電梯是怎樣控制的

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對于上班族來說，電梯(elevator，不是escalator)是每天都要光顧的垂直運輸交通工具。乘坐電梯的次數多了，大家是不是發現號稱智能化控制的電梯有時候也十分“愚蠢”呢?例如，在5樓要下行，停在6樓的電梯不動，1樓的那個卻跑上來：幾乎滿載的電梯還要頻頻開門；不管任何時候，所有的空閑電梯都會回到底層門廳；錯按的樓層號不能取消……當然也有“聰明”的電梯，它們不僅會就近響應乘客的召喚，而且還能隨機應變，在運動狀態中自動調整運力。是什么原因造成了電梯“智力”的差異?這次《Geek》就來揭露隱藏在幕后的電梯控制技術。

最基本的電梯調度算法

現在的絕大多數電梯都是按照一定的規則自動運行的(所以電梯司機都下崗了……)，這個規則就是“電梯調度算法”。調度算法是人為制定的，其終極目標就讓電梯更好地為人類服務。廣大勞動人民在長期的生產實踐中歸納出了一條最基本的電梯調度算法：電梯運行時，從轎廂當前位置沿移動方向選擇最近的那個樓層的召喚來執行(通俗地說就是“接客”)，若該方向上無召喚時，就改變移動方向再選擇。有點糊涂了?沒關系，《Geek》來具體解釋一下。

以《Geek》編輯部所在的5層寫字樓的電梯為例，當查理藍在3樓按下下行按鈕時(術語叫廳內召喚)，如果這時候轎廂正在上行(目的地是4樓或5樓)，那么電梯暫時不會理睬查理藍，經過3樓也不會開門。如果這時候轎廂恰好處于下行狀態，那么又要分以下兩種情況：轎廂當時在3樓以下，要為查理藍服務就必須先上行再下行，這實在是太浪費時間了，所以電梯也會暫時忽視他的召喚；轎廂當時處于3樓以上，當它下行到3樓時就會開門順便捎上查理藍。我們假設查理藍的目的地是-1樓的車庫，當他進入轎廂后，自然按下了內部對應的樓層按鈕(術語叫轎內指令)，因為轎廂處于下行狀態(假設之前1樓有人按了上行鈕)，所以電梯就會在到達-1樓時停止并開門放查理藍出去；當然也不排除查理藍在進人轎廂之后突然不去車庫了，他毅然按下了5樓的按鈕，但下行中的轎廂不會因為他的變卦而馬上折返回5樓，只有在下到1樓接了其他人之后才會重新上行。簡言之，電梯調度算法的中心思想就是同向優先，其次才是就近服務。這種簡單的調度算法適用于單獨一臺電梯或兩臺電梯并聯的情況。早期，當兩臺電梯并聯時，它們使用繼電接觸控制，按照基本的調度算法實現系統的順序運行。后來隨著集成電路技術的發展和應用，這種電梯系統使用了PLC(可編程控制器)，可以進行一些更加復雜的邏輯運算，如動態分區(分區指兩臺電梯分別服務于交替的樓層)，進一步提高運行效率。

這么看來，要控制電梯變“聰明”應該很簡單才對，似乎只要根據實際情況優化一下算法就可以了。然而事實并非如此。高層建筑通常不只設置兩臺電梯，有的超高層寫字樓甚至有十余臺并聯的電梯同時運行，要實現效率最優，功能有限的PLC根本協調不過來。這樣，能同時管理多臺電梯的電梯群控系統就應運而生。

P.S.電梯運行原則

1、乘客的平均候梯時間要盡量短，商務樓一般要求在50s左右；

2、盡量減少乘客的長候梯率，即盡量避免產生長時間的候梯過程：

3、轎廂到達的預報準確率要高，減少乘客等待時的心理壓力；

4、電梯運行要滿足人體的生理適應性，使乘客感覺舒適，具體而言就是加速和減速要平穩，一般應使加速度不大于2m/s²；

5、電梯運送乘客的時間要盡量短，并合理分配電梯應答，防止聚堆和忙閑不均；

6、選擇能源消耗最省的方式，盡量降低能耗。

電梯群控系統

所謂電梯群控系統，就是一種為了改善對乘客的服務和降低成本，而系統地管理一個組內的三臺或三臺以上電梯的控制系統，它由梯群、群控制器(中央控制器)和信號系統(包括廳內召喚和轎內指令)等構成。要把這套系統的技術細節介紹一遍，《Geek》增加到300頁都講不完，所以我們只講重點，也就是群控系統所采用的調度算法。電梯數量一增加，為了保證它們的運行效率，工程師要考慮的因素就多得多了，乘客心理等待時間的長短、電梯響應呼梯的快慢、召喚廳站客流量的大小、轎廂內乘客人數的多少……這些繁瑣而模糊的參數不是繼電接觸器或者PLC能應付得了的，所以現在的電梯群控系統已經引入了計算機技術。而決定一套電梯群控系統“聰明”與否，除了是否合理地劃分單雙層和高低層設置電梯聯動停靠站模式外，它所采用的群控調度算法是否最優才是關鍵。

設計群控調度算法要用到數學建模的知識，在不同的交通模式下需要建立相應的數學模型，這樣才能優化參數，進而從整體上提高運行效率。要實現前面提到的所有目標，需要建立的模型相當復雜。簡單舉個例，如果僅僅以最短候梯時間為目標，這個模型至少就要涉及到以下參數：電梯每層運行時間，一人進入電梯時間，一人走出電梯時間，電梯停靠時間，電梯啟動時間，呼梯的所在樓層與人數以及要求到達的樓層，以及可使用電梯總數。對于某臺電梯和某個呼梯者，電梯來到時間還要分為6種情況分析：電梯上行且電梯所在樓層位于呼梯者之上：電梯下行且電梯所在樓層和原要求到達樓層位于呼梯者之上；電梯下行且電梯所在樓層位于呼梯者之上而原要求到達樓層位于呼梯者之下：……然后再針對至少3種不同的電梯交通模式進行優化：上行高峰、下行高峰、平衡……即便看似如此周全，這個模型還存在著不小的缺陷。這么看來，要打造一套真正“聰明”的電梯系統談何容易啊!

P.S.電梯交通模式

上行高峰交通模式：主要的客流是上行方向，即全部或者大多數乘客從建筑物的門廳進入電梯且上行；

下行高峰交通模式：主要的客流是下行方向，即全部或者大多數乘客乘電梯下行到門廳離開電梯；

二路交通模式：主要的客流是朝著某一層或從某一層而來，而該層不是門廳，二路交通狀況發生在上午和下午休息期間或會議期間。

此外還有四路交通模式、平衡的層間交通模式、空閑交通模式等，不同的交通模式對電梯的運行方式有著根本的影響。

電梯群控智能系統

要提高電梯的“智商”，還是得下點猛藥。東芝很早前就提出了電梯群控智能系統(EGSCS)，也就是把多臺電梯作為一組，應用人工智能技術進行控制。目前主流的電梯智能控制方法有模糊控制、專家系統、神經網絡、遺傳算法等，關于每種算法的具體內容，《Geek》就不廢話了，對這個感興趣的Geek請自行學習自動化專業相關課程。有了這些先進的算法，電梯當然變得“聰明”多了，不過沒有哪一種算法是萬能的，它們各有各的適用情況，而且整個電梯系統的運行充滿著不確定性和隨機性，條件稍稍發生變化，智能化的電梯也可能“犯傻”。如果哪位Geek能提出套新的可行的算法，恭喜你，你的專業水平和自動化專業的碩士畢業生相當了。

所以，要想讓電梯更“聰明”，還得設計電梯調度算法的人夠聰明、專業知識夠深厚才行。不過作為Geek，即使設計不了算法，去評價一套電梯群控系統的好壞還是可以做到的，只要抓住平均候梯時間、長候梯幾率、平均乘梯時間和能耗這幾個指標就行。看完這篇文章，你至少應該知道，下次等電梯的時候，不要罵電梯傻，而要罵生產和安裝電梯的人傻才對。