de EsAPS, yürüyen merdiven yolcuları ve montajcıları için güvenlik ve konforu büyük ölçüde artırır.

Christian-Erik Thoeny'den Teşekkür

CEDES'te çalışmak ekip çalışması açısından harikadır. Bu nedenle, optik tabanlı sensörlerde çok fazla bilgi birikimini bir araya getiren CEDES'in kurucusu Beat DeCoi'den muazzam bir destek ve ilham aldım. Bu endüstriyi yeni sınırlara götürüyor ve endüstrileşmiş TOF yarı iletken teknolojileri ve sensör bileşenleri açısından dünyayı değiştirdi. CEDES'in yönetim ekibi, TOF teknolojisinin asansörler, yürüyen merdivenler, kapılar, kapılar, robotik ve depo yönetimi alanında birçok uygulamaya dönüştürülmesini sağlar. Eşim Luzia'ya, CEDES'in yönetim ekibi üyelerine, Ruan WeiMin'e ve ekibi destekleyen tüm müşterilere ve sürekli olarak olağanüstü sonuçlar elde ettiğime çok teşekkürler.

Referanslar
[1] INTECHNO CONSULTING Basel (2012); Dünya Raporu Sensör Piyasaları 2016.
[2] SCHINDLER; Frankie Schmid (2014): Geleceğe Bir Bakış 2014.
[3] CEDES (2015); çeşitli teknik belgeler ve broşürler.
[4] SHANGHAI MITSUBUSHI ELECTRIC CORP. (2015): teknik özellikler.