群控電梯調(diào)度效率優(yōu)化設(shè)計

陳健 胡凱

摘 要：隨著建筑業(yè)的快速發(fā)展，人們對電梯的需求也日益增加。在現(xiàn)今的電梯行業(yè)，電梯群控系統(tǒng)的控制方式主要為星形和環(huán)形兩種，穩(wěn)定性較低；群控調(diào)度算法考慮的因素較單一；一般的電梯群控系統(tǒng)普遍存在著的弊端有：乘客的候梯、乘梯時間不可知；客流分配不合理；電梯運行效率低。尤其是在高峰時段，客流量多，轎廂易擁擠，候梯、乘梯時間增加，更有些乘客因沒來得及選梯，電梯就已經(jīng)過了目的樓層。因此設(shè)計一種穩(wěn)定、調(diào)度合理的電梯群控系統(tǒng)很有必要。因此在本文之中，主要是對群控電梯調(diào)度效率優(yōu)化的設(shè)計做出了全面的分析研究，與此同時也是在這個基礎(chǔ)之上提出了下文中的一些內(nèi)容，希望能夠給予相同行業(yè)進行工作的人員提供出全面的參考。

關(guān)鍵詞：群控電梯；調(diào)度；優(yōu)化；設(shè)計；分析

引言：隨著高層建筑物數(shù)量的增加，電梯數(shù)量和使用頻率也日益增加，為滿足人們的運行需求，往往需要多臺電梯同時工作，這就需要群控系統(tǒng)來實現(xiàn)。電梯群控指的是使用微機對共用層站、集中排列的多臺電梯進行集中控制，這個過程的實現(xiàn)要以電梯運行方向、呼梯信號和轎廂的當(dāng)前位置為基礎(chǔ)。傳統(tǒng)電梯的目的層呼梯是通過轎廂通訊板和外召板的二次信號輸入來實現(xiàn)的，這種方法在很大程度上影響了呼梯效率和客流量的優(yōu)化配置，不利于實現(xiàn)電梯節(jié)能。因此，探討群控電梯目的層調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計對優(yōu)化電梯運行具有重要意義。

1.群控電梯

一是最大最小功能。系統(tǒng)指定1臺電梯應(yīng)召時，使待梯時間最小，并預(yù)測可能的最大等候時間，可均衡待梯時間，防止長時間等候。二是優(yōu)先調(diào)度。在待梯時間不超過規(guī)定值時，對某樓層的廳召喚，由已接受該層內(nèi)指令的電梯應(yīng)召。三是區(qū)域優(yōu)先控制。當(dāng)出現(xiàn)一連串召喚時，區(qū)域優(yōu)先控制系統(tǒng)首先檢出“長時間等候”的召喚信號，然后檢查這些召喚附近是否有電梯。如果有，則由附近電梯應(yīng)召，否則由“最大最小”原則控制。四是特別層樓集中控制。包括：首先將餐廳、表演廳等存入系統(tǒng)；其次根據(jù)轎廂負(fù)載情況和召喚頻度確定是否擁擠；再次在擁擠時，調(diào)派2臺電梯專職為這些樓層服務(wù)；四擁擠時不取消這些層樓的召喚；五擁擠時自動延長開門時間；最后擁擠恢復(fù)后，轉(zhuǎn)由“最大最小”原則控制。五是滿載報告。統(tǒng)計召喚情況和負(fù)載情況，用以預(yù)測滿載，避免已派往某一層的電梯在中途又換派1臺。本功能只對同向信號起作用。六是已起動電梯優(yōu)先。本來對某一層的召喚，按應(yīng)召時間最短原則應(yīng)由停層待命的電梯負(fù)責(zé)。但此時系統(tǒng)先判斷若不起動停層待命電梯，而由其它電梯應(yīng)召時乘客待梯時間是否過長。如果不過長，就由其它電梯應(yīng)召，而不起動待命電梯。七是“長時間等候”召喚控制。若按“最大最小”原則控制時出現(xiàn)了乘客長時間等候情況，則轉(zhuǎn)入“長時間等候”召喚控制，另派1臺電梯前往應(yīng)召。八是特別樓層服務(wù)。當(dāng)特別樓層有召喚時，將其中1臺電梯解除群控，專為特別樓層服務(wù)。九是特別服務(wù)。電梯優(yōu)先為指定樓層提供服務(wù)。十是高峰服務(wù)。當(dāng)交通偏向上高峰或下高峰時，電梯自動加強需求較大一方的服務(wù)。十一是獨立運行。按下轎內(nèi)獨立運行開關(guān)，該電梯即從群控系統(tǒng)中脫離出來，此時只有轎內(nèi)按鈕指令起作用。十二是分散備用控制。大樓內(nèi)根據(jù)電梯數(shù)量，設(shè)低、中、高基站，供無用電梯?？?。十三是主層?？?。在閑散時間，保證1臺電梯停在主層。十四是幾種運行模式。實現(xiàn)低峰模式：交通疏落時進入低峰模式。其次常規(guī)模式：電梯按“心理性等候時間”或“最大最小”原則運行。再次上行高峰：早上高峰時間，所有電梯均駛向主層，避免擁擠。四午間服務(wù)：加強餐廳層服務(wù)。最后下行高峰：晚間高峰期間，加強擁擠層服務(wù)。十五節(jié)能運行。當(dāng)交通需求量不大時，系統(tǒng)又查出候梯時間低于預(yù)定值時，即表明服務(wù)已超過需求。則將閑置電梯停止運行，關(guān)閉點燈和風(fēng)扇；或?qū)嵭邢匏龠\行，進入節(jié)能運行狀態(tài)。如果需求量增大，則又陸續(xù)起動電梯。

2.群控電梯調(diào)度算法的原理模型

蟻群算法是基于螞蟻覓食行為而提出的一種智能優(yōu)化算法，A點為蟻巢，E點為食物，而螞蟻則往返于食物與蟻巢之間，當(dāng)螞蟻面臨一次路徑的選擇的時候，必然會存在幾條遠(yuǎn)近程度不一樣的路徑，當(dāng)?shù)谝慌伻好媾R選擇時，由于沒有任何信息素的引導(dǎo)，它們選擇任意一條路徑的可能性是一樣的，所以當(dāng)分別有30只螞蟻從蟻巢和食物出發(fā)，在B點和D點各有15只螞蟻選擇路徑DCB和DFB，假定螞蟻的移動速度為1，而對于一個單位時間后到達B點和D點的螞蟻，在BCD路徑上有30只螞蟻的信息素，而BFD路徑上有15只螞蟻，顯而易見，此時選擇BCD路徑的螞蟻將是BFD路徑的2倍。經(jīng)過一段時間，最短路徑的信息素會越來越濃，就會有越來越多的螞蟻選擇這條路徑。由此可見，螞蟻正是通過這種具有正反饋的覓食路徑的選擇方式來確定最優(yōu)路線。路徑上的信息素會隨著時間而越來越弱，而這種揮發(fā)優(yōu)化機制可以驅(qū)使螞蟻不停地尋找新的最優(yōu)路徑，這樣就避免了發(fā)生局部最優(yōu)所帶來的弊端。因為局部最優(yōu)會讓螞蟻失去其他的選擇。從這個角度上看，信息素的揮發(fā)和自主的后臺行為就能夠體現(xiàn)出該算法相對于其他算法的高級性。

3.算法仿真結(jié)果

為了驗證算法的有效性，在電梯仿真軟件中進行實物仿真驗證，將帶有電梯仿真軟件的工控機通過特定的模塊PM125與實際的硬件相連接，對于同一套程序可以通過PLC的實際輸入輸出控制實物電梯的運行，也可以通過PM125將實際的輸入輸出鏡像到PM125的虛擬地址里，通過工控機里的仿真軟件對其進行仿真監(jiān)控。在軟件隨機給定的呼梯信號與乘客流的情況下，通過軟件的具體數(shù)據(jù)可以明顯地看到電梯群在運行過程中的各項指標(biāo)的具體數(shù)據(jù)情況。該軟件處于評分狀態(tài)時，系統(tǒng)會自動給出不同的呼梯信號、乘梯人數(shù)、目標(biāo)樓層以及乘客的體重等各項模擬數(shù)據(jù)，同時通過組態(tài)的監(jiān)控畫面和仿真軟件的畫面，真實地模擬實際電梯的運行狀況。監(jiān)控畫面一方面監(jiān)控系統(tǒng)變量的變化，從2個仿真結(jié)果來看，加入算法之后，乘客的平均候梯時間，平均乘梯時間以及乘客的長時間候梯率得到了明顯的降低，系統(tǒng)啟停次數(shù)的減少意味著能耗的降低。

總結(jié)：通過硬件結(jié)合軟件仿真兩方面對系統(tǒng)調(diào)度策略進行驗證，解決了PLC與智能算法較難結(jié)合的問題，提高了以PLC作為控制器的群控電梯系統(tǒng)的調(diào)度效率，為之后基于PLC的先進算法的實現(xiàn)提供了理論依據(jù)和實際案例分析。從目前的實驗效果來看，加入算法后的系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性得到了極大地提升，從候梯時間、能耗和尺碼舒適度等數(shù)據(jù)可以看出，系統(tǒng)運行效率得到了優(yōu)化，解決了蟻群算法只能優(yōu)化基于已知兩點間的最優(yōu)問題，將其應(yīng)用于電梯系統(tǒng)只已知固定一點求路徑最優(yōu)的問題。

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