電梯群控系統(tǒng)派梯算法研究

張萌

摘? 要：為提高電梯在實際生活中的高效節(jié)能、安全穩(wěn)定等需求，詳細研究了電梯群控系統(tǒng)派梯算法。分析影響系統(tǒng)派梯的四種性能指標，并根據(jù)侯梯時間、乘梯時間、電梯功耗和乘客載裝率這四項指標實現(xiàn)函數(shù)評估，提出基于多指標賦權的群控算法。結合常規(guī)派梯原則和評估函數(shù)的衰減情況，總結多指標賦權的群控算法派梯原則。理論分析表明：基于多指標賦權的群控算法能合理的在上行高峰模式、下行高峰模式、空閑模式和隨機模式完成派梯任務。

關鍵詞：群控系統(tǒng)派梯算法;性能指標;函數(shù)評估;多指標賦權

中圖分類號：TU857? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）09-0051-03

Abstract： To improve the efficiency， energy saving， safety and stability ofthe elevatorin real life， the algorithm of elevator group control system dispatching is studied in detail. Four performance indexes that affect the system dispatching are analyzed， and function evaluation is realized according to four indexes： waiting time， taking time， elevator power consumption and passenger loading rate. A group control algorithm based on multi index weighting is proposed. Coupled withthe conventional ladder principle and the attenuation of the evaluation function， the dispatching principle of multi index weighting group control algorithm is summarized. Theoretical analysisis shown thatthe group control algorithm based on multi index weighting can reasonably complete the task of dispatching in the uplink peak mode， downlink peak mode， idle mode and random mode.

Keywords： elevator algorithm of group control system; performance index; function evaluation; multi-indicator empowerments

1 概述

電梯日益成為人們生活中必不可少的一種交通工具。乘梯時間過長會引起乘客的不良情緒，當乘梯超過一定時間后，乘客就會產生厭煩或厭惡心理[1]。同時，派梯時也必須考慮電梯轎廂內的乘客人數(shù)，若轎廂過于擁擠則會導致乘客產生不良情緒。電梯群控系統(tǒng)是一個高質量、高精度控制的人員運輸系統(tǒng)[2]。劉明澤等人提出基于PLC的電梯群控系統(tǒng)，但一般PLC控制器負擔過重，靈活性不好，進行數(shù)據(jù)交換的電纜比較多，其單一通訊模式會使PLC控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸效率低[3]。杭帥楠等人提出基于CAN通信電梯群控系統(tǒng)，雖然實現(xiàn)了很好的通訊傳輸效果，但派梯算法還有很多優(yōu)化空間[4]。因此，本文詳細分析了影響派梯時間的各類因素，對電梯群控系統(tǒng)派梯算法進行詳盡研究，建立了電梯群控系統(tǒng)的多目標評估函數(shù)。

2 電梯群控制系統(tǒng)運行流程

電梯群控系統(tǒng)一般保證三臺以上電梯同步運行。每部電梯均配有專門的控制器，每個控制器都和群控器連接。群控器主要負責整體系統(tǒng)的電梯調度。除群控系統(tǒng)負責調度以外，每個電梯都獨立工作。群控系統(tǒng)從工作意義上而言針對的是外呼登記。當電梯的運行方向發(fā)生變化，那么新一輪電梯響應優(yōu)先級產生。群控系統(tǒng)運行流程有以下四點[5]：

（1）優(yōu)先同向任務。當電梯下行（或上行）時，電梯優(yōu)先接收同向的外召呼梯任務，同時記錄反向的呼梯層數(shù)。當電梯達到盡頭時，再根據(jù)記錄的反向呼梯層數(shù)進行另一次呼梯任務。一般情況下，距電梯轎廂越遠，呼梯優(yōu)先級越高。

（2）優(yōu)先內呼任務。針對單梯系統(tǒng)，電梯首要任務是處理該轎廂內的呼梯任務。群控器不能打斷電梯內呼梯任務。當有外部呼梯命令時，群控器只能選擇當前與外呼方向相同的電梯，或者選擇最早與外呼方向相同的電梯。

（3）滿載不接收任務。當轎廂的載重量達到一定上限時，為保證安全，轎廂只接受內召層數(shù)的選擇而不響應外部呼梯。這種狀態(tài)一直持續(xù)到轎廂內載重低于上限，電梯才能進入正常響應狀態(tài)。

（4）速度的分級控制。一部電梯的門機系統(tǒng)以及轎廂的運行都需要多級速度的支持來達到乘客的舒適度。首先要求低速，可以保證電梯系統(tǒng)安全;然后，保證高速，可以提高電梯系統(tǒng)運輸效率。

電梯群控系統(tǒng)結構如圖1所示。電梯系統(tǒng)描述需要綜合考慮客流量、客流周期及運輸分布等多方面因素。電梯的客流量、起止樓層都和電梯運行時間存在密切聯(lián)系，并具有重要制約關系。這些指標和因素往往都是隨機的，然而客流具有一定規(guī)律性，相關規(guī)律性對于交通模式的研究與分析具有十分重要的促進意義。電梯群控系統(tǒng)運行模式主要分為上行高峰模式（如下班時間段）、下行高峰模式（如上班時間段）、空閑模式（如夜間）和隨機模式（如白天）。

3 基于多指標賦權的群控算法

3.1 影響派梯的性能指標

大多數(shù)電梯群控算法都是針對乘客等待電梯的時間，本文將乘客乘坐電梯的時間、電梯的能耗和電梯乘客載裝率也納入到群控算法的影響因素之內。因此，本群控算法兼顧四項電梯群控指標，以保證對電梯群控系統(tǒng)的優(yōu)化和改善。把這四個指標用數(shù)學方式分析，設置一組數(shù)組a1，a2，a3，a4。在各個指標元素影響下，力爭函數(shù)值之和H=（a1a2a3a4）盡可能達到期望值或極限值。因此，假設一套評估函數(shù)，為指標賦予加權系數(shù)，主要采用線性加權和法。

線性加權和法是將多個指標進行組合，最終整理為單個目標的評估函數(shù)。這個方法主要適用于針對多指標系統(tǒng)的評估工作。首先，設系統(tǒng)有m個指標D1（x），D2（x），D3（x）...Dm（x）。然后，對每個指標都賦予一個系數(shù)K，其中Ki是Hi（x）的加權系數(shù)，其數(shù)值大小直接反映了Hi（xi）對整體的影響程度。最后，將系統(tǒng)所有指標和加權系數(shù)整合，得公式（1）為：

根據(jù)線性加權和法，一般來說K1+K2+…+Ki=1。在加權系數(shù)和為1的情況下，需要令目標函數(shù)W盡可能的達到期望值或極限值。針對上述描述的多指標系統(tǒng)，對四個指標函數(shù)做定義，即設D1（x）為乘客的電梯侯梯時間，D2（x）為乘客的乘梯時間，D3（x）為系統(tǒng)的能耗程度，D4（x）為電梯乘客載裝率。由于一個群控系統(tǒng)一般需要至少三臺電梯同時運行，對于只有三部電梯的電梯群控系統(tǒng)而言，其電梯群控的描述函數(shù)依次為：

可以看出，函數(shù)W（x）的值越大，第x號電梯越適合響應并執(zhí)行運輸任務。式（2）中系數(shù)K為電梯群控的四個指標的賦權系數(shù)，本系數(shù)越大說明該群控指標對整體評估的影響越大。對于電梯各種模式的權重系數(shù)設計如表1所示。

3.2 算法分析

乘客等候第x部電梯的時間指標用T（x）表示，T（x）是電梯開關門時間和電梯運行時間之和，即T（x）=Tdoor+Twork。其中，Tdoor值需要根據(jù)實際電梯系統(tǒng)的開關門時間進行設置;Twork值一般需要軟件模擬計算，并結合實際經(jīng)驗設置。根據(jù)相關文獻資料和實踐經(jīng)驗，假設電梯的加速度為a，運行距離為S，加速度的變化率為e，故Twork模擬計算和設置函數(shù)如表2所示。

當電梯群控系統(tǒng)的門廳外呼層數(shù)和目標層數(shù)確定后，就能夠估算出乘客的侯梯時間Twork，從而開展電梯侯梯時間評估指標D1（x）的后續(xù)計算。其中Twork和D1（x）的關系如圖2所示。從圖可看出，該指標隨著時間的增加而逐漸減小。如果乘客等待電梯時間較長，則這項評估指標值會越來越小，因此群控系統(tǒng)會優(yōu)先呼叫其他本指標值更大的電梯。

用D2（x）來表示乘梯時間的評估指標，它與電梯的運行速度有關，和門機系統(tǒng)的開關速度有關。評估函數(shù)如圖3所示。該評估指標隨著乘梯時間的增長而逐漸減小。即乘客乘梯的時間越長，群控系統(tǒng)優(yōu)先把其他乘梯時間短的電梯派到乘客所在目標樓層。

群控器派出的電梯在到達乘客呼梯目標樓層前，為減少能耗，一般要求盡量減少電梯的?？看螖?shù)。因此，構造一個能耗函數(shù)D3（x），如圖4所示。隨著電梯?？看螖?shù)的增多，能耗評估函數(shù)值越來越小。可以看出，?？看螖?shù)多的電梯不適合被群控系統(tǒng)呼叫并指派完成運輸任務。

單位時間內乘載的乘客人數(shù)越多，則電梯的裝載率越高，構造一個裝載率函數(shù)D4（x），如圖5所示。隨著電梯裝載率的增多，其裝載率評估函數(shù)值越來越小，群控系統(tǒng)趨向于把裝載人數(shù)少的電梯派到電梯乘客所呼梯的目標樓層。

4 結束語

詳盡分析了影響電梯群控系統(tǒng)派梯的四個指標：乘客侯梯時間、乘客乘梯時間、電梯功耗和電梯乘客載裝率，提出了一種基于多指標賦權的群控派梯算法。結合常規(guī)電梯群控系統(tǒng)派梯原則和所提算法，敘述了各種情況下的派梯過程。

參考文獻：

[1]黃雯雯.電梯群控技術的現(xiàn)狀與發(fā)展方向[J].硅谷，2014，2：82-87.

[2]王瀚韜.電梯群控算法及評測系統(tǒng)的研究與設計[D].杭州電子科技大學，2012.

[3]劉明澤，吳何畏，周靖航，等.基于S7-1200PLC的電梯群控系統(tǒng)的設計與仿真[J].工業(yè)控制計算機，2019，32（03）：129-132.

[4]杭帥楠，岳文凱，戚永奇.CAN通信電梯群控系統(tǒng)性能測試的方案設計[J].工業(yè)控制計算機，2019，32（08）：19-23.

[5]王堅.基于三菱PLC的群控電梯智能系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].電氣應用，2013，32（20）：93-96.