8/1/09

Sistemas de supervisión y despacho de llamadas en baterías de ascensores

En este artículo trataremos de brindarle al lector un resumen de la historia de los sistemas de despacho de llamadas, cual es la situación actual de los mismos y cuales deberían ser los criterios a adoptar al momento de proyectar el sistema de elevación. Trataremos de dar una visión no tan teórica como la de otros artículos publicados en medios especializados pero si proporcionar algunos conceptos desde el punto de vista de la persona que tiene que decir la compra de estos sistemas.

Introducción

Con el nacimiento del ascensor y especialmente con el advenimiento de los grandes edificios en altura, se hizo cada vez más necesario dotar al ascensor de un sistema que anticipe el tráfico del edificio y de esta forma usar en forma mas eficiente el sistema de elevación y hacerle perder el menor tiempo posible al pasajero en su arribo al lugar de destino sea este oficinas o vivienda.

Además la superficie del edificio destinada a los sistemas de elevación es un gasto para el inversor que construye ya que no puede obtener ingresos de esos metros cuadrados “desperdiciados”.

Por otra parte el consumo de energía eléctrica es un gasto muy importante hoy en las expensas de un edificio y un uso racional de los medios de elevación contribuirá a la economía del mismo.

Así mismo, la aparición de maniobras especiales ante contingencias (cortes de energía eléctrica, incendio, terremotos, etc.) en el edificio hace que el sistema de despacho sea hoy una necesidad insoslayable al momento de la contratación de ascensores.

Finalmente en un edificio construido, los únicos problemas que son imposibles de subsanar son los errores de cálculo de tráfico ya que siempre tienen implicancias en la cantidad, tamaño o velocidad de los ascensores y esto es prácticamente inmodificable. Por ello los criterios de cálculo deben ser muy precisos y deben asegurar tiempos de espera promedio y capacidad de evacuación razonables.
Historia
a) Despachador de reles
Los sistemas de control de grupo de ascensores han ido evolucionando a la par del desarrollo de la microelectrónica y en particular de la potencia de cálculo de los microprocesadores. De hecho cuarenta años atrás encontrábamos que todos los controles de grupo eran implementados en base a lógica de reles. Esta tecnología apenas podía brindar algunas mínimas funciones de cálculo y básicamente se reducían a atender las llamadas en base a un esquema típico selectivo ascendente / descendente, con algunas mejoras en los picos de tráfico como la atención en secuencia vertical de las llamadas de piso (los ascensores iban atendiendo las llamadas registradas por piso y hasta que no recorrían todos los pisos no volvían a atender llamadas en pisos superiores). Además brindaban cierta secuencia de maniobra en caso de contingencias como los cortes de energía o en caso de incendio.

b) Control heurístico (primera generación)

Con el advenimiento de los microprocesadores comenzaron a aparecer los primeros controles de grupo con capacidades superiores en la elección del coche. Esta primera generación contaba con un control heurístico tradicional donde con unas pocas variables se tomaba la decisión de cual coche enviar para cada llamada registrada. Las características principales de estos sistemas las podemos resumir en la ilustración de la siguiente figura.


En estos controles se definían factores de ponderación de unas pocas variables tales como la cercanía de cada coche a la llamada registrada o si está sin pasajeros la cabina. Se efectuaba una simple suma de esos factores y el coche con la calificación mas alta atendía esa llamada. La mayor desventaja de estos sistemas es que solo pueden tener en cuenta algunas variables y no son útiles en casos particulares como por ejemplo la salida de pasajeros desde un auditorio a múltiples destinos.

c) Inteligencia Artificial: Lógica difusa o Fuzzy Logic (segunda generación)

La lógica tradicional se basó siempre en esquemas de razonamiento binarios (0 o 1, el vaso está vacío o lleno), pero la naturaleza no es digital, es analógica y tiene diferentes graduaciones.
La técnica de lógica difusa, introdujo este concepto (el vaso esta con poca agua) en la programación de computadoras, y esto se aplicó en la siguiente generación de controles de grupo de ascensores.
Un resumen de un control de grupo con técnica de lógica difusa se muestra en la ilustración de la siguiente Figura.

En estos sistemas se evalúan un sinnúmero de variables en forma “analógica” y con palabras que describen la situación como por ejemplo cuan cerca está cada coche, cuan cargado está, etc., y de acuerdo a la evaluación del conjunto de estas distintas variables se determina qué coche atenderá la llamada. Un ejemplo de toma de decisión en lógica difusa sería “si el coche #6 no está tan lejos y su cabina está poco ocupada y además está viajando en sentido descendente y no tiene mucho tráfico, entonces es el elegido”.
La toma de decisiones en lógica difusa se acerca mucho más al esquema de pensamiento del cerebro humano y mejora la capacidad de atención de llamadas.
Pero las reglas de decisión están programadas originalmente y eventos extraordinarios o cambios repentinos del patrón de tráfico pueden generar tomas de decisiones erróneas en este tipo de sistemas.

d) Inteligencia artificial: redes neuronales o neural network computer (tercera generación)

En los controles de grupo que tienen implementada esta tecnología, la decisión del supervisor de lógica difusa del caso anterior es nuevamente verificada a través del procesador neuronal (una computadora con un software que simula una red neuronal como la que posee el cerebro humano) que describe la situación o estado del sistema de elevación en números y para ser usados como entrada de la red. Estas señales se van transmitiendo a través de las diferentes capas por medio de un proceso similar a la sinapsis entre neuronas y finalmente como resultado de esta evaluación la computadora puede cambiar o confirmar la asignación del coche. Además la red neuronal tiene capacidad de aprendizaje, por lo tanto cambios en los patrones de tráfico del edificio son rápidamente aprendidos por la misma y se incorporan como nuevas reglas en la toma de decisiones. Un esquema de este tipo de controles se ilustra en la siguiente Figura.

Un ejemplo práctico de esto sería cuando en un edificio de oficinas multicompañía, cambian el horario de almuerzo en el piso 15 de las 12 a las 13 horas. El sistema supervisor, normalmente enviaba dos coches al piso 15 a las 12 horas (uno con puertas abiertas y otro cerradas) esperando el pico de tráfico de las 12. En el primer día del cambio el sistema aprenderá que no hay más tráfico intenso a las 12 y si lo hay a las 13 horas. A partir del siguiente día, automáticamente y sin intervención humana, el sistema enviará los dos coches al piso 15 pero partir de las 13 horas. Lo que hizo fue modificar una de las reglas de conocimiento adquiridas originalmente.

Un esquema en bloques de un control de grupo neuronal se ilustra en la siguiente Figura.

En este sistema cada ascensor tiene su propio control y el sistema supervisor está compuesto por dos procesadores de supervisión (duplicados por redundancia ante fallas), una computadora con lógica difusa que toma las decisiones en primera instancia para la asignación de coches y una computadora neuronal que verifica esta asignación y corrige las decisiones. El esquema en bloques del procesador neuronal se muestra en la siguiente Figura.



Y un esquema de la red neuronal y como procesa cada llamada se puede observar en la siguiente Figura:


Este esquema de decisiones se aplica a cada nueva llamada registrada. Además este sistema no tiene límites en la cantidad de variables de entrada a evaluar ni en los cambios de patrones de tráfico y por lo tanto de reglas de conocimiento a aplicar.

Este es el sistema más avanzado disponible hoy ya que tiene capacidad para ajustarse a los cambios constantes en el uso de los medios de elevación de los edificios.

Una capacidad adicional de este sistema es el control de ascensores de doble cabina con distancia entre cabinas regulable. Esta facilidad memoriza al momento de la instalación (por un procedimiento de ajuste muy sencillo) las diferentes distancias entre cabinas para cada piso, y durante el viaje y sin que lo note el pasajero, el control irá ajustando las distancias entre las dos cabinas para lograr nivelaciones perfectas.

Situación actual: grupos supervisores de tercera generación

Los sistemas más avanzados disponibles en este momento están basados en arquitecturas del tipo mencionados en el punto d), esto es basadas en computadoras con lógica difusa y con computadoras neuronales. También para mejorar la performance del grupo supervisor, se le pueden agregar sistemas que mejoran la capacidad de manejo de tráfico en determinadas situaciones. Estos sistemas en general son llamados Up Peak Boosters.

Además de la capacidad de mejorar la asignación de coches a cada llamada, la función de autoaprendizaje y corrección de las reglas del sistema experto y la adaptabilidad para mejorar las decisiones en base a los datos estadísticos almacenados en el grupo supervisor, existen otras facilidades que hace más flexible el uso de los ascensores en edificios con patrones de tráfico complejos.

Algunas de estas facilidades son:

1) Redundancia ante fallas de hardware

Tal como se mostró en el diagrama en bloques anterior los procesadores de supervisión están duplicados y además en general tienen las fuentes de alimentación también duplicadas, con lo cual una falla de hardware, no impide el procesamiento de las llamadas. Además estos procesadores pueden asumir las funciones de despacho si el procesador de lógica difusa sale de servicio. También y debido a que es una estructura jerárquica cualquier falla en el procesador de lógica difusa o en el procesador neuronal, el procesador de jerarquía inmediata inferior asumirá la función de despacho de llamadas. Obviamente esta funcionalidad solo es posible gracias a un sistema de autodiagnóstico del grupo supervisor.

2) Preanuncio de asignación de coche

La linterna direccional se enciende inmediatamente después de registrar una llamada de pasillo para anticiparle al pasajero cual coche atenderá su llamada.

3) Ajuste de tiempo de apertura de puertas

El control puede variar los tiempos de apertura y cierre de puertas (si se queda esperando algún pasajero más en PB) para mantener balanceada la batería de ascensores y optimizar el tráfico del mismo.

4) Operación Up Peak

El control de grupo aprende automáticamente los horarios de picos de subida y ajusta la designación de coches automáticamente.

5) Operación Down Peak

Prepara el grupo para ráfagas de tráfico desde los pisos hacia el piso de salida (PB) teniendo en cuenta los diferentes horarios de salida que pueda haber en cada piso y maneja el despacho y atención de llamadas para impedir el problema del by pass por carga completa. Usa como criterio para eliminar este problema los tiempos de espera de cada llamada registrada y fija las prioridades en base a los tiempos de espera.

6) Operación Lunch Time

Es un Down peak en la primera mitad del horario de almuerzo y un Up peak en la segunda mitad.

7) Operación Off Peak

Cuando el tráfico del edificio baja, permite apagar uno o más coches para reducir el consumo de energía y distribuye los restantes coches a lo largo del edificio para esperar llamadas de pisos.

8) Zonificación del edificio en Up peak

Permite generar dos subzonas dentro de la zona de la batería para reducir la cantidad de paradas a atender en el pico de subida.

9) Transferencia del piso de despacho

Durante el pico de subida se puede cambiar el piso de despacho desde PB a los subsuelos si tiene cocheras y luego retornar a PB en forma automática.

10) Fuera de servicio

Un ascensor que sale fuera de servicio es inmediatamente identificado por el control de grupo y reparte la carga de tráfico que tenía preasignada a los restantes coches.

11) Operación independiente

Idem anterior, pero el administrador del edificio lo opera en forma independiente.

12) Operación de estacionamiento

Idem 10, pero El administrador del edificio lo saca de servicio.

13) Operación VIP

Para un coche en particular realiza viajes preprogramados o asignados por consola entre determinados pisos y luego vuelve a la operación en grupo. Mientras está fuera de grupo, el procesador de grupo rebalancea las asignaciones en forma automática.

14) Consola inteligente de operación, monitoreo y recolección de estadísticas

15) Sistemas de ayuda o mejora de los controles de grupo (Up Peak Boosters)

En los años 50 una idea muy simple fue propuesta para el manejo de grupos de ascensores: “Si el problema es que NO conozco el destino de los pasajeros de una batería, hagamos un sistema que me permita conocer de antemano el destino y de esta forma agrupo los pasajeros en los coches por destino”. El concepto es muy sencillo, los pasajeros se agrupan en coches por cercanías de destino y por lo tanto el viaje de ese coche resultará mucho más corto ya que se reducen las paradas a atender y el coche se libera más rápido para atender otras llamadas. Este concepto era bastante útil para esa época ya que no se disponía de suficiente capacidad de procesamiento para dotar de inteligencia a estos controles.

A partir de este concepto, un profesor de matemáticas de la Universidad de Manchester, Leo Port, registra una patente en Australia en 1961 y en los años 70 desarrolla un sistema donde el pasajero debía registrar el piso de destino en una botonera en el hall y el sistema le indicaba que ascensor tomar. Intentó sin éxito vender este sistema a las empresas fabricantes de ascensores y se trasladó a Australia donde fundó una compañía de ascensores. Allí logró vender tres de estos sistemas a edificios de oficinas. Estos sistemas no funcionaron bien pues estaban basados en lógica de reles (fueron diseñados a fines de los 60) con memoria limitada y baja velocidad de procesamiento. Aparentemente los equipos fueron cambiados por controles de grupo tradicionales a fines de los 90.

Pero en la década del 90 una empresa fabricante retoma el mismo concepto y desarrolla un control de grupo basado en la teoría de Port. Este sistema fue oficialmente lanzado en 1996.

El sistema instala terminales de pre-registro en todos los pisos y no instala botoneras en cabina. Las terminales incluyen un display que muestra el coche asignado. Además en la entrada a cada coche se puede instalar un display que muestra las paradas registradas. Este sistema basa todo el despacho de llamadas en un algoritmo muy sencillo ya que dispone de la información de destino antes que el pasajero ingrese al ascensor y asigna el coche en base a la utilización máxima de la superficie de las cabinas y a la minimización de la cantidad de paradas donde se va a detener.

En realidad los sistemas de pre-registro de llamada, también llamados Up Peak Boosters por considerarlos una ayuda adicional a los controles de grupo convencionales, son muy útiles en los picos de subida solamente, porque necesitan, para que sean eficientes, una gran concentración de pasajeros en un piso. De esta forma la probabilidad de coincidencia de que varios pasajeros con destino a pisos cercanos será alta y por lo tanto las cabinas se llenarán rápidamente, evitando que los pasajeros esperen demasiado la partida del coche. En la siguiente Figura se puede ver el funcionamiento de un control tradicional frente al pico de subida:


Y en la figura siguiente se puede ver el funcionamiento con un sistema de pre-registro:

Este hecho se da en los horarios de entrada a la mañana en un edificio corporativo, ya que en los edificios multi empresa, los horarios pueden no coincidir y por lo tanto el tráfico de ingreso puede no estar concentrado en un determinado horario. También se produce esta misma condición en el regreso del almuerzo.

En las otras situaciones críticas como ser la salida del almuerzo y el horario de salida, estos sistemas no son útiles ya que el tráfico de llamadas está disperso por todo el edificio y el destino está concentrado: Planta Baja. La información anticipada del destino no tiene valor ya que los grupos supervisores inteligentes detectan perfectamente los picos de bajada y saben además que todos los pasajeros se dirigen a los pisos de salida (destino conocido).

Un ejemplo práctico de un piso con terminales de pre-registro se puede ver en la siguiente Figura donde PL1 a PL6 es una batería de zona baja con 6 ascensores y PL9 a PL12 es una batería de zona alta con otros 6 ascensores.


Se han efectuado simulaciones por computadora de edificios reales con y sin sistemas de pre-registro. En la figura siguiente podemos ver el pico de subida a la mañana para un edificio predeterminado. Para un promedio de tiempo de espera menor a 60 segundos, el sistema de elevación pasa de 2200 pasajeros por hora en un sistema convencional (sin DCS – Destination Control System) con inteligencia artificial a 2800 pasajeros por hora con el agregado de un sistema de pre-registro de llamadas (con DCS).

En la figura siguiente podemos ver la misma simulación pero en el horario de almuerzo. Como se puede observar la mejora es mucho menor en la capacidad de transporte del sistema.

Finalmente, a las terminales de pre-registro se las puede dotar de sistemas lectores de tarjeta (magnética, óptica, de proximidad, etc.) para evitar la demora en el registro de la llamada, pero esto también obliga al administrador del edificio a mantener actualizados los registros de las personas. También se puede combinar los terminales de pre-registro con los sistemas de acceso y efectuar el registro de la llamada al pasar por los molinetes de control pero esto depende de la topología y arquitectura del hall de ingreso ya que distancias grandes entre los molinetes y los ascensores harían muy lento el sistema de elevación por la espera del pasajero desde el molinete hasta la cabina.

Criterios para proyectar

Salvo el sistema de un fabricante que no dispone de botoneras en cabina y se basa solo en la información de pre-registro para el despacho de los coches, el resto de los fabricantes tienen sistemas de pre-registro combinados con controles de grupo inteligentes que son la mejor solución para poder manejar picos de tráfico concentrados en un piso (pre-registro) y también complejos patrones de tráfico distribuido a lo largo del edificio en distintos horarios.


Pero es importante que los criterios de decisión para despachar los coches cuando actúa el sistema de pre-registro no sean solamente la reducción de la cantidad de paradas ya que esto en general va en detrimento de la espera del pasajero dentro del ascensor o en el hall. Algunos sistemas tienen como criterio minimizar el tiempo completo desde que el pasajero registra la llamada hasta que arriba al piso de destino (Algoritmos ETA o ETD), pero también se le deberían agregar criterios de ahorro de energía (Sistemas ecológicos o green systems) y por supuesto el sistema experto que va generando reglas de decisión a medida que el ascensor es usado.

En general los sistemas de pre-registro son más caros por ser las terminales de registro más complejas que las simples botoneras de hall. Pero son una ayuda muy importante en el momento más crítico de un edificio corporativo, el ingreso a la mañana. Por eso, en general, los nuevos proyectos están incluyendo terminales de pre-registro en los pisos donde se puede producir una gran concentración de pasajeros a múltiples destinos: Cocheras, Planta Baja, Comedor o pisos de servicios (Banco, Kiosco, etc.), Pisos de transferencia entre zonas del edificio y pisos con auditorios o múltiples salas de reunión, etc. Pero en el resto de los pisos se instalan botoneras tradicionales para disminuir costos ya que no tienen ninguna ventaja las terminales de pre-registro en tráfico distribuido.

Salvo el fabricante mencionado anteriormente, el resto instala botoneras de cabina. Esto se hace ya que una cabina sin botoneras genera stress en los pasajeros (imagínese el lector un pasajero que sufre de claustrofobia en una cabina cerrada y sin botonera) y además permite la corrección de errores en el ingreso los terminales de pre-registro, pero se pueden adoptar distintos criterios de programación para deshabilitar las botoneras de cabina en los pisos donde existen las terminales de pre-registro ya que sino desvirtuarían el uso del sistema.

Además disponer de botoneras en cabina permite que los sistemas de elevación puedan seguir usándose aunque se produzca una falla catastrófica en el sistema de pre-registro, siempre que el grupo supervisor esté preparado para el manejo de las llamadas sin ese sistema.

Estos sistemas con pre-registro no son muy aconsejables en edificios multi oficinas ya que al tener el edificio más visitantes que no están acostumbrados al sistema, generan llamadas falsas, falso tráfico por desconocimiento y quejas al administrador por desconocimiento. En general es necesario disponer de personal en el ingreso al edificio para guiar a los visitantes.

Se debe tener en cuenta la cantidad de terminales disponibles en el piso de ingreso al edificio (PB) ya que se pueden generar largas colas en los mismos (se acorta el tiempo de viaje pero se empeora el tiempo desde el ingreso al edificio hasta que el pasajero llega a destino). Se debe tener en cuenta la simplicidad de uso de la terminal para reducir el tiempo en que está el pasajero frente a la misma. Por eso son mejores las terminales que emulan una botonera convencional de cabina en lugar de las de tipo teclado telefónico, ya que para registrar una llamada solo hace falta pulsar un botón en las primeras y un mínimo de dos botones en la segunda.

También las terminales de pre-registro debe cumplir en Argentina con la Ley 962 de accesibilidad, por lo que las terminales de pre-registro que usan touch screen como método de introducción del registro de piso está prohibidas. Deben ser pulsadores convencionales.

En edificios ya construidos donde el sistema de elevación está cerca de su límite de manejo de tráfico, el agregado de estos sistemas brinda una mejora importante en los picos de subida. Por lo tanto, sí es recomendable en modernizaciones para mejorar la capacidad de manejo de picos de tráfico en sistemas existentes.

Finalmente y paradójicamente el sistema de pre-registro, que había nacido para salvar la falta de inteligencia de los grupos supervisores proporcionándole información de antemano, ha logrado obtener mejoras en los picos de subida de los controles más avanzados basados en técnicas de inteligencia artificial, pero también se debe tener mucho cuidado al calcular el sistema de elevación en un proyecto de un edificio nuevo ya que no se deben tener en cuenta estas ventajas adicionales que proveen estos sistemas en el pico de subida, pues en los picos de bajada estas mejoras no existen y el sistema de elevación debe poseer la capacidad inteligente de manejo de tráfico para afrontarlo.