淺談基于物聯(lián)網(wǎng)的智能電梯群控系統(tǒng)

程誠周彥暉

（西南大學(xué)，重慶 400715）

淺談基于物聯(lián)網(wǎng)的智能電梯群控系統(tǒng)

程誠周彥暉

（西南大學(xué)，重慶 400715）

隨著社會(huì)的發(fā)展，高層建筑如雨后春筍般涌現(xiàn)，電梯作為重要交通工具也被廣泛使用。本文結(jié)合電梯群控系統(tǒng)的實(shí)際操作，通過運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計(jì)出基于物聯(lián)網(wǎng)的智能電梯群控系統(tǒng)，提出具體系統(tǒng)流程，使電梯群控在不需要人為的操作下，大幅度提高電梯的智能化與可靠性水平。

智能電梯群控系統(tǒng) 傳感器 物聯(lián)網(wǎng)

1 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，國內(nèi)城市化進(jìn)程的加快，越來越多的高層建筑如雨后春筍般涌現(xiàn)。作為高樓大廈內(nèi)部重要的交通工具，電梯已經(jīng)被廣泛使用。隨著科技智能化技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對電梯的性能需求和服務(wù)質(zhì)量提出了越來越高的要求[2]?，F(xiàn)如今的電梯群控系統(tǒng)雖已相對比較成熟，但在乘客的平均等候時(shí)間、平均乘梯時(shí)間無法滿足現(xiàn)代城市人的時(shí)間觀念及使用需求。因此，加強(qiáng)對電梯群控系統(tǒng)核心技術(shù)的研究，開發(fā)更多滿足用戶需求的智能化電梯群控系統(tǒng)已迫在眉睫。而電梯群控系統(tǒng)的最優(yōu)控制是一種基于時(shí)間最短、運(yùn)力最優(yōu)、所消耗的能量最優(yōu)的動(dòng)態(tài)綜合最優(yōu)的策略[5]。但現(xiàn)存系統(tǒng)最大的問題就是沒有達(dá)到此最優(yōu)策略，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足用戶的需求。下面將舉例列出其現(xiàn)存問題：以某大學(xué)第25教學(xué)樓（簡稱25教）為例進(jìn)行剖析，25教電梯最多裝載21人、1600kg，運(yùn)行樓層共19層（負(fù)一層至18層），電梯兩部（簡稱電梯1、電梯2）。其主要存在的問題為：①高峰期時(shí)（早8點(diǎn)上課、下午2點(diǎn)30上課、晚7點(diǎn)上課等），電梯從一樓上行。有時(shí)會(huì)出現(xiàn)下述情況：當(dāng)電梯1在一樓，若從2樓以上有人需上行，這時(shí)電梯2就不會(huì)下到一樓，盡管只有一個(gè)人乘坐電梯2上行；②高峰期時(shí)（中午晚上飯點(diǎn)，下課）電梯從高層下行。經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)這樣的情況：電梯常常已經(jīng)接近超載，電梯仍依舊滿足所有請求，凡是有請求的樓層都把門打開，浪費(fèi)了電梯里外用戶的時(shí)間；③當(dāng)電梯1在一樓等待時(shí)，電梯2正在下行（還未經(jīng)過你發(fā)出請求的樓層），這時(shí)候你發(fā)出上行請求，電梯2只有經(jīng)過你發(fā)出請求的樓層后，電梯1才會(huì)上行，增加了用戶的等待時(shí)間，是由于電梯內(nèi)部按鍵與外部按鍵并未相連起來綜合分析用戶請求；④當(dāng)電梯外用戶發(fā)出請求后，由于等待時(shí)間過長或者其他原因，用戶并未取消請求就離開，電梯依舊執(zhí)行了用戶發(fā)出的請求。同樣的，若電梯內(nèi)的用戶提前離開電梯，電梯里已無用戶，但其依舊執(zhí)行完電梯內(nèi)部用戶發(fā)出的請求。

由上知，現(xiàn)電梯的調(diào)度增加了用戶等待時(shí)間、乘梯時(shí)間、能源消耗等，究其原因，均是由于電梯不夠智能化而導(dǎo)致。本文將如今比較火熱的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)用在電梯群控系統(tǒng)中，使系統(tǒng)調(diào)度電梯更加智能化和合理化。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能電梯群控系統(tǒng)

基于物聯(lián)網(wǎng)的電梯群控系統(tǒng)主要利用的是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的傳感器技術(shù)，解決現(xiàn)如今電梯存在的問題和不足。具體如下述所示：

①用戶發(fā)出請求后，電梯口的重量傳感器會(huì)將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳給系統(tǒng)總控中心，直到電梯到達(dá)發(fā)出請求的電梯口后取消外部按鍵亮燈，傳感器停止發(fā)送數(shù)據(jù)。電梯只會(huì)一次取消一種請求，即上行或下行請求，只要其中的一種請求存在，重量傳感器就不會(huì)停止發(fā)送數(shù)據(jù)，直到所有請求都完成。設(shè)置每樓層的電梯口重量傳感器是并聯(lián)的，即同一層的重量傳感器數(shù)據(jù)是同一個(gè)編號，每次發(fā)送數(shù)據(jù)是一個(gè)整體發(fā)送，系統(tǒng)總控制中心收到的該樓層重量是該樓層重量傳感器數(shù)據(jù)的總和。而不同樓層間的重量傳感器是串聯(lián)的，即不同樓層間的重量傳感器是無關(guān)的，數(shù)據(jù)是單獨(dú)發(fā)送給系統(tǒng)總控制中心的。

②系統(tǒng)總控制中心在收到各電梯位置信息、載重信息、內(nèi)部請求信息和運(yùn)行方向信息后，結(jié)合發(fā)送來的電梯口的重量傳感器數(shù)據(jù)，綜合分析調(diào)度最適宜的電梯前往執(zhí)行用戶請求?；緢?zhí)行優(yōu)先級為，若存在電梯內(nèi)部有同樣的請求（電梯當(dāng)前位置到請求位置中間間隔請求不大于3）且電梯運(yùn)行方向一致的優(yōu)先執(zhí)行；若等待重量大于電梯最大載重量的一半且等待時(shí)間大于電梯從最低樓層到最高樓層運(yùn)行時(shí)間的5倍，有空閑的電梯無論在何處優(yōu)先執(zhí)行這個(gè)請求；電梯內(nèi)部下行請求樓層低于外部發(fā)出上行請求的樓層，空閑的電梯上行執(zhí)行外部發(fā)出的請求（反之同理）；兩部電梯同一個(gè)方向一起達(dá)到某個(gè)樓層，電梯內(nèi)部未完成請求少且電梯內(nèi)部剩余載重量大于外部等待載重量的電梯執(zhí)行該樓層的請求，若無法滿足的則按電梯剩余載重量大的執(zhí)行該樓層請求；其余的沿用如今比較常用的電梯調(diào)度。

③當(dāng)電梯外部發(fā)出請求，重量傳感器若發(fā)送的數(shù)據(jù)多次為0時(shí)，外部自動(dòng)取消按鍵的請求，按鍵燈滅，電梯不執(zhí)行該請求。當(dāng)電梯執(zhí)行內(nèi)部請求時(shí)，電梯內(nèi)部監(jiān)控?cái)z像頭紅外偵測信號若長時(shí)間發(fā)出無人信號，電梯內(nèi)部按鍵請求燈滅，自動(dòng)取消按鍵請求。當(dāng)電梯速度異常，電梯速度檢測傳感器立即發(fā)出異常報(bào)告，并對電梯發(fā)出減速運(yùn)行指令，保證電梯安全。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能電梯群控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)總體框架

電梯群控系統(tǒng)由系統(tǒng)總控制中心控制，用戶輸入模塊向控制中心發(fā)送請求，控制中心向顯示模塊發(fā)送相應(yīng)的顯示，傳感器模塊向控制中心發(fā)送數(shù)據(jù)，控制中心通過電梯群控調(diào)度算法對電梯進(jìn)行調(diào)度。系統(tǒng)總體的架構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)的電梯內(nèi)部控制流程如圖2所示，系統(tǒng)的電梯外部控制流程如圖3所示。

圖1 電梯總體架構(gòu)圖

圖2 電梯內(nèi)部控制流程圖

圖3 電梯外部控制流程圖

3.2 系統(tǒng)指標(biāo)

在電梯群控系統(tǒng)中，電梯運(yùn)行時(shí)，控制器需從各種傳感器搜集數(shù)據(jù)與信息，綜合根據(jù)數(shù)據(jù)信息控制電梯運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。系統(tǒng)部分指標(biāo)為：

①電梯外部用戶輸入的請求后，無線傳感器將信息傳輸給系統(tǒng)總控制節(jié)點(diǎn)，該控制節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)與發(fā)生請求時(shí)間間隔不應(yīng)大于500 ms；

②系統(tǒng)總控制節(jié)點(diǎn)接收到電梯位置傳感器信息時(shí)間間隔不應(yīng)大于100 ms；

③系統(tǒng)速度測量傳感器檢測出速度異常，時(shí)間間隔不應(yīng)大于100 ms，將異常上報(bào)系統(tǒng)總控制節(jié)點(diǎn)并由系統(tǒng)總控制節(jié)點(diǎn)發(fā)出減速運(yùn)行指令時(shí)間間隔不應(yīng)大于100 ms；

④電梯運(yùn)行速度不應(yīng)大于30 m/s，大于此速度電梯速度測量傳感器應(yīng)該發(fā)出報(bào)警，將異常上報(bào)系統(tǒng)總控制節(jié)點(diǎn)；

⑤電梯載重量應(yīng)為電梯牽引纜繩所能承受的重量減去電梯本身重量內(nèi)；

⑥電梯外部重量傳感器能準(zhǔn)確測量出用戶的重量，并能在100ms內(nèi)將數(shù)據(jù)發(fā)給電梯總控制中心；

⑦電梯門上的紅外傳感器能檢測出電梯是否有人在進(jìn)出。

3.3 系統(tǒng)測試方案

以25教學(xué)樓為基本測試場地，電梯群控系統(tǒng)測試方案采用的是黑盒測試。部分測試用例如表1所示：

表1 系統(tǒng)測試方案

4 系統(tǒng)存在的問題

經(jīng)測試后，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在下述問題：

（1）不能區(qū)分相應(yīng)重量雖增加了壓力傳感器和視頻監(jiān)控設(shè)備，但若在一個(gè)可上行可下行的樓層發(fā)出上行和下行的請求，電梯群控系統(tǒng)重量傳感器并不能判斷區(qū)分出上行人和下行人的重量。

（2）電梯的成本增加

據(jù)資料表明：重量傳感器的價(jià)格為百元到上千元，保守估計(jì)一部電梯每樓層添置重量傳感器需增加1000元，將電梯內(nèi)部的槍機(jī)監(jiān)控?cái)z像頭換成帶紅外傳感器報(bào)警的槍機(jī)攝像頭，需增加約500元。一個(gè)擁有3部電梯的十層樓，大概得增加5萬元左右的花費(fèi)?？紤]機(jī)器耗損速度，使用頻率較高的1樓估計(jì)每1～2年就需更換。

（3）用戶體驗(yàn)與電梯速度不能同時(shí)滿足

電梯在保證安全和人體無感覺的范圍內(nèi)盡量以最快速度運(yùn)行，即接近用戶發(fā)出請求的樓層時(shí)會(huì)有一個(gè)提前減速，類似火車進(jìn)站前的減速，但有時(shí)會(huì)讓用戶很無奈。例如一部電梯正從11樓下行，若此時(shí)在10樓發(fā)出下行請求，電梯不會(huì)在10樓停止，這好比“一只煮熟的鴨子飛了”。

5 結(jié)束語

由于高樓大廈越來越多，用戶時(shí)間觀念的強(qiáng)化和對電梯依賴性的加強(qiáng)，使得電梯的不合理調(diào)度成為老生常談的話題之一。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展及應(yīng)用，將會(huì)給電梯的制造企業(yè)帶來巨大的挑戰(zhàn)。本文設(shè)計(jì)了基于物聯(lián)網(wǎng)的智能電梯群控系統(tǒng)，提出具體系統(tǒng)流程和指標(biāo)，其內(nèi)容將在進(jìn)一步的工作中補(bǔ)充和完善。

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Discussion on Intelligent Elevator Group Control System Based on Internet of Things

CHENG Cheng,ZHOUYan-hui
(Southwest University,Chongqing 400715,China)

With the development of society,high-rise buildings have sprung up.As an important transport tool,the elevator is widely used.In this paper,combining with the actual operation of the elevator group control system,the intelligent elevator group control system is designed based on the Internet of things,and the system processes are described.The elevator group control system can significantly improve the intelligence and reliability of elevator without human operation.

intelligent elevator group control system;sensor;internet of things

T319

A

1008-1739（2015）12-69-3

定稿日期：2015-05-26

國家科技支撐計(jì)劃課題項(xiàng)目號：2012BAH77F04、2012BAH77F05