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(jì)與實(shí)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(jì)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(jì)。

　　關(guān)鍵詞： 電梯群控  監(jiān)控  模塊設(shè)計(jì)  仿真

　　隨著高層建筑和智能化建筑不斷出現(xiàn)，人們對(duì)電梯服務(wù)質(zhì)量提出了越來(lái)越高的要求，單臺(tái)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(tái)電梯。安裝在一起的多臺(tái)電梯要求單臺(tái)電梯的控制系統(tǒng)相互聯(lián)動(dòng)，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(wú)法改善在某段時(shí)間內(nèi)必然出現(xiàn)的長(zhǎng)時(shí)間候梯現(xiàn)象。為解決這些問(wèn)題，多臺(tái)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(guò)對(duì)電梯群運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與分析，再根據(jù)不同的實(shí)際情況對(duì)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(gè)群控系統(tǒng)分為３個(gè)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(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(duì)獨(dú)立地采集內(nèi)選信號(hào)和外呼信號(hào)，再通過(guò)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(shí)，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(shí)，電梯系統(tǒng)中各臺(tái)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(hào)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(duì)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(duì)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(gè)電梯的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息,并可以對(duì)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(shí)檢測(cè)電梯系統(tǒng)中每一臺(tái)電梯的運(yùn)行狀態(tài),如每臺(tái)梯的現(xiàn)行位置、運(yùn)行方向、載重、速度、梯內(nèi)呼叫信號(hào)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)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(tái)電梯對(duì)廳外呼叫信號(hào)的響應(yīng)是由系統(tǒng)統(tǒng)一進(jìn)行分配的。每個(gè)廳外呼叫信號(hào)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(tái)梯響應(yīng)此呼叫信號(hào)會(huì)使電梯系統(tǒng)得到最優(yōu)的性能,再將此廳外呼叫信號(hào)分配給該電梯控制器。因此,系統(tǒng)具有對(duì)電梯控制器進(jìn)行控制的功能,命令某電梯去響應(yīng)某個(gè)廳外的外呼信號(hào)。

　　(4)預(yù)估計(jì)算功能

　　群控系統(tǒng)對(duì)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(guò)分析可以對(duì)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(cè),然后根據(jù)一定的規(guī)則和策略對(duì)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(cè)顯示功能

　　系統(tǒng)可以對(duì)每臺(tái)梯的現(xiàn)行位置、運(yùn)行方向、載重、速度、梯內(nèi)呼叫信號(hào)、響應(yīng)情況等信息以及對(duì)每個(gè)乘客廳外呼叫信號(hào)的派梯結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè),且在主界面上顯示。

　　(6)自學(xué)習(xí)功能

　　電梯群控問(wèn)題僅僅依靠數(shù)學(xué)描述來(lái)實(shí)現(xiàn)是不夠的,還需要采用對(duì)經(jīng)驗(yàn)知識(shí)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(duì)較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)仍然較有規(guī)律性。對(duì)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(shí)間會(huì)存在相似的系統(tǒng)狀態(tài)和系統(tǒng)輸入。故通過(guò)統(tǒng)計(jì)電梯運(yùn)行各時(shí)間段的各參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)群控系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)。例如統(tǒng)計(jì)每一天各時(shí)間段內(nèi)的客流量,則可以分析出各樓層何時(shí)處于高峰請(qǐng)求期,以便于將電梯優(yōu)先調(diào)度到該樓層,以減少等待時(shí)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(shí)間和長(zhǎng)時(shí)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(tái)數(shù),以節(jié)約能量。

1.3 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)思想

　　在設(shè)計(jì)電梯群控系統(tǒng)時(shí),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(jì)思想。系統(tǒng)的不同功能由不同模塊實(shí)現(xiàn)。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),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(duì)相應(yīng)模塊作少量改動(dòng)就可以適應(yīng)變化,而無(wú)需重新設(shè)計(jì)整個(gè)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(shí)現(xiàn)群控系統(tǒng)的通用性和靈活性,將通信模塊設(shè)計(jì)為動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的形式,對(duì)3種總線方式分別設(shè)計(jì)。群控系統(tǒng)根據(jù)實(shí)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(duì)于上層軟件,提取下層信息或者傳送命令到下層時(shí)需要采用不同的通信協(xié)議。對(duì)主程序來(lái)說(shuō),只需根據(jù)事件發(fā)出消息或命令,而無(wú)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(gè)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn),使其獨(dú)立于主程序。主程序只需面對(duì)電梯的相應(yīng)狀態(tài)和控制命令,中間過(guò)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(jì)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(jì)了一個(gè)專門模塊對(duì)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(lái)的數(shù)據(jù),根據(jù)相應(yīng)協(xié)議將所需信息提取出來(lái),例如某臺(tái)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(duì)主程序而言,如同直接面對(duì)電梯對(duì)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(gè)功能模塊提供了接口,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的鏈接和整合,使系統(tǒng)完成通信、監(jiān)測(cè)、控制以及顯示等功能。總控模塊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(shí)實(shí)時(shí)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(gè)呼叫板,乘客的外呼請(qǐng)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(tái)電梯有自己的呼叫板,乘客可以選定任一梯請(qǐng)求服務(wù),但系統(tǒng)仍然要將該信號(hào)送到群控模塊處理,確定究竟由哪臺(tái)梯響應(yīng)乘客的請(qǐng)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(gè)呼叫信息,即時(shí)通過(guò)通信模塊傳到分配模塊。分配模塊通過(guò)群控調(diào)度算法確定出響應(yīng)梯號(hào),傳送控制命令到底層,將呼叫信號(hào)分配給響應(yīng)梯的控制器。在非集選方式下,還要發(fā)一個(gè)控制命令給最初得到外呼請(qǐng)求的電梯控制器取消其收到的服務(wù)請(qǐng)求。

　　群控模塊還包括一個(gè)顯示模塊,動(dòng)態(tài)顯示呼叫信息和各臺(tái)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(duì)電梯群的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)顯示。它的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)循環(huán)發(fā)出查詢命令,查詢到電梯的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息,解讀后在界面上顯示。

　　一個(gè)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)的目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)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(duì)象狀態(tài)的變化而變化,從而實(shí)現(xiàn)由計(jì)算機(jī)畫面的實(shí)時(shí)變化來(lái)真實(shí)地反映動(dòng)態(tài)的運(yùn)行過(guò)程。顯示界面主要顯示電梯的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況,即開(kāi)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(jì)過(guò)程中需要測(cè)試群控算法的性能。雖然將群控算法加入到實(shí)際的群控系統(tǒng)中調(diào)度電梯的方法,能測(cè)試算法的性能,但這樣做顯然代價(jià)太高,不僅會(huì)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(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)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(jì)時(shí),采用計(jì)算機(jī)建立虛擬仿真環(huán)境來(lái)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(gè)乘客的到達(dá)時(shí)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(shí)間模型,確定何時(shí)電梯被請(qǐng)求服務(wù);然后,根據(jù)起始密度向量和起始目標(biāo)矩陣來(lái)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(lái)自哪一層以及其方向和電梯的內(nèi)選信號(hào)。

　　驗(yàn)證群控調(diào)度算法時(shí),除了模擬客流到達(dá)請(qǐng)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(shí)際電梯運(yùn)行過(guò)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(shí)際電梯功能類似。模型具有自動(dòng)運(yùn)行、響應(yīng)廳外呼叫請(qǐng)求、響應(yīng)內(nèi)呼請(qǐng)求、自動(dòng)停站和開(kāi)關(guān)門、自動(dòng)調(diào)速、滿載處理等功能。

3  結(jié)束語(yǔ)

　　本文對(duì)電梯群控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、軟件構(gòu)成及設(shè)計(jì)思想、實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了闡述,在實(shí)際應(yīng)用中具有可靠、實(shí)用、易擴(kuò)展、易實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)。但建立電梯群控系統(tǒng)是一項(xiàng)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。

參考文獻(xiàn)

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