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엘리베이터군관리시스템변천
2012년 8월 7일 (화) 22:33:37 |   지면 발행 ( 2012년 7월호 - 전체 보기 )



엘리베이터는 빌딩 내에서 사람이 상하 이동하는 데 빠질 수 없는 교통 기관으로, 빌딩 고층화, 장벽을 없애는 배리어 프리Barrier Free가추진되면서 그 중요성이 점차 증가하고 있다. 엘리베이터 군群관리 시스템은 여러 대의 엘리베이터를 효율적으로 운용하기 위해 승객이타는 밀폐 공간인 카Car의 동작을 적절히 조절하는 시스템이다. 예전부터 많은 연구가 있었으며, 최근엔 운행 효율 향상뿐 아니라 에너지절약이나 기존 상하 방향 버튼 외 조작 시스템, 승강로 하나에 여러 엘리베이터가 주행하는 원 샤프트 멀티 카 시스템 등을 대상으로 시스템 실용화 연구가 진행 중이다. 본고는 엘리베이터 군 관리 시스템의 기술 변천을 소개하는 한편, 최근 화제가 되는 에너지 절약, 행선층예보 시스템, 방범 시스템과 연동한 군 관리 시스템 사례도 함께 소개한다.





엘리베이터 군 관리 시스템 변천
엘리베이터는 승강장에서 승객이 승강장 버튼을조작하면 거기에 응답하게끔 제어한다. 엘리베이터를 여러 대 설치한다면, 1대 단위로 승강장 버튼 장치를 설치하는 것보다 모든 엘리베이터를 묶어 하나의 승강장 버튼 장치를 설치하는 것이 편의성과운행 효율을 높이는 길이다. 2대 정도 있다면 카를차례대로 승강장 호출에 응답하도록 하는 군群승합전자동 방식이 일반적이나, 선행 카가 승강장 호출에 응답해 정지 횟수가 많아지면 후속 카는 승강장호출에 제때 응하지 못하고 선행 카와 후속 카 사이간격이 거의 없는 지연 운전 상태에 빠진다. 이는 분주한 출퇴근 시간에 앞선 지하철이 지체하면 뒤따르던 지하철까지 줄줄이 정체하는 것과 같은 현상이다. 이 때문에 3대 이상을 중심으로 빌딩 전체의교통 상황에 맞춰 엘리베이터를 무리 지어 제어하는 군 관리 방식을 이용한다.
군 관리 방식을 도입하기 전만 하더라도 운전수가엘리베이터를 운전했으며, 사람이 현관층에서 출발타이밍을 지시하거나 타이머식 신호로 출발을 지시하는 자동 출발 신호 방식을 이용해 현관층에서 카출발 간격을 제어함으로써 지연 운전을 방지했다. 일본은 1950년대 후반에 교통 상황을 보면서 엘리베이터를 제어하는 전자동 군 관리 방식을 도입했다. 초기 군 관리 방식은 릴레이 회로를 이용했으며, 교통상황에 맞춰 수송 방식을 택하고 현관층이나 상방층에서 출발을 조정하는 순환 운전 방식을 이용했다.또한, 승객 호출을 접수하고 엘리베이터가 도착하면승강장에 설치한 램프 등으로 도착을 알렸다.1970년대 들어 IC 회로 도입으로 연산 처리 능력이 증가하면서 군 관리가 고기능화됐다. 우선 순환운전 방식 대신 층을 여러 구역으로 나누고 구역별로 할당 카를 결정하는 구역 할당 방식을 도입했다.또한, 도착 안내에다가 할당 확정 시 승강장 램프 등으로 할당 카를 알리는 조기 예보도 도입했다.
1970년대 후반, 마이크로컴퓨터가 도입되기 시작하면서(<그림1> 참조) 지금도엘리베이터 군관리의 주류인,승강장 호출별로 카를 할당하는 호출 할당 방식을 도입했다.또한, 호출 발생
직후에 할당 카를 승강장 램프등으로 알리는 즉시 예보 방식을 도입했다. 게다가 대기 시간과 승
객의 심리 상태를 해석했으며, 그 성과를 이용한 심리적 대기 시간을 군 관리 시스템의 평가 함수에 사용하기 시작했다.

1980년대 들어서 마이크로컴퓨터의 16bit화와 함께, 승객의 승강 실적 등을 학습해 엘리베이터 카 동작 등의 예측 정밀도를 높였다. 1980년대 후반에 마이크로컴퓨터는32bit화하면서퍼지Fuzzy나뉴럴네트워크Neural Network 등 소프트 컴퓨팅 기법이 실용화돼 꾸준히 성능 향상을 도모해 왔다. 또한, 2000년대 마이크로컴퓨터의 RISC(Reduced InstructionSet Computer)화로 연산 처리 능력이 한층 더 필요한행선예보시스템도입에까지이르렀다.

이상 소개한 것처럼 군 관리 시스템에 사용하는처리 장치의 연산 능력과 군 관리 시스템의 성능을정리하면 <그림 2>와 같으며, 이 둘은 서로 비례 관계에 있음을 알 수 있다.

군 관리 시스템으로 에너지 절약 대처
이산화탄소 배출량 감축을 위한 사회 동향에 발맞춰 빌딩의 에너지 절약 성능을 평가하는 움직임이있다. 이와 함께 고객·사용자의 요구도 기존 편의성 중시 사양에서 에너지 절약과 편의성을 동시에갖춘 사양으로 흐름이 바뀌고 있다. 여기서는 군 관리 시스템을 이용해 소비 전력을 절감하는 군 관리방식을 소개한다.
기존 엘리베이터 군 관리는 대기 시간 개선을 우선시해 왔다. 엘리베이터의 승차 정원이나 대수 등설비량은 혼잡 시 교통 수요를 고려해 결정하기에혼잡하지 않을 때 대기 시간은 짧은 편이다. 그래서 평상시엔 대기 시간보다 소비 전력 절감을 중점에 두고 운행한다. 두 가지 방법을 조합한 사례를소개한다.
첫째는 호출 할당 시 소비 전력량의 예측 값을 평가 함수로 이용하는 방법이다. 엘리베이터는 일반적으로 적재량의 약 절반에 균형을 맞춘 균형추와로프로 이어져 있다. 이 때문에 주행 시 소비 전력량은 카의 승차 인원수에 따라 전력을 소비하는 역행영역과 전력을 회생하는 영역이 존재한다. 이것은주행 거리와 승차 인원수의 함수로 나타난다. 또한,이 함수는 사용 중인 권상기 등과 같은 기기에 의존하는 파라미터를 가진다. 이 함수를 포함해 승강장에서 호출 발생 상황, 행선 버튼 등록 상황, 카 내 인원수 그리고 이 모든 것의 향후 예측 값을 토대로 소비 전력량을 예측한다. 이어 예측한 소비 전력량과대기 시간을 고려해 신규로 발생한 승강장 호출에응답할 카를 결정한다. 이때 할당 평가 함수가 최소가 되는 카를 할당한다. 혼잡할 때엔 대기 시간 개선을 우선하고 혼잡하지 않을 때엔 소비 전력량 개선을 우선하기에, 할당 평가 함수에서 대기 시간에 관한 평가 함수는 고차高次함수로, 소비 전력량에 관한 함수는 저차低次함수로 설정한다.
이 방식을 이용한 시뮬레이션 결과를 설명한다.
여러 오피스 빌딩에서 수집한 데이터에서 평균을구해 1일 교통 흐름 변동을 가정하고 <표>와 같은조건에서 시뮬레이션을 했다. 시간대별 소비 전력량과 대기 시간, 기존 방식에 대한 소비 전력량 개선율은 <그림 3>과 같다. 9시경부터 11시경까지와 13시경부터 17시경까지 시간대에서 대기 시간 악화가 눈에 띄나, 모두 피크 때 대기 시간보다는 짧은 범위에 속하며, 소비 전력량은 10% 이상 개선됐음으로알 수 있다.

행선 예보 방식 및 방범 시스템과 연계
행선 예보 방식 | 예전부터 많이 이용해 온 엘리베이터는 승강장에 먼저 도착한 승객이 UP/DOWN으로 승차 방향이 표시된 승강장 버튼을 조작해 승강장 호출을 등록하고, 카 승차 후에 카 조작반을 조작해 행선층을 등록하는 방식이었다. 최근 새로운 조작 방식으로 승강장에서 행선층을 등록해 행선층별로 승차 카를 예보하는 행선 예보 방식이 해외를 중심으로 도입이 늘고 있다(<그림 4> 참조).

행선 예보 방식에선 승강장 조작반이라 부르는 승강장 행선층 등록 장치를 설치한다. 승객이 승강장조작반에서 숫자 패드 또는 행선 버튼을 이용해 행선층을 등록하면'A호기'등 할당 카가 승강장 조작반에 표시된다. 승객은 이 안내에 따라 해당 위치로이동하고, 할당 카가 승강장에 도착해 승객이 타면카 내 행선 호출은 자동으로 등록된다.가장 큰 효과로 카 동작 예측의 정밀도 향상을 들수 있다. UP/DOWN 형식의 승강장 버튼을 적용한기존 방식은 등록된 승강장 호출에 대해 카를 할당하는 시점에서 행선층에 관해 과거 통계량 등에 따른 예측 값밖에 얻을 수 없다. 그러나 행선 예보 방식은 행선층을 이미 알고 있어 한층 정확한 카 동작을 예측해 카를 할당할 수 있다.
두 번째 효과로 일주一周시간 단축에 따른 수송 능력·운행 효율의 향상을 들 수 있다. 동일한 층으로가는 승객을 동일한 카에 타게끔 유도함으로써 각카의 정지층을 크게 줄일 수 있다. 그 결과 카가 현관층을 출발해 다시 현관층으로 돌아오기까지 일주시간이 짧아져 많은 승객을 수송할 수 있다. 특히 <그림 5>와 같이 오피스 빌딩의 출근 시간대에는 현관층에서 많은 승객이 타므로 큰 효과를 얻을 수 있다.
방범 시스템과 연계 | 오피스 빌딩이나 아파트의 경우, 현관층에서 평소 행선층은 승객 본인의 집이나  사무실이 있는 층으로 고정된다. 이러한 건물에선현관 출입용 방범 시스템과 행선 예보 방식의 엘리베이터를 연동해 건물 출입 시 승객의 방범 시스템상 ID에 행선층 호출을 자동 등록하는 시스템을 도입하고 있다. 이 시스템은 승강장보다 먼저 있는 방범 게이트를 승객이 통과한 시점에서 몇 시에 어디에서 어디로 가는 승객이 발생했는지를 승객이 승강장에 도착하기 전에 감지하기에 운행 효율을 높일 수 있다. 또한, 승강장에 도착한 승객은 바로 할당 카 위치로 이동하므로 승강장에서 승객의 원활한 이동을 촉진할 수 있다.

연동 시스템은 <그림 6>과 같이 방범 게이트·컨트롤러 등으로 구성된 방범 시스템과 엘리베이터의군 관리 시스템을 연동 컨트롤러를 사이에 두고 접속한다. 방범 게이트에는 카드 리더Card Reader와 엘리베이터의 할당 호기를 나타내는 표시 장치가 있다.

방범 게이트 통과 시 승객이 ID 카드를 대면 인증받은 ID에 해당하는 행선층과 통과 게이트 번호가엘리베이터로 보내진다. 엘리베이터 시스템은 행선층을 바탕으로 할당 카를 결정하고 승객이 통과할방범 게이트의 표시 장치에 할당 호기를 표시한다.승객은 그 표시를 따라 엘리베이터를 탄다. <그림7>은 이 시스템을 도입한 빌딩에서 혼잡이 완화된모습을 보여준다.
*
엘리베이터 군 관리 시스템은 연산 처리 장치의성능 향상과 더불어 대기 시간 단축을 목표로 발전해 왔다. 여기서 소개하지 않았으나 더블 덱 엘리베이터 등 수송 능력이 뛰어난 엘리베이터 시스템도새롭게 도입됨에 따라 엘리베이터 군 관리 역시 여기에 대응한 방식이 필요해졌다.
한편, 에너지 절약 성능 등 군 관리 시스템에 요구하는 성능이 다양해진 동시에 방범 시스템 등 빌딩의 다른 시스템과 연계해 성능 향상을 꾀하고 있다.
앞으로도 다양한 요구에 대응하고 다른 시스템과연계해 엘리베이터 군 관리 시스템은 더욱 진화하리라 생각한다.電⃝

 

<Energy News>

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