摘  要： 群控系統(tǒng)" title="電梯群控系統(tǒng)" target="_blank">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(yùn)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(yùn)而生。

　　電梯群控系統(tǒng)是通過對電梯群運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)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(jìn)行優(yōu)化調(diào)度和合理分配，進(jìn)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)如圖1所示，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。

　　這種結(jié)構(gòu)中各電梯控制器相對獨立地采集內(nèi)選信號和外呼信號，再通過系統(tǒng)軟件將呼叫信息傳送給上層的群控調(diào)度機(jī)。當(dāng)群控調(diào)度機(jī)工作正常時，電梯系統(tǒng)以較高效率和性能運(yùn)行，更好地滿足乘客需求；而當(dāng)群控調(diào)度機(jī)出現(xiàn)故障時，電梯系統(tǒng)中各臺電梯仍可由各自電梯控制器控制正常運(yùn)行。這種結(jié)構(gòu)與以往的群控系統(tǒng)中群控調(diào)度機(jī)統(tǒng)一接受乘客廳外呼叫信號并進(jìn)行分配的結(jié)構(gòu)相比有了改進(jìn)。雖然這種結(jié)構(gòu)相對降低了效率，但有效地防止了電梯系統(tǒng)癱瘓，較好地保證了電梯系統(tǒng)的安全可靠性和高效能性。

1.2 系統(tǒng)功能

　　電梯群控系統(tǒng)是對電梯群的運(yùn)行進(jìn)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(jìn)行統(tǒng)一調(diào)配,使電梯群合理運(yùn)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(yùn)行狀態(tài),如每臺梯的現(xiàn)行位置、運(yùn)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(jìn)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(yùn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行預(yù)測,然后根據(jù)一定的規(guī)則和策略對各梯工作進(jìn)行協(xié)調(diào)調(diào)度,使電梯系統(tǒng)得到最優(yōu)的運(yùn)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(yùn)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(jìn)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(jìn)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(yùn)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。通常電梯運(yùn)行的交通模式可以分為上行高峰、下行高峰、空閑和正常工作模式。電梯的調(diào)度可以根據(jù)不同模式進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。例如在上行高峰模式下,基站等候的乘客多,應(yīng)使電梯盡快地到達(dá)基站以減少乘客的平均等候時間和長時間候梯率;而在空閑模式下則可以適當(dāng)減少運(yùn)行電梯的臺數(shù),以節(jié)約能量。

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(kuò)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)如圖2所示。

    (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(jìn)一步解釋就可以達(dá)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(yùn)行狀態(tài)的一些數(shù)據(jù)幀,還需要進(jìn)一步處理。因此,設(shè)計了一個專門模塊對狀態(tài)信息進(jìn)行查詢和提取處理。

　　該模塊收到主程序的查詢命令后,根據(jù)硬件決定的通信協(xié)議將命令封裝后送到底層。另一方面,接收從底層傳來的數(shù)據(jù),根據(jù)相應(yīng)協(xié)議將所需信息提取出來,例如某臺電梯當(dāng)前所在樓層、內(nèi)呼信息等,再將這些信息傳送給主程序。因而對主程序而言,如同直接面對電梯對象,可以直接看到電梯狀態(tài)。

　　(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(yùn)行狀態(tài)并且顯示。

　　(5)群控呼叫分配模塊

　　電梯廳外呼叫信息有2種方式:集選呼叫和非集選呼叫。集選呼叫是大廈每一層只有一個呼叫板,乘客的外呼請求服務(wù)信息由該采集板統(tǒng)一采集送到群控系統(tǒng)進(jìn)行分析以及派梯。而非集選分配則是大廈每一層各臺電梯有自己的呼叫板,乘客可以選定任一梯請求服務(wù),但系統(tǒng)仍然要將該信號送到群控模塊處理,確定究竟由哪臺梯響應(yīng)乘客的請求。

　　群控呼叫分配模塊是群控系統(tǒng)的核心部分。電梯系統(tǒng)每收到一個呼叫信息,即時通過通信模塊傳到分配模塊。分配模塊通過群控調(diào)度算法確定出響應(yīng)梯號,傳送控制命令到底層,將呼叫信號分配給響應(yīng)梯的控制器。在非集選方式下,還要發(fā)一個控制命令給最初得到外呼請求的電梯控制器取消其收到的服務(wù)請求。

　　群控模塊還包括一個顯示模塊,動態(tài)顯示呼叫信息和各臺電梯響應(yīng)狀態(tài)。

　　(6)群控電梯運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控模塊

　　狀態(tài)監(jiān)控模塊是對電梯群的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)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(jī)界面,由于監(jiān)控系統(tǒng)直接對現(xiàn)場的目標(biāo)進(jìn)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(jī)畫面的實時變化來真實地反映動態(tài)的運(yùn)行過程。顯示界面主要顯示電梯的實時運(yùn)行情況,即開關(guān)門狀態(tài)、上下行狀態(tài)、到達(dá)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。故從電梯系統(tǒng)的特性出發(fā),在考慮其安全可靠性和運(yùn)行成本的前提下,進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計時,采用計算機(jī)建立虛擬仿真環(huán)境來模擬產(chǎn)生數(shù)據(jù)的方法。

　　群控系統(tǒng)的仿真環(huán)境主要包括客流仿真和電梯運(yùn)行仿真。

　　電梯客流分析的目標(biāo)是確定每個乘客的到達(dá)時間、出發(fā)樓層和目標(biāo)樓層。這些信息是進(jìn)行電梯交通分析和研究電梯群控調(diào)度算法以及進(jìn)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(dá)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(dá)請求服務(wù)的情形,還需要模擬電梯群的運(yùn)行狀態(tài)。電梯運(yùn)行仿真模型是模擬實際電梯運(yùn)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(yùn)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(jìn)行了闡述,在實際應(yīng)用中具有可靠、實用、易擴(kuò)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(jìn)一步深入研究。

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