電梯群控系統(tǒng)的基本原理

1、電梯群控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)電梯群控系統(tǒng)是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的系統(tǒng)，需要對(duì)幾百個(gè)信號(hào)進(jìn)行收發(fā)，處理。目前， 電梯群控有多種實(shí)現(xiàn)方式，但其控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大同小異。圖1.1 為電梯群控系統(tǒng)的一種基本結(jié)構(gòu)框圖。電梯群控系統(tǒng)模塊接收轎外呼梯信號(hào)，根據(jù)派梯策略算法的處理結(jié)果將呼梯信號(hào)分配給各個(gè)單梯控制模塊，單梯系統(tǒng)模塊根據(jù)各電梯狀態(tài)、分配的轎外呼梯信號(hào)、轎內(nèi)呼梯信號(hào)等對(duì)電梯進(jìn)行運(yùn)行控制。電梯群控模塊是電梯群控系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)采集轎外呼叫信號(hào)并協(xié)同控制各電梯運(yùn)行。圖 1.1 一種電梯群控系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)框圖電梯監(jiān)控系統(tǒng)用于監(jiān)視電梯群中各電梯系統(tǒng)的狀態(tài)，特別是有關(guān)安全的狀態(tài)信息，便于掌握系統(tǒng)的工作狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)隱患，排除故障

2、。同時(shí)可以通過該系統(tǒng)對(duì)電梯群控系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行配置，實(shí)現(xiàn)后臺(tái)管理。電梯控制模塊控制單臺(tái)電梯，使其能夠獨(dú)立的上下運(yùn)行、完成電梯的基本功能。電梯群控模塊是整個(gè)電梯群的調(diào)度中心。一方面，它可以采集轎外呼梯信號(hào)， 根據(jù)電梯的當(dāng)前位置、電梯運(yùn)行方向、轎廂負(fù)荷、客流量等各方面因素對(duì)轎外呼梯信號(hào)做出合理的分配，并將轎外呼梯信號(hào)發(fā)送給各電梯的控制模塊。另一方面， 電梯群控模塊接收用戶指令、設(shè)置參數(shù)并根據(jù)需要增減功能，向外部輸出電梯的相關(guān)信息，供用戶查詢和監(jiān)視。電梯群控系統(tǒng)模塊的核心任務(wù)是實(shí)現(xiàn)電梯群的協(xié)調(diào)控制和優(yōu)化調(diào)度。一旦有層站轎外呼梯按鈕被按下，電梯群控模塊立即登記該呼梯請(qǐng)求，并根據(jù)群控控制算法來判斷最優(yōu)

3、派梯，決定由哪臺(tái)電梯來服務(wù)。當(dāng)電梯到達(dá)該層站時(shí)，消去顯示該層站的呼梯請(qǐng)求，以示該請(qǐng)求已被應(yīng)答。電梯群控系統(tǒng)的派梯策略與乘客的平均候梯時(shí)間、平均乘梯時(shí)間、長(zhǎng)候梯率、系統(tǒng)能耗等性能評(píng)價(jià)指標(biāo)息息相關(guān)，直接影響電梯群控系統(tǒng)的服務(wù)數(shù)量和服務(wù)質(zhì)量，因此選擇一套性能良好的電梯群控系統(tǒng)派梯策略是至關(guān)重要的。電梯群控系統(tǒng)功能數(shù)據(jù)采集功能調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)實(shí)時(shí)檢測(cè)電梯系統(tǒng)中的每一臺(tái)電梯運(yùn)行狀態(tài)，如每臺(tái)電梯的當(dāng)前位置、運(yùn)行方向、載重、速度、梯內(nèi)呼叫信號(hào)等，并將這些信息傳到上層軟件， 進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)度處理或者顯示處理。數(shù)據(jù)通信功能電梯群控系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯運(yùn)行的合理分配和優(yōu)化調(diào)度，就要在上層調(diào)度軟件和底層電梯控制器間建立“信息通

4、道”，實(shí)現(xiàn)雙向通信，進(jìn)行信息數(shù)據(jù)和控制命令的傳輸?？刂乒δ苋嚎叵到y(tǒng)中，各臺(tái)電梯對(duì)廳外呼梯信號(hào)的響應(yīng)時(shí)由系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一進(jìn)行分配的。每個(gè)廳外呼叫信號(hào)并不是直接派給乘客所呼叫的控制器，而是先送到群控調(diào)度模塊。調(diào)度模塊根據(jù)當(dāng)前的狀態(tài)信息，采用一定的調(diào)配策略，用算法分析出哪臺(tái)梯響應(yīng)此呼叫信號(hào)會(huì)使電梯系統(tǒng)得到最優(yōu)的性能，比如響應(yīng)時(shí)間最短或者系統(tǒng)能耗最小等，再將此廳外呼叫信號(hào)分配給該電梯控制器。因此，群控系統(tǒng)有控制功能，對(duì)電梯控制器進(jìn)行控制，可以命令某電梯去響應(yīng)廳堂外呼信號(hào)，也可以使某臺(tái)電梯對(duì)廳堂外呼信號(hào)不予響應(yīng)。預(yù)估計(jì)算功能預(yù)估計(jì)算功能是群控系統(tǒng)的核心部分。群控系統(tǒng)要對(duì)大廈中電梯系統(tǒng)所處的交通狀況進(jìn)行分析，

5、比如客流量及客流分布、電梯狀態(tài)及電梯分布等，通過分析可以對(duì)乘客呼叫、轎廂人數(shù)、電梯下一站響應(yīng)情形等進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后根據(jù)一定的規(guī)則和策略對(duì)各梯工作進(jìn)行協(xié)調(diào)調(diào)度，使電梯系統(tǒng)得到最優(yōu)的運(yùn)行。監(jiān)控顯示功能系統(tǒng)可以對(duì)每臺(tái)電梯的現(xiàn)行位置、運(yùn)行方向、載重、速度、梯內(nèi)呼叫信號(hào)、響應(yīng)情況等信息以及每個(gè)乘客廳外呼叫信號(hào)的派梯結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并在主界面上顯示。自學(xué)習(xí)功能電梯群控問題僅僅依靠數(shù)學(xué)描述來實(shí)現(xiàn)是不夠的，還需要采用對(duì)經(jīng)驗(yàn)知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)、使用和獲取方法，即系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)。電梯群控系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能分析電梯群控系統(tǒng)的目的在于對(duì)多臺(tái)電梯進(jìn)行調(diào)度，給出的調(diào)度基本規(guī)則。首先要分析電梯群控系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，然后針對(duì)這些特性確定調(diào)

6、度規(guī)則，采取有效的控制辦法對(duì)其進(jìn)行控制。電梯群控系統(tǒng)的特點(diǎn)包括;不確定性、多目標(biāo)性、擾動(dòng)性、非線性及信息的不完備性。不確定性在電梯群控系統(tǒng)中，存在著大量不確定因素：乘客的目的層不確定。廳呼的位置不確定。建筑內(nèi)與環(huán)境因素有關(guān)、變化的交通狀況是不確定的。這些不確定因素給電梯群控系統(tǒng)確定交通模式，預(yù)測(cè)轎廂到達(dá)目的層時(shí)間造成極大困難，使系統(tǒng)不能對(duì)某一特定狀況做出最優(yōu)控制。多目標(biāo)性平均候梯時(shí)間要求短乘客的候梯時(shí)間：從乘客按下層站呼梯按鈕開始，到所派電梯到達(dá)此層時(shí)乘客進(jìn)入轎廂所經(jīng)過的時(shí)間。平均候梯時(shí)間是指所有候梯時(shí)間的平均值，它是評(píng)價(jià)電梯群控系統(tǒng)重要的性能指標(biāo)。平均乘梯時(shí)間要求短平均乘梯時(shí)間是指從乘客進(jìn)入

7、電梯到乘客離開電梯所經(jīng)過的時(shí)間的平均值。統(tǒng)計(jì)表明，乘客的煩躁程度是與乘梯時(shí)間乘正比的，如果乘客的乘梯時(shí)間過長(zhǎng)，就會(huì)造成乘客的煩躁不安，所以乘客的乘梯時(shí)間需要保證在一定范圍內(nèi)。系統(tǒng)能耗要求小系統(tǒng)能耗主要指電梯系統(tǒng)中電機(jī)的電能消耗。對(duì)于電梯而言，電梯全速運(yùn)行時(shí)所消耗的電能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于加速和減速時(shí)所消耗的電能。電梯?？康拇螖?shù)越多，消耗的電能就越大。對(duì)電梯群控系統(tǒng)而言，電梯型號(hào)一經(jīng)確認(rèn)，單臺(tái)電梯起停所消耗的電能就能確定，所以電梯群控系統(tǒng)要合理的安排和調(diào)度電梯群對(duì)呼梯信號(hào)的響應(yīng)，盡量減少電梯群總體的起停次數(shù)，提高電梯的總體利用率，減少空載和少載運(yùn)行。長(zhǎng)候梯率要小長(zhǎng)候梯率是指乘客候梯時(shí)間超過 1 分鐘的發(fā)生比

8、率。統(tǒng)計(jì)表明，乘客的心理煩躁程度與候梯時(shí)間的平方乘正比。當(dāng)乘客的候梯時(shí)間超過 1 分鐘時(shí)，其心理煩躁程度會(huì)急劇上升，所應(yīng)該盡量減少長(zhǎng)候梯的發(fā)生。轎廂內(nèi)擁擠度要求低轎廂內(nèi)擁擠對(duì)給乘客帶來的不便是顯而易見的。一般以轎廂內(nèi)乘客數(shù)占轎廂額定載重量的百分比來衡量。擾動(dòng)性電梯群控系統(tǒng)還不可避免的具有不確定的隨機(jī)干擾，如：乘客可能錯(cuò)誤的造成轎廂門不能關(guān)閉而干擾系統(tǒng)正常運(yùn)行。乘客可能登記了錯(cuò)誤的目的層而造成了不必要的停站。乘客可能登記了錯(cuò)誤的廳外呼叫而造成了不必要的停站。非線性電梯交通系統(tǒng)存在著非線性：轎廂對(duì)同一呼梯，在不同時(shí)間標(biāo)度下，分配是不同的，其變化是不連續(xù)的。轎廂容量是有限的，當(dāng)轎廂容量達(dá)到飽和點(diǎn)時(shí)，

9、轎廂會(huì)不停而過。、所能分配的轎廂數(shù)目有限，受系統(tǒng)所有轎廂數(shù)目的限制。對(duì)于所有層站的呼梯最小候梯時(shí)間設(shè)定而言，考慮最短的時(shí)間尺度和較長(zhǎng)的時(shí)間尺度是不同的。信息的不完備性電梯群控系統(tǒng)存在著大量的不完整、不準(zhǔn)確信息：乘客進(jìn)入轎廂前，其目的層是不可知的。這對(duì)乘客乘梯時(shí)間的預(yù)測(cè)，對(duì)其他乘客候梯時(shí)間和乘梯時(shí)間的影響的預(yù)測(cè)難以實(shí)施。乘客進(jìn)入轎廂的時(shí)間因個(gè)體的差異而不同，同樣不能準(zhǔn)確獲得。電梯轎廂中乘客的人數(shù)不能進(jìn)準(zhǔn)確的獲得，雖然轎廂的底部裝有稱重裝置，但是由于人的個(gè)體體重差異較大而不能獲得轎廂內(nèi)乘客人數(shù)的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，這會(huì)導(dǎo)致對(duì)轎廂內(nèi)擁擠度和對(duì)乘客候梯時(shí)間的預(yù)測(cè)不準(zhǔn)確，增加了系統(tǒng)控制的難點(diǎn)。以上所提高的電梯群控

10、系統(tǒng)的多目標(biāo)性、非線性、不確定性、擾動(dòng)性和信息的不完備性說明電梯群控系統(tǒng)是一個(gè)非常復(fù)雜的控制系統(tǒng)。電梯運(yùn)行規(guī)則針對(duì)以上電梯群控系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，在設(shè)計(jì)群控模塊時(shí)應(yīng)先確定電梯系統(tǒng)的控制規(guī)則，作為調(diào)度算法的計(jì)算準(zhǔn)則。群控模塊的規(guī)則包括兩部分：一是電梯的基本控制規(guī)則，即單梯控制規(guī)則，這是不管電梯是否處于群控狀態(tài)都應(yīng)遵循的規(guī)則， 是電梯群控的基礎(chǔ)規(guī)則；二就是群控規(guī)則，是電梯群處于群控狀態(tài)應(yīng)遵循的規(guī)則。群控規(guī)則的建立為以后采取有效的控制辦法對(duì)其進(jìn)行控制奠定了基礎(chǔ)。單電梯控制規(guī)則本文采用全集選控方式對(duì)單臺(tái)電梯進(jìn)行控制，即電梯的邏輯控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)將各樓層廳外的上召喚及下召喚信號(hào)與轎廂內(nèi)的指令信號(hào)綜合在一起進(jìn)行

11、集中控制， 從而使電梯能夠自動(dòng)的選擇運(yùn)行方向和目的層站的控制方式，常用于賓館、辦公樓等場(chǎng)合。在此方式的運(yùn)行控制中一次將所有方向上的所有呼叫和目標(biāo)全部完成后然后調(diào)轉(zhuǎn)運(yùn)行方向，完成另一個(gè)方向上的所有呼梯和目標(biāo)，即實(shí)現(xiàn)方向優(yōu)先和順向載梯。單臺(tái)電梯的具體運(yùn)行規(guī)則如下：無論電梯處于何種狀態(tài)，只要有電梯內(nèi)呼叫，轎廂運(yùn)行到該層，即可響應(yīng)此呼叫。電梯每到一層停車時(shí)先打開電梯廂門，一段時(shí)間后自動(dòng)關(guān)門。若有其它需要響應(yīng)的信號(hào)，轎廂繼續(xù)運(yùn)行；如無其它需要響應(yīng)的信號(hào)，電梯停車等待。只有單一呼叫信號(hào)時(shí)，電梯運(yùn)行到呼叫所在樓層等待乘客進(jìn)入。當(dāng)有多個(gè)呼叫信號(hào)時(shí)，電梯每響應(yīng)一個(gè)呼叫信號(hào)，均開門停車，等待乘客進(jìn)入，再去響應(yīng)下一

12、個(gè)呼叫。其響應(yīng)次序遵循以下規(guī)則：如果電梯處于上升的狀態(tài)，則優(yōu)先響應(yīng)上升呼叫和內(nèi)呼信號(hào)，再返回響應(yīng)下降呼叫信號(hào)。如果電梯處于下降的狀態(tài)，則優(yōu)先響應(yīng)下降呼叫和內(nèi)呼信號(hào)，再返回響應(yīng)上升呼叫信號(hào)。電梯關(guān)門停在某一層時(shí)，該層外有呼梯信號(hào)，門會(huì)自動(dòng)開，一段時(shí)間后自動(dòng)關(guān)門。電梯運(yùn)行方向由上、下行指示燈顯示。如果某層有呼叫（包括電梯內(nèi)呼叫和各層外呼叫），則該層的響應(yīng)指示燈亮，表示轎廂將去該層，電梯到達(dá)該層后， 響應(yīng)指示燈滅。在電梯運(yùn)行過程中不響應(yīng)開門信號(hào)，電梯在停車等候和暫停期間可以手動(dòng)開、關(guān)門。為了運(yùn)行安全，不論何時(shí)發(fā)出關(guān)門信號(hào)，轎廂再次運(yùn)行都要有一段時(shí)間的間歇，以保證轎廂門的可靠關(guān)閉。單臺(tái)電梯流程圖如圖

13、1.2 所示。在滿足單梯運(yùn)行的規(guī)則的前提下，電梯群控時(shí)還需要滿足外呼信號(hào)重新分配原則：當(dāng)某臺(tái)電梯有轎外呼梯信號(hào)時(shí)，這時(shí)電梯的運(yùn)行狀態(tài)將發(fā)生改變，以前分配給本梯的呼叫，現(xiàn)在對(duì)于本梯不一定最優(yōu)，需要根據(jù)派梯策略重新分配，如果有比本梯更優(yōu)越的電梯，則重新分配。圖 1.2單梯的控制流程圖群控系統(tǒng)基本規(guī)則電梯群控系統(tǒng)的控制目標(biāo)：乘客的平均候梯時(shí)間盡量要短。盡量減少乘客的長(zhǎng)候梯率，即盡量避免產(chǎn)生長(zhǎng)時(shí)間的候梯過程。轎廂到達(dá)的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率高，減少乘客等待時(shí)的心理壓力。電梯運(yùn)送乘客的時(shí)間盡量短，并合理分配電梯應(yīng)答，防止聚堆和忙閑不均。選擇能源消耗最省時(shí)方式，盡量降低能耗。群控規(guī)則外呼等待響應(yīng)時(shí)間（即等待時(shí)間）短。外呼等待時(shí)間就是乘客按下按鈕請(qǐng)求電梯服務(wù)到進(jìn)入電梯得到服務(wù)的等待時(shí)間， 為避免讓乘客感到煩躁，要使外呼等候時(shí)間盡量短。內(nèi)呼等待時(shí)間（即乘梯時(shí)間）短。內(nèi)呼等待時(shí)間就是乘客進(jìn)入電梯按下目的層按鈕到電梯到達(dá)目的層的等候時(shí)間， 為了避免讓乘客感到煩躁，要使內(nèi)呼等待時(shí)間盡量短。電梯停靠次數(shù)少電梯?？看螖?shù)多，系統(tǒng)能耗就越大，故應(yīng)盡量避免不必要的?？?，達(dá)到節(jié)能的目的。長(zhǎng)候梯率小長(zhǎng)時(shí)間候梯會(huì)讓乘客感到煩躁，所以應(yīng)盡量避免。這也是衡量電梯系統(tǒng)的重要指標(biāo)，所以計(jì)