Ausgabe 1/2008


01/01/08

Das Projekt 4,0 m/sec im Testturm

Zeit ist Geld – also war schon immer der Wunsch des Menschen sich auch mittels eines Aufzugs schnell zu bewegen. Und so werden alle Anstrengungen unternommen um die Aufzugskabine immer schneller und auch komfortabel von Etage zu Etage zu fahren.

Mit diesem Wunsch kam auch die Firma Böhnke+Partner von einem Besuch aus China zurück.
Die Fa. „Tongda“ mit dem Geschäftsführer Prof. Zhao, ist die Vertretung des Bergisch Gladbacher Unternehmens in China und arbeitet dort mit ausgesuchten Kunden zusammen.
Kategorie: Fachaufsaetze Ausgabe 1/2008
Erstellt von: Editor

Die Produkte sind seit Anfang 1999 in China im Einsatz und haben einige Standards neu gesetzt. So ist auch der Begriff „DCP“ bekannt geworden. Diese Möglichkeit, einen Umrichter über ein Protokoll zu führen wurde von dem Hersteller auf einem Symposium Mitte der 90“ erstmals vorgestellt. Mittlerweile ist dieser Vorteil bei vielen Umrichterherstellern der Standard. Nach den erfolgreichen Versionen DCP-01; DCP-02; DCP-03 hat sich das erweiterte Protokoll „DCP-04“ etabliert.

DCP-04: Auspacken – Einschalten – Aufzug läuft !
Insbesondere bei hohen Fahrgeschwindigkeiten und kurzen Etagenabständen ist ohne genauere Parametrierung kein optimales Fahrverhalten zu erzielen. Zudem geht der Branchentrend dahin, immer kürzere Installationszeiten zu erzielen. Aus den gewonnenen Erfahrungen lag es auf der Hand, diese Zielsetzung, mittels Wegvorgabe umzusetzen.
Also machte man sich bei Böhnke+Partner auf die Suche nach einer Art „Plug & Play“- Konzept, bei dem sich Steuerung und Umrichter selbst automatisch abgleichen. Unter Vorgabe weniger Daten (z. B. Fahrgeschwindigkeit, Etagenabstände etc.) sollte die Parametrierung an einer zentralen Stelle passieren – also kein lästiges Hin- und Herlaufen im Triebwerksraum, sondern eine Inbetriebnahme, die sich auf wenige Handgriffe beschränkt! Außerdem verfügen die Umrichter heute über einen automatischen Motorabgleich, sodass auch hier evtl. nur noch sehr wenige Daten angepasst werden müssen.
Das Protokoll kontrolliert den Datenkanal und den Kommunikationskanal zwischen dem Umrichter und der Steuerung. Über den Kommunikationskanal können alle Parameter und alle Informationen des Umrichters im Display der Steuerung gesehen und verändert werden. Weiterhin können alle Informationen des Umrichters transparent über „WinMOS 300“ (Datenfernübertragung) von der Steuerung aufbereitet werden und an eine Servicezentrale weitergeleitet werden.
Diese Funktionalität ist in enger Zusammenarbeit mit Dr. Holger König der Fa. Control Techniques in Hennef in den hauseigenen Umrichtern implementiert worden. DCP-04 ist nun „Der Standard“.
Die Vertretung „Tongda“ hat im September 2007, mit dem Kunden „Giant Kone“ in der Nähe von Shanghai, das Projekt 4,0 m/sec vorbereitet. Auf der interlift`07 in Augsburg konnte Böhnke+Partner ein Treffen zwischen „Tongda und Control Techniques“ organisieren. Dort bot sich die Gelegenheit mit Dr. Holger König die technischen Voraussetzungen anzusprechen. Für die Testinstallation wurde der Termin für Anfang Dezember 2007 beschlossen. Da im Testturm vor Ort schon ein System von Böhnke+Partner installiert wurde und Prof. Zhao mit den Steuerungen bestens vertraut ist, war die Vorbereitungsphase sehr kurz. Anfang Dez. 2007 besuchte Dr. Holger König die Vertretung seines Unternehmens in Shanghai und rüstete mit den dortigen Mitarbeitern die Testanlage erfolgreich auf DCP-04 um. Dr. König und Prof. Zhao Guojun werden die Hintergründe und die Inbetriebnahme im folgenden Abschnitt beschreiben.
DCP-04 – Technik zur Umrichteransteuerung auf Basis der absoluten Position der Aufzugskabine
DCP-04 ist eine Technik für die serielle Ansteuerung von Umrichtern auf der Basis der absoluten Position der Kabine und bietet eine ideale Lösung für moderne Aufzugssteuerungen. Diese Technik wurde bei den Aufzügen der Firma Giant Kone Elevator in der Provinz Zhejiang/ China perfekt umgesetzt, mit einem exzellenten Fahrverhalten und einem sehr guten Komfort. Die erfolgreiche Umsetzung der DCP-04-Technik wird sich positiv auf die Entwicklung der Geschwindigkeits- Steuerungs-Technik für Aufzüge in China auswirken. Die DCP-04 ist eine Double Feedbeck Control Technik. Durch das serielle DCP-04-Protokoll wird eine nahtlose Verbindung zwischen der Aufzugssteuerung und dem Umrichter geschaffen.
Die wesentlichen Komponenten in den Aufzügen von Giant Kone sind: das Steuerungssystem von Böhnke+Partner, der CT-Umrichter und die Permanent magnet- Synchron-Antriebsmaschine. Bei dem Steuerungssystem werden Absolutwertgeber zur Messung der Kabinenposition eingesetzt. Der Umrichter verwendet das Feedback der Motorgeschwindigkeit und der absoluten Kabinenposition. Damit wird das Double Feedbeck Control realisiert. Gemäß der Information des Steuerungssystems über die aktuelle Kabinenposition und der Feedback- Signale der Motorgeschwindigkeit ermittelt der Umrichter die Fahrkurve des Aufzugs und sendet alle notwendigen Informationen in Echtzeit an die Steuerung zurück. Anhand der vom Umrichter zurückgesandten Bremsrestweg-Informationen entscheidet die Steuerung über die nächste Haltestelle. Damit kann das bestehende Problem, dass der Aufzug bei der Steuerung mit Mehrgeschwindigkeiten nicht in Fahrtrichtung angehalten werden kann, sehr gut gelöst werden.
Eigenschaften von DCP-04:
  1. Die Schnittstelle zwischen Steuerung und Umrichter und die Einstellung sind ganz einfach. Man muss nur einige Parameter, wie z. B. DCP-04 und den Absolutwertgeber in der Steuerung aktivieren.
  2. Die Steuerung erfolgt auf der Basis der absoluten Kabinenposition. Bei DCP-04 werden AWG´s verwendet, um die Sicherheit, den Komfort und die Genauigkeit bei Bündigkeitsfahrten zu erhöhen.
  3. Die nahtlose Verbindung zwischen Steuerung und Umrichter wird damit realisiert. Beim DCP-04-Protokoll werden Informationen für die Steuerung des Betriebs und für die Kommunikation definiert. Deshalb kann über das Steuerungssystem der Umrichter bedient und parametriert werden. Über die Fernüberwachung „WinMOS“ des Steuerungssystems kann außerdem auch der Umrichter fern überwacht und parametriert werden.
  4. Bei DCP-04 wird das Restweg-Bremsweg- Steuerungsverfahren angewandt. Damit kann man das Problem des Anhaltens in Fahrtrichtung gut lösen.
DCP-04-Steuerung und Analog- Steuerung (Gegenüberstellung)
Im DCP-04 Protokoll werden zwei Arten von Informationen definiert:
  1. Betriebsdaten sind Informationen über den Betrieb des Aufzugs, wie im Steuerungssystem die Position der Aufzugskabine, der Restweg, das Fahrsignal, Störungsinformation sowie Informationen über den Betrieb des Umrichters, Bremsweg, Zustand des Umrichters und Störungsinformationen
  2. Kommunikationsdaten sind Informationen über die Bedienung der Bedieneinheit des Steuerungssystems und Informationen, die vom Umrichter zur Einstellung zum Display zurückgesendet werden. Durch die Übertragung der Kommunikationsinformationen kann die Parametrierung des Umrichters durch die Bedieneinheit des Steuerungssystems erfolgen. Damit werden die Steuerung und Umrichter optimal gekoppelt.
Im DCP-04-Protokoll wird die so genannte Restweg-Steuerungs-Methode verwendet. Diese Methode funktioniert folgendermaßen: Vor dem Start und in Fahrt überträgt das Steuerungssystem dynamisch den Weg zur nächsten Etage an den Umrichter. Gemäß des vom Steuerungssystem übertragenen Fahrwegs legt der Umrichter eine optimale Fahrkurve fest. Nun wird der Bremsweg in Echtzeit berechnet und an das Steuerungssystem zurückgeschickt. Ist der Restweg gleich Bremsweg, entscheidet die Steuerung sofort, ob an dieser Haltestelle angehalten werden soll oder nicht. Liegt keine Haltebedingung vor, wird der Restweg aktualisiert. So kann das Steuerungssystem den Aufzug selbst in der Beschleunigungsphase anhalten, sofern eine Anhaltebedingung vorliegt.
Somit ist das häufig in der Fachliteratur beschriebene call-cating/hight jacing Problem gelöst.
Bei den Steuerungssystemen chinesischer Hersteller wird die Analog-Steuerungsmethode verwendet. Diese basiert auf den AB-Phasenimpulsen des Motor-Inkrementalgebers, die vom Umrichter in Frequenzen ausgesendet werden. Mit der PWM-Methode wird die Fahrkurve simuliert, die über den Eingang des Umrichters für Analogwerte eingespeist wird. Dieses Verfahren ist zwar kostengünstig, hat aber auch viele Probleme und angeborene Nachteile.
  • Es ist allgemein bekannt, dass es zwischen Antriebsscheiben und Stahldrahtseilen ein Rutschproblem geben kann. Deshalb kann der Geberimpuls aus dem Motor nicht genau die tatsächliche Position der laufenden Aufzugskabine dokumentieren. Insbesondere bei alten Aufzügen ist dieses Problem sehr häufig. Um die genaue Position der Kabine zu wissen, müssen daher durch den Einbau von Türzonen-Schaltern im Schacht und die Korrektur der höchsten und der niedrigsten Etage die Bündigkeit und die tatsächliche Position der Kabine korrigiert werden. Dieses Verfahren mit den Inkrementalimpulsen führt unvermeidlich zu Problemen wie Fahrt zur falschen Etage und unregelmäßigem Verlauf der Fahrkurve.
  • Mit PWM-Verfahren die Analogwerte auszugeben hat zur Folge, dass die Qualität der Welle der Analogausgangssignale nicht gut ist. Während des Betriebs ist das Schütteln nicht zu vermeiden.
  • Mit Analogwerten werden die Aufzugsfahrsignale ausgegeben. Dies setzt voraus, dass relativ große Entprellzeiten im Umrichter eingestellt werden müssen. Das verschlechtert wiederum die Echtzeit-Reaktionseigenschaften des Umrichters. Der Komfort ist auch nicht mehr ideal.
  • Analogsignale werden leicht durch den Umrichter gestört. Deswegen können Schwingungen bei niedriger Fahrgeschwindigkeit leicht auftreten.
Auch in dieser Anwendung hat die DCP- 04-Technologie die Integration zwischen Steuerung und Umrichter bestätigt. Dies ist ein Durchbruch in der Aufzugstechnik und öffnet ein neues Zeitalter im Bereich der Aufzugssteuerung in China. Da DCP die Risiken und Schwächen der herkömmlichen Aufzugsgeschwindigkeits-Steuerungs- Technik auf der Basis der Impulse des Inkrementalgebers gründlich beseitig hat, wird der Aufzugsbetrieb noch sicherer und komfortabler. Mit der Verbreitung der DCP-Technologie wird man die Vorzüge bezüglich des Komforts und der Sicherheit immer mehr erkennen.
Zhejiang Giant Kone Elevator ist ein sehr innovatives Aufzugsunternehmen. Bereits in 1999 wurde bei Giant das Steuerungssystem von Böhnke + Partner eingeführt. Mittlerweile kann auf 9 Jahre Erfahrungen mit dem erfolgreichen Einsatz dieser Steuerungen zurückgeblickt werden. Unter der Leitung des Vorstandsvorsitzenden Qian Jiang mit seinem innovativen Bewusstsein bleibt Giant seit Jahren auf Erfolgskurs und gehört schon jetzt zu den erstklassigen Aufzugsmarken Chinas. Um stets dem Kunden das Beste anzubieten und die Führerschaft in Technologie, Qualität und Service zu erreichen, gab es in den letzten Wochen auch eine neue Zusammenarbeit zwischen Giant Kone Elevator und Böhnke + Partner. In den Aufzugsanlagen von Giant Kone wird die neueste Steuerungstechnik von Böhnke + Partner eingesetzt.
Unidrive SP Neuheiten auf der interlift 2007
1995 stellte Control Techniques mit dem Unidrive den ersten Universalumrichter vor, der für alle Motorenarten synchron oder asynchron mit oder ohne Geber eingesetzt werden kann. Auf dieser Basis wurde 1996 der erste universelle Aufzugsantrieb aufgebaut, der konsequent weiterentwickelt wurde.
Heute ist der Nachfolger Unidrive SP in der Aufzugstechnik weltweit vertreten, wie man auf der interlift 2007 sehen konnte. Dort konnte Control Techniques wieder durch Neuheiten auf sich aufmerksam machen:
  • Erster weggeregelter CANopen Lift Umrichter im Feld
  • Erster TÜV zertifi zierter Umrichter für den Betrieb ohne Hauptschütze
Das Projekt 4 m/sec im Testturm
Auf der interlift wurde wie bereits oben beschrieben das Projekt 4 m/sec im Testturm erstmalig mit Control Techniques besprochen. Schnell waren die technischen Fragen geklärt und unter Einbeziehung des anwesenden Leiters des Chinesischen Tochterunternehmens Mr. Tang Poi Toong eine optimale Unterstützung vor Ort organisiert.
Für diesen Aufzug wird ein getriebeloser 38 kW Servomotor in Aufhängung 2:1 eingesetzt, der für eine Nutzlast von 1500 kg bei 4 m/s ausgelegt ist. Die Installation des Unidrive SP war bereits von der Firma Giant Kone durchgeführt und durch die Kollegen der Control Techniques Vertretung in Shanghai überprüft worden. Nach Umstellung auf DCP-04 kann der Umrichter direkt über die Tastatur der Steuerung in Betrieb genommen werden. Der Umrichter erzeugt über DCP Fernparametrierung die Textanzeige im Steuerungsdisplay. Damit kann der Monteur alle Einstellungen zentral und mit der gewohnten Steuerung vornehmen. Mit dem Aufzugsmenü ist das besonders einfach, weil alle Parameter in der Reihenfolge der Inbetriebnahme angeordnet sind.
Da der Unidrive SP die Regelung selbsttätig auf den Motor abgleicht, sind nur wenige Einstellungen erforderlich. Nach der Selbsteinstellung wurden erste Testfahrten mit Inspektion durchgeführt. Sie dienen der Überprüfung der Fahreigenschaften und der eingestellten Wegskalierung. Diese Skalierung wird beim Unidrive SP durch das unterstützte I9-Protokoll der DCP-Kommunikation automatisch berechnet.
Auch im Timing sind keine Einstellungen mehr erforderlich, da Schütz und Bremse optimal durch den Umrichter gesteuert und diese Signale per DCP an die Steuerung übertragen und dort verwendet werden. Die hochdynamische Regelung erlaubt ein ruckfreies Öffnen der Bremse ohne „Roll Back“ sogar bei getriebelosen Servomotoren ohne Lastmessung.
Da bei DCP-04 der Abgleich der Verzögerungswege entfällt, konnten Etagenfahrten direkt, ohne weitere Einstellungen durchgeführt werden. Zuerst beginnt man langsam, also mit 1 m/s. Die Regelung funktionierte wie erwartet. Da bei DCP-04 die Fahrkurve im Unrichter automatisch angepasst wird, konnte der Aufzug allein durch Änderung der Fahrgeschwindigkeit im Umrichter auf 2 m/s umgestellt werden. Auch hier funktionierte alles einwandfrei, die mit dem PC-Pro Programm LiftSP mitgeschriebenen Fahrkurven zeigten die erwarteten Verläufe. Nun wurde direkt die derzeit maximal mögliche Fahrgeschwindigkeit von 3,5 m/sec eingestellt.
DCP-04 – der schnellste Weg zum höchsten Komfort
Durch DCP-04 war die Inbetriebnahme extrem schnell und der Aufzug nach 1 h fahrbereit. Nun wurden verschiedene Messungen des Fahrkomforts durchgeführt. Die folgende Abbildung zeigt neben einem optimalen Verlauf der Geschwindigkeit der Direkteinfahrt auch einen idealen und glatten Verlauf der Beschleunigung in Z- Richtung.
Die mit ISO- Filter bestimmten Werte von < 6 mg bestätigen das exzellente Fahrverhalten. Besonders beeindruckte die hochwertige Positionierung der DCP-04 Direkteinfahrt des Unidrive SP mit Abweichungen von der Bündigkeit von maximal 0,5 mm.
DCP-04 wurde auch wegen der Annahme von Zwischenrufen während der Fahrt (Hijack Mode) und der Fahrkurvenoptimierung gewählt. Diese verhindert ein Überfahren des Zieles bei kurzen Etagenabständen, bei denen die Sollgeschwindigkeit nicht erreicht wird. Da die Regelung des Unidrive SP eine Zieländerung während der Fahrt unter Einhaltung der Grenzwerte für Geschwindigkeit, Beschleunigung und Ruck immer zulässt, können beide Funktionen ideal gelöst und auch beim Betrieb des Aufzuges nachgewiesen werden.
Es bleibt spannend. Nach Umbau der Anlage und der Geschwindigkeitsüberwachung wird der Aufzug im Januar in gewohnt einfacher Weise auf 4 m/sec umgestellt.
BÖHNKE + PARTNER GmbH,  D-51429 Bergisch Gladbach
Control Techniques, D-53773 Hennef
Zhejiang Giant Kone Elevator Co. Ltd., Mr. Zhu Yu
Hangzhou Tongda Control System Co. Ltd.
1/2008

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