電梯群控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

徐川

【摘?要】群控系統(tǒng)電梯群控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。闡述了系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)功能、軟件結(jié)構(gòu)、設(shè)計思想及群控系統(tǒng)中的客流仿真和電梯運行仿真設(shè)計。

【關(guān)鍵詞】電梯群控;監(jiān)控;模塊設(shè)計;仿真

隨著高層建筑和智能化建筑不斷出現(xiàn)，人們對電梯服務(wù)質(zhì)量提出了越來越高的要求，單臺電梯往往不能滿足建筑內(nèi)的交通需求，需要合理安裝多臺電梯。安裝在一起的多臺電梯要求單臺電梯的控制系統(tǒng)相互聯(lián)動，且具有監(jiān)控系統(tǒng)。但僅用這種方式不能適應(yīng)客流量的急劇變化，無法改善在某段時間內(nèi)必然出現(xiàn)的長時間候梯現(xiàn)象。為解決這些問題，多臺電梯的優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)，即電梯群控系統(tǒng)應(yīng)運而生。

電梯群控系統(tǒng)是通過對電梯群運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測與分析，再根據(jù)不同的實際情況對各電梯進行優(yōu)化調(diào)度和合理分配，進而改善和提高電梯系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量和服務(wù)效率。

1?群控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

群控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，整個群控系統(tǒng)分為3個層次：數(shù)據(jù)采集層、通信層和群控層。數(shù)據(jù)采集層采集電梯系統(tǒng)的狀態(tài)信息;通信層實現(xiàn)群控層與數(shù)據(jù)采集層間數(shù)據(jù)的雙向通信;群控層則負(fù)責(zé)實現(xiàn)對電梯系統(tǒng)的群控功能。

1.2 系統(tǒng)功能

電梯群控系統(tǒng)是對電梯群的運行進行合理分配和優(yōu)化調(diào)度的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以采集到每個電梯的實時狀態(tài)信息，并可以對電梯進行統(tǒng)一調(diào)配，使電梯群合理運行。系統(tǒng)具有如下功能：

（1）數(shù)據(jù)采集功能

調(diào)度系統(tǒng)能夠?qū)崟r檢測電梯系統(tǒng)中每一臺電梯的運行狀態(tài)，如每臺梯的現(xiàn)行位置、運行方向、載重、速度、梯內(nèi)呼叫信號等，并將這些信息傳到上層軟件，進行相應(yīng)的調(diào)度處理或者顯示處理。

（2）數(shù)據(jù)通信功能

電梯群控系統(tǒng)要實現(xiàn)對電梯運行的合理分配和優(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道，實現(xiàn)雙向通信，進行信息數(shù)據(jù)和控制命令的傳輸。

（3）控制功能

群控系統(tǒng)中，各臺電梯對廳外呼叫信號的響應(yīng)是由系統(tǒng)統(tǒng)一進行分配的。每個廳外呼叫信號并不是直接派給乘客所呼叫電梯的控制器，而是先送到群控調(diào)度模塊，調(diào)度模塊根據(jù)各梯的現(xiàn)行狀態(tài)信息，采用一定的調(diào)配策略，用算法分析出哪臺梯響應(yīng)此呼叫信號會使電梯系統(tǒng)得到最優(yōu)的性能，再將此廳外呼叫信號分配給該電梯控制器。因此，系統(tǒng)具有對電梯控制器進行控制的功能，命令某電梯去響應(yīng)某個廳外的外呼信號。

（4）預(yù)估計算功能

群控系統(tǒng)對大廈中電梯系統(tǒng)所處的交通狀況進行分析，比如客流量以及客流分布、電梯狀態(tài)以及電梯分布等。通過分析可以對乘客呼叫、轎廂人數(shù)、電梯下一站響應(yīng)情況等進行預(yù)測，然后根據(jù)一定的規(guī)則和策略對各梯工作進行協(xié)調(diào)調(diào)度，使電梯系統(tǒng)得到最優(yōu)的運行。

（5）監(jiān)測顯示功能

系統(tǒng)可以對每臺梯的現(xiàn)行位置、運行方向、載重、速度、梯內(nèi)呼叫信號、響應(yīng)情況等信息以及對每個乘客廳外呼叫信號的派梯結(jié)果進行實時檢測，且在主界面上顯示。

（6）自學(xué)習(xí)功能

電梯群控問題僅僅依靠數(shù)學(xué)描述來實現(xiàn)是不夠的，還需要采用對經(jīng)驗知識進行學(xué)習(xí)、使用和獲取的方法，即系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)。

雖然電梯交通系統(tǒng)存在大量的不確定性，但是在一段相對較長時間內(nèi)仍然較有規(guī)律性。對于任何一幢大樓，都有一定的工作周期，在不同周期的同一時間會存在相似的系統(tǒng)狀態(tài)和系統(tǒng)輸入。故通過統(tǒng)計電梯運行各時間段的各參數(shù)可以實現(xiàn)群控系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)。例如統(tǒng)計每一天各時間段內(nèi)的客流量，則可以分析出各樓層何時處于高峰請求期，以便于將電梯優(yōu)先調(diào)度到該樓層，以減少等待時間。

1.3 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)及設(shè)計思想

在設(shè)計電梯群控系統(tǒng)時，為了使系統(tǒng)具有良好的靈活性、可操作性以及可擴充性，系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計思想。系統(tǒng)的不同功能由不同模塊實現(xiàn)。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使系統(tǒng)在硬件結(jié)構(gòu)發(fā)生變化或系統(tǒng)需求發(fā)生變化的情況下只需要對相應(yīng)模塊作少量改動就可以適應(yīng)變化，而無需重新設(shè)計整個系統(tǒng)。群控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)。

（1）通信模塊

不同電梯廠家的電梯控制器可能不同，因此采用的總線通信方式不同。一般的總線通信分3種：RS-485總線、RS-232總線以及CANBUS總線方式。

為了實現(xiàn)群控系統(tǒng)的通用性和靈活性，將通信模塊設(shè)計為動態(tài)鏈接庫的形式，對3種總線方式分別設(shè)計。群控系統(tǒng)根據(jù)實際情況調(diào)用適當(dāng)?shù)耐ㄐ拍K，完成電梯控制器和上一層的通信。

（2）硬件通信管理模塊

不同的總線方式，其通信協(xié)議不同。對于上層軟件，提取下層信息或者傳送命令到下層時需要采用不同的通信協(xié)議。對主程序來說，只需根據(jù)事件發(fā)出消息或命令，而無需作進一步解釋就可以達到目的。為此，結(jié)合面向?qū)ο蟮乃枷?，將通信的解釋專門用一個模塊來實現(xiàn)，使其獨立于主程序。主程序只需面對電梯的相應(yīng)狀態(tài)和控制命令，中間過程則透明化了。

（3）信息查詢和提取管理模塊

通信模塊的設(shè)計使主程序和不同的電梯控制器間能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的正確傳送，主程序收到的只是表示電梯運行狀態(tài)的一些數(shù)據(jù)幀，還需要進一步處理。因此，設(shè)計了一個專門模塊對狀態(tài)信息進行查詢和提取處理。

（4）群控系統(tǒng)總控模塊

群控系統(tǒng)總控模塊是程序的主體部分，它為各個功能模塊提供了接口，實現(xiàn)了系統(tǒng)的鏈接和整合，使系統(tǒng)完成通信、監(jiān)測、控制以及顯示等功能?？偪啬K主要工作是將廳外呼叫信息交給群控呼叫分配模塊，確定最優(yōu)響應(yīng)梯，同時實時監(jiān)控電梯系統(tǒng)運行狀態(tài)并且顯示。

（5）群控電梯運行狀態(tài)監(jiān)控模塊

狀態(tài)監(jiān)控模塊是對電梯群的運行狀態(tài)進行監(jiān)測和實時顯示。它的實現(xiàn)是通過循環(huán)發(fā)出查詢命令，查詢到電梯的實時狀態(tài)信息，解讀后在界面上顯示。一個好的軟件應(yīng)具有友好的人機界面，由于監(jiān)控系統(tǒng)直接對現(xiàn)場的目標(biāo)進行監(jiān)測和控制，因而要求數(shù)據(jù)顯示直觀、醒目，能隨著被監(jiān)控對象狀態(tài)的變化而變化，從而實現(xiàn)由計算機畫面的實時變化來真實地反映動態(tài)的運行過程。顯示界面主要顯示電梯的實時運行情況，即開關(guān)門狀態(tài)、上下行狀態(tài)、到達樓層高度、每層的呼梯、電梯鎖梯等。

2 群控系統(tǒng)中的虛擬仿真

在群控算法的設(shè)計過程中需要測試群控算法的性能。雖然將群控算法加入到實際的群控系統(tǒng)中調(diào)度電梯的方法，能測試算法的性能，但這樣做顯然代價太高，不僅會影響到使用該電梯系統(tǒng)的工作，而且一旦算法失敗，可能會給系統(tǒng)帶來較大損失。

群控系統(tǒng)的仿真環(huán)境主要包括客流仿真和電梯運行仿真。

電梯客流分析的目標(biāo)是確定每個乘客的到達時間、出發(fā)樓層和目標(biāo)樓層。這些信息是進行電梯交通分析和研究電梯群控調(diào)度算法以及進行系統(tǒng)仿真所必須的。建立客流仿真模型首先要確定乘客的到達時間模型，確定何時電梯被請求服務(wù);然后，根據(jù)起始密度向量和起始目標(biāo)矩陣來構(gòu)造乘客的起始樓層和目標(biāo)樓層，即確定了廳外呼叫來自哪一層以及其方向和電梯的內(nèi)選信號。

驗證群控調(diào)度算法時，除了模擬客流到達請求服務(wù)的情形，還需要模擬電梯群的運行狀態(tài)。電梯運行仿真模型是模擬實際電梯運行過程，為電梯群控系統(tǒng)上層軟件提供數(shù)據(jù)，故其功能與實際電梯功能類似。模型具有自動運行、響應(yīng)廳外呼叫請求、響應(yīng)內(nèi)呼請求、自動停站和開關(guān)門、自動調(diào)速、滿載處理等功能。

3?結(jié)束語

本文對電梯群控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、軟件構(gòu)成及設(shè)計思想、實現(xiàn)方法進行了闡述，在實際應(yīng)用中具有可靠、實用、易擴展、易實現(xiàn)的特點。但建立電梯群控系統(tǒng)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、診斷技術(shù)、人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，智能調(diào)度技術(shù)也日新月異，從而使系統(tǒng)中的許多工作都要進一步深入研究。

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