基于呼叫識別的電梯高速模式控制策略

申輝陽

(廣東機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510515)

0 引言

高層及超高層建筑在城市中不斷崛起，使得垂直交通問題變得越來越突出。這些超高層建筑極大地依賴于龐大的電梯系統(tǒng)，電梯用戶除了對安全性和舒適性的要求外，對電梯的運(yùn)行效率、各種服務(wù)質(zhì)量(如候梯時間、乘梯時間等)、以及電梯的綠色節(jié)能問題也提出了更高的要求［1，2］，因此必須提高電梯的運(yùn)行速度，高速電梯的使用也越來越普及。由于電梯的高速運(yùn)行，轎車的啟動與停止都有一個較長的加減速過程，如何來保證停車的平穩(wěn)與準(zhǔn)確就顯得十分重要。各種電梯控制策略相繼提出［3］。

本文首次提出了一種建立在以層為基礎(chǔ)的電梯運(yùn)行的動態(tài)二進(jìn)制數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，通過呼叫識別，區(qū)分電梯的本層呼叫、上層呼叫和下層呼叫，利用呼叫識別的結(jié)果來進(jìn)行定向與停層控制，并預(yù)先檢測停層信號，切換到低速，為停層做好準(zhǔn)備的一種簡單、可靠、通融性好的一種的高速電梯控制策略。應(yīng)用此控制策略，將復(fù)雜的動態(tài)電梯系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為靜態(tài)處理，使得高速電梯的控制變得簡單而易于實現(xiàn)。

1 數(shù)學(xué)模型

分別將電梯所有的呼叫和各電梯所處的層按照樓層順序分別組成二進(jìn)制數(shù)，有信號的層為“1”，無信號的層為“0”，這樣就把呼叫和樓層的狀態(tài)以數(shù)據(jù)的形式保存起來，且數(shù)據(jù)自動跟隨呼叫和樓層狀態(tài)的改變而改變。以8層3電梯群為例，假如電梯某時刻的狀態(tài)如表1所示，1號電梯處在6樓，則1號電梯所處樓層組成的8位二進(jìn)制數(shù)“00100000”;1號電梯的第四、五、七層有內(nèi)呼叫，則1號電梯內(nèi)呼叫組成的8位二進(jìn)制數(shù)“01011000”;第一、四、六、七層有外上呼叫，則外上呼叫8位二進(jìn)制數(shù)“01011001”。其余以此類推［4］。

如果樓層高于8層而不超過16層，可以采用16位模式，各狀態(tài)組成16位二進(jìn)制數(shù)。

如果樓層太高，則按照樓層順序組成一個二進(jìn)制數(shù)位數(shù)太高不便于計算與處理，為此對高層電梯采用位與字相結(jié)合的處理方式，如果用16位模式采用位字結(jié)合方式建?？梢蕴幚砀哌_(dá)256層系統(tǒng)［5］。這樣就可以得到高層電梯群控系統(tǒng)的二進(jìn)制數(shù)學(xué)模型。

表1 群控電梯二進(jìn)制數(shù)學(xué)模型

2 呼叫識別

內(nèi)呼叫、外上呼叫和外下呼叫的區(qū)分是靠呼叫按鈕區(qū)分，通過呼叫的登記與消除將不同的呼叫類型保存在不同的數(shù)據(jù)寄存器里，如表1所示。為了便于控制，需進(jìn)一步將電梯的各種呼叫區(qū)分是本層呼叫、上層呼叫還是下層呼叫，共9種呼叫狀態(tài)，電梯的各種呼叫狀態(tài)歸類如表2所示。

電梯群中每臺電梯的呼叫狀態(tài)都需要區(qū)分。利用前面的數(shù)學(xué)模型，將電梯的各種呼叫狀態(tài)與電梯當(dāng)前所處的樓層進(jìn)行比較運(yùn)算，可識別出電梯的各種呼叫狀態(tài)。如要識別1號電梯是否有本層內(nèi)呼叫，只要將1號電梯所處的樓層組成的二進(jìn)制數(shù)與1號電梯內(nèi)呼叫組成的二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行邏輯“與”運(yùn)算，再判斷結(jié)果是否為“0”，如果結(jié)果為“0”表示無本層內(nèi)呼叫，結(jié)果不為“0”表示有本層內(nèi)呼叫。各類呼叫的具體識別方法參考文獻(xiàn)［2］，對于高層電梯，采用字位結(jié)合方式，呼叫的具體識別方法參考文獻(xiàn)［5］。

表2 電梯的各種呼叫狀態(tài)

呼叫狀態(tài)是動態(tài)隨機(jī)的，如電梯處在2樓時，3樓的呼叫是上呼叫，當(dāng)電梯運(yùn)行到3樓后，3樓的呼叫就變成了本層呼叫，呼叫識別不需考慮動態(tài)過程，而識別結(jié)果卻能動態(tài)反應(yīng)其變化。

3 高速模式控制策略

3.1 定向控制

運(yùn)行方向狀態(tài)分為三種:上行、下行、暫停。任何時刻，運(yùn)行定向的三種狀態(tài)只能處于其中的一種。

電梯有上層呼叫就置上行狀態(tài)，一旦進(jìn)入上行狀態(tài)后，電梯一直處于上行狀態(tài)，直到?jīng)]有上層呼叫為止;電梯有下層呼叫就置下行狀態(tài)，一旦進(jìn)入下行狀態(tài)后，電梯一直處于下行狀態(tài)，直到?jīng)]有下層呼叫為止。

上行的條件是有本層上呼或上層呼叫，具體來說就是:有本層內(nèi)呼、本層外上呼、上層內(nèi)呼、上層外上呼、上層外下呼5種呼叫中的任意一種即可。下行的條件是有本層下呼或下層呼叫，具體來說就是:有本層內(nèi)呼、本層外下呼、下層內(nèi)呼、下層外下呼、下層外上呼5種呼叫中的任意一種即可。根據(jù)前面的呼叫識別，各種呼叫狀態(tài)容易得出，利用呼叫識別的結(jié)果，電梯的定向控制易于實現(xiàn)。定向控制流程圖如圖1所示。

3.2 升降與停層控制

電梯響應(yīng)呼叫后轎車停層(平層)讓人進(jìn)出，當(dāng)關(guān)好門后再次上升與下降去響應(yīng)其它呼叫的過程就是電梯升降，將升降分為三種狀態(tài):上升、下降、停層。任何時刻，升降的三種狀態(tài)只能處于其中的一種。

電梯在上行狀態(tài)中，只要關(guān)好門后就上升，上升過程中，只要有本層內(nèi)呼叫或本層外上呼叫就停層，然后開關(guān)門處理，并消除本層內(nèi)呼叫和本層外上呼叫，關(guān)好門后，如果還是上行狀態(tài)就繼續(xù)上升。

電梯在下行狀態(tài)中，只要關(guān)好門后就下降，下降過程中，只要有本層內(nèi)呼叫或本層外下呼叫就停層，然后開關(guān)門處理，并消除本層的內(nèi)呼叫和本層外下呼叫，關(guān)好門后，如果還是下行狀態(tài)就繼續(xù)下降。

通過定向控制已經(jīng)判斷出電梯是上行、下行還是停層狀態(tài)。根據(jù)前面的呼叫識別能得出是否有本層上呼叫(本層內(nèi)呼叫和本層外上呼叫)以及是否有本層下呼叫(本層的內(nèi)呼叫和本層外下呼叫)，這樣很容易控制電梯的升降與停層。

高速運(yùn)行時，要使電梯平穩(wěn)停層，必須在達(dá)到平層位置時提前減速，如果直接利用監(jiān)測到的平層信號來停層，勢必要求電梯從上升或下降立即停止，這樣就會給乘坐電梯的人感到不適，因此需要提前檢查平層信號。如果能夠提前一層判斷出平層信號，監(jiān)測到平層信號后就開始減速，就能解決電梯高速模式的平穩(wěn)停層問題。

電梯高速模式升降與停層控制流程圖如圖2所示。注意停層時，只有轎車正真平層后才能停下來。

圖1 定向控制流程圖

圖2 升降與停層控制流程圖

利用表1形式的數(shù)學(xué)模型判斷由本層呼叫產(chǎn)生的平層信號很容易［4，5］，但無法判斷上一層或下一層有呼叫，即無法提前判斷平層信號。對呼叫信號進(jìn)行移位處理，用移位后到虛擬呼叫來代替的實際呼叫來，進(jìn)行本層呼叫識別運(yùn)算處理就可得出是否有上一層或有下一層呼叫。

采用表3所示的數(shù)學(xué)模型，電梯在某時刻的狀態(tài)如表3所示，以外上呼叫為例，要判斷是否有本層外上呼叫，只要將電梯所處樓層數(shù)D1和實際外上呼叫數(shù)D3進(jìn)行邏輯與運(yùn)算，再判斷運(yùn)算結(jié)果是否為0，如果結(jié)果不為零說明有本層外上呼叫，如果結(jié)果為0，說明沒有本層外上呼叫。要判斷是否有上一層呼叫的方法是先將實際外上呼叫向右移動一位，得到虛擬外上呼叫數(shù)據(jù)D11，如表3所示，然后將數(shù)據(jù)D11和電梯所處樓層數(shù)D1進(jìn)行邏輯與運(yùn)算，再判斷運(yùn)算結(jié)果是否為0，如果結(jié)果不為零說明有上一層外上呼叫，如果結(jié)果為0，說明沒有上一層外上呼叫。判斷流程如圖3所示。判斷是否有下呼叫的方法類似，只是將實際呼叫左移。

表3 高速模式處理的數(shù)學(xué)模型

如圖3所示，提前一層檢測上層的呼叫狀態(tài)，將是否有上一層呼叫的信息保存下來，為停層做好準(zhǔn)備。轎車每到平層位時進(jìn)行檢查，后次檢測的結(jié)果自動刷新保存的值。電梯在上行狀態(tài)時，在上升過程中或者停層后，發(fā)現(xiàn)有上一層呼叫，自動將電梯切換到低速模式(停層模式)，為就停層做好準(zhǔn)備，只有在低速模式下遇到本層呼叫才會停層。

圖3 判斷上一層有外上呼叫的控制流程

3.3 準(zhǔn)確停層的解決方案

根據(jù)上面的情況分析，實際上就是電梯提前一層就開始切換到低速，并實現(xiàn)停層。在低速下電梯才能實現(xiàn)平穩(wěn)準(zhǔn)確停層。采用這種方式同時解決了電梯快要到平層位時，響應(yīng)突然出現(xiàn)本層呼叫信號，如果在這種情況下響應(yīng)本層呼叫停層，就會出現(xiàn)急?；蛲硬坏轿坏那闆r，因此對這種情況不需停層。如果提前一層就檢測了是否需停層，在上升過程中過了檢測區(qū)(平層區(qū))后出現(xiàn)的上一層呼叫只登記而不給予響應(yīng)，這樣就能避開了突然停層的問題，對于非高速電梯，采用這樣的控制方法也可避免突然停層的情況。

提前一層就進(jìn)入停層過程解決了準(zhǔn)確停層的問題，但過早地切換到低速模式，勢必影響到系統(tǒng)響應(yīng)速度。為解決這個矛盾，以上行為例，可將上一層是否有呼叫的檢測點后移，也就是更接近該停層的平層區(qū)才檢測。

對于帶旋轉(zhuǎn)編碼器的電梯系統(tǒng)，通過編碼器測得的數(shù)據(jù)，可以知道電梯所處的位置，并可以得到電梯是否位于平層區(qū)，在進(jìn)行上一層是否有呼叫檢測時，如果將編碼器測得的實際數(shù)值減去一個常數(shù)進(jìn)行偏移修正，再根據(jù)前面的方法就可以推后進(jìn)行檢測，也就能夠?qū)崿F(xiàn)離平層更近的距離從高速切換到低速，從而提高了系統(tǒng)的性能。通過改變偏移常數(shù)，可以調(diào)整距離。注意，在進(jìn)行本層呼叫檢測時就不能偏移，要用真實值。

對于不帶旋轉(zhuǎn)編碼器，直接采用檢查開關(guān)，可以通過延時的方式，過平層區(qū)后延時一段時間再檢查是否有上一層呼叫，實際上就是通過延時將檢查區(qū)后移，當(dāng)然，本層呼叫檢測時就不能延時?？梢?，對于不帶旋轉(zhuǎn)編碼器的系統(tǒng)實現(xiàn)起來也不難。

4 結(jié)束語

建立在以層為基礎(chǔ)的電梯運(yùn)行的動態(tài)二進(jìn)制數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，通過對呼叫信號的簡單移位處理及呼叫識別，區(qū)分電梯的各種呼叫狀態(tài)，并能預(yù)先檢測停層信號，切換到低速，為停層做好準(zhǔn)備。采用這種策略，很容易實現(xiàn)高速電梯的平穩(wěn)停層和準(zhǔn)確停層，也解決了電梯快到平層位時，響應(yīng)突然出現(xiàn)的本層呼叫而出現(xiàn)急?；蛲硬坏轿坏那闆r。提高了電梯的安全性和舒適性，也提高了電梯的運(yùn)行效率同時也能達(dá)到電梯的綠色節(jié)能效果。

本文首次提出的這種控制策略是一種簡單、可靠、通用性好的高速電梯控制策略。采用這種策略易于實現(xiàn)高層高速電梯的控制，控制程序結(jié)構(gòu)及算法無需調(diào)整就能實現(xiàn)各種層數(shù)不同的電梯系統(tǒng)。應(yīng)用此控制策略，將復(fù)雜的動態(tài)電梯系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為簡單的靜態(tài)處理，使得高層高速電梯的控制變得簡單而易于實現(xiàn)，可推廣和應(yīng)用。

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