基于呼叫識別與屏蔽的電梯群控策略

申輝陽，楊向宇

（1.廣東機電職業技術學院 電氣工程學院，廣東 廣州510515；2.華南理工大學 電力學院，廣東 廣州510640）

高層建筑離不開群控電梯系統。由于電梯群控系統的多目標性、不確定性、非線性、擾動性、信息的不完備性等特點，使得控制難度大［1］。目前，對電梯群控方面引入了專家系統、模糊邏輯、神經網絡控制、遺傳算法控制、目的層預約控制等智能控制理論［2－4］，但這些理論實現起來復雜，實現難度大。

本文提出了一種建立在以層為基礎的電梯運行的動態二進制數學模型基礎上，通過呼叫識別與屏蔽，實現各類特殊要求的電梯群控，本文首次提出了利用呼叫識別及呼叫屏蔽來實現電梯群控系統的直接響應模式、滿員響應模式、短程快速響應模式、高峰快線調度模式等控制方法，且很容易綜合到一個系統中。采用呼叫識別與屏蔽的控制策略易于實現高性能的電梯群控，且通用性非常好，編程簡單，對硬件的要求不高，實用性強。

1 數學模型

電梯所處的層和所有的呼叫是動態的和隨機的，分別將所有的呼叫和各電梯所處的層按照樓層順序分別組成二進制數，有信號的層為“1”，無信號的層為“0”，這樣就把呼叫和樓層的狀態以數據的形式保存起來，且數據自動跟隨呼叫和樓層狀態的改變而改變。以8層3電梯群為例，假如電梯某時刻的狀態如表1所示，1號電梯處在6樓，則1號電梯所處樓層組成8位二進制數“00100000”；1號電梯的第4，5，7層有內呼叫，則1號電梯內呼叫組成8位二進制數“01011000”；第1，4，6，7層有外上呼叫，則外上呼叫8位二進制數“01101001”。其余以此類推［5］。

表1 電梯群控系統數學模型Tab.1 Elevator group control system mathematical model

如果樓層高于8層而不超過16層，可以采用16位模式，各狀態組成16位二進制數。

如果樓層太高，則按照樓層順序組成一個二進制數位數太高不便于計算與處理，為此對高層電梯采用位與字相結合的處理方式，如果用16位模式采用位字結合方式建?？梢蕴幚砀哌_256層系統［6］。這樣就可以得到高層電梯群控系統的二進制數學模型。

2 呼叫識別

內呼叫、外上呼叫和外下呼叫的區分是靠呼叫按鈕區分，通過呼叫的登記與消除將不同的呼叫類型保存在不同的數據寄存器里，如表1所示。為了便于控制，需進一步將電梯的各種呼叫區分是本層呼叫、上層呼叫還是下層呼叫，共9種呼叫狀態，電梯的各種呼叫狀態歸類如表2所示。

表2 電梯的各種呼叫狀態Tab.2 The different calling states of elevators

電梯群中每臺電梯的呼叫狀態都需要區分。利用前面的數學模型，將電梯的各種呼叫狀態與電梯當前所處的樓層進行比較運算，可識別出電梯的各種呼叫狀態。如要識別1號電梯是否有本層內呼叫，只要將1號電梯所處的樓層組成的二進制數與1號電梯內呼叫組成的二進制數進行邏輯“與”運算，再判斷結果是否為“0”，如果結果為“0”表示無本層內呼叫，結果不為“0”表示有本層內呼叫。各類呼叫的具體識別方法參考文獻［5］，對于高層電梯，采用字位結合方式，呼叫的具體識別方法參考文獻［6］。

呼叫狀態是動態隨機的，如電梯處在2樓時，3樓的呼叫是上呼叫，當電梯運行到3樓后，3樓的呼叫就變成了本層呼叫，呼叫識別不需考慮動態過程，而識別結果卻能動態反應其變化。

3 直接響應模式

3.1 定向控制

運行方向狀態的確定就是運行定向。將定向分為3種狀態：上行、下行、暫停。任何時刻，定向的3種狀態只能處于其中的一種。

電梯有上層呼叫就置上行狀態，一旦進入上行狀態后，電梯一直處于上行狀態，直到沒有上層呼叫為止；電梯有下層呼叫就置下行狀態，一旦進入下行狀態后，電梯一直處于下行狀態，直到沒有下層呼叫為止。

上行的條件是有本層上呼或上層呼叫，具體為：有本層內呼、本層外上呼、上層內呼、上層外上呼、上層外下呼5種呼叫中的任意一種即可。下行的條件是有本層下呼或下層呼叫，具體為：有本層內呼、本層外下呼、下層內呼、下層外下呼、下層外上呼5種呼叫中的任意一種即可。根據前面的呼叫識別，各種呼叫狀態容易得出，利用呼叫識別的結果，電梯的定向控制易于實現。定向控制流程圖如圖1所示。

圖1 定向控制流程圖Fig.1 Orientation control flow diagram

3.2 升降與停層控制

電梯響應呼叫后轎車停層（平層）讓人進出，當關好門后再次上升與下降去響應其他呼叫的過程就是電梯升降，將升降分為3種狀態：上升、下降、停層。任何時刻，升降的3種狀態只能處于其中的一種。

電梯在上行狀態中，只要關好門后就上升，上升過程中，只要有本層內呼叫或本層外上呼叫就停層，然后開關門處理，并消除本層內呼叫和本層外上呼叫，關好門后，如果還是上行狀態就繼續上升。

電梯在下行狀態中，只要關好門后就下降，下降過程中，只要有本層內呼叫或本層外下呼叫就停層，然后開關門處理，并消除本層的內呼叫和本層外下呼叫，關好門后，如果還是下行狀態就繼續下降。

通過定向控制已經判斷出電梯是上行、下行還是停層狀態。根據前面的呼叫識別能得出是否有本層上呼叫（本層內呼叫和本層外上呼叫）以及是否有本層下呼叫（本層的內呼叫和本層外下呼叫），這樣很容易控制電梯的升降與停層。升降與停層控制流程圖如圖2所示。注意停層時，只有轎車真正平層后才能停下來。

圖2 升降與停層控制流程圖Fig.2 Lift and stop layer control flow diagram

3.3 直接響應模式控制策略

將電梯群控系統中的各臺電梯當作獨立的單臺電梯控制系統采用上述的方法進行定向控制、停層與升降控制，就能實現直接響應模式的電梯群控策略。

外呼叫（外上呼叫和外下呼叫）是群控系統中各電梯公用的，各電梯都給予響應，但當任意一臺電梯響應某外呼叫后，就立即將該呼叫消除，也就是各層外呼叫登記后，任意一臺電梯響應某外呼叫后就消除該外呼叫登記。外呼叫是公用的，任意一臺電梯響應某外呼叫并消除該外呼叫登記后，對于群控組中其他電梯，就等于沒有該呼叫了，所以就不會重復響應。這樣電梯群控系統的控制和單臺電梯系統的控制幾乎沒有區別。

4 滿員響應模式

當某電梯滿員后，如果仍然響應外呼叫，電梯會停層，但又不能接人，這樣就嚴重影響了系統響應速度。滿員響應模式就是為解決這個問題的。

電梯滿員時，上行過程中屏蔽外上呼叫，用屏蔽后虛擬外上呼叫替代實際外上呼叫進行呼叫識別，下行過程中屏蔽外下呼叫，用屏蔽后虛擬外下呼叫替代實際外下呼叫進行呼叫識別，屏蔽后，虛擬外上呼叫和虛擬外下呼叫的全用“0”替代，如表3所示。用替代后的呼叫進行呼叫識別，再采用直接響應模式控制方法進行控制，即可實現定向控制、升降與停層控制。滿員響應模式呼叫識別流程圖如圖3所示。

表3 滿員響應模式某時刻的狀態Tab.3 Full load response model at some point

圖3 滿員響應模式控制流程框圖Fig.3 Full load response mode control flow block diagram

通過對外呼叫的屏蔽，保證滿員時，即使有外呼叫也不會給予響應，但是內呼叫沒有屏蔽，還會響應，這樣，滿員后電梯只響應內呼叫，而忽略外呼叫，也就是只能出不能進，當有人出電梯后，自動解除了滿員，這時，呼叫識別時用實際的外呼叫信號，也就解除了滿員響應模式。

只有滿員的電梯才進入滿員響應模式，其他非滿員的電梯仍可以響應滿員模式不響應的外呼叫。電梯群控系統的滿員響應模式的呼叫識別控制方法、升降與停層的控制方法與直接響應模式的電梯群控系統的控制方法完全相同。

5 短程快速響應模式

如果電梯群控系統中多臺電梯處于上升狀態，采用直接響應模式策略時，所有的外呼叫對各電梯都是有效的呼叫信號。如果下層電梯沒有內呼，最上層電梯上面還有外呼叫，這些呼叫對下層還是有效的，所以下層電梯也會給予響應，但這些呼叫可能被上層電梯優先響應，這樣會導致下層電梯空跑，浪費能源，同時也會加長低層人的等待時間，從而降低了系統的性能。如果上層的電梯去響應上層外呼叫，下層電梯就不去響應高層外呼叫，當沒有內呼叫時就轉換為下行，去響應下層呼叫；同樣，在下行狀態也類似處理，這樣群控系統中就會有電梯不會全程響應外呼叫，自動動態轉入到短程模式，這就是短程快速響應模式。

滿員響應模式的控制，采用屏蔽外呼叫就可實現，如果屏蔽部分外呼叫可以實現短程快速響應模式的控制，關鍵就是如何屏蔽部分呼叫。

在群控系統中，將同時處于上行狀態或同時處于下行狀態中的電梯可進入短程快速響應模式。假如在某時刻，群控系統的各電梯呼叫如表4所示，如果3臺電梯都處于上行狀態，根據電梯所處的樓層來屏蔽部分外上呼叫，得到虛擬外上呼叫信號，如表4所示，“×”表示被屏蔽的位。同樣，處于下行狀態的電梯屏蔽部分外下呼叫得到虛擬外下呼叫信號。用虛擬外呼叫信號（被屏蔽的位用0處理）替代實際外呼叫信號進行呼叫識別，利用呼叫識別的結果再進行直接響應模式的控制方法進行控制就可實現電梯群控系統的短程快速響應模式控制。短程快速響應模式呼叫識別流程圖如圖4所示。

表4 短程快速響應模式某時刻的呼叫狀態Tab.4 The call states of short－range fast response at some point

圖4 短程快速響應模式控制流程框圖Fig.4 Short－range fast response mode control flow diagram

將所有處于上行狀態中的電梯所處的樓層進行比較，按照大小排序，分別屏蔽電梯所處的樓層以上的外上呼叫，得到虛擬外上呼叫。最高層電梯的虛擬外上呼叫就是實際的外上呼叫，次高層電梯的虛擬外上呼叫就是將實際外上呼叫的最高層電梯所處層以上的呼叫屏蔽，也就是屏蔽最高層電梯所處位的外上呼叫所有高位。遇到不同電梯所處的樓層相等時，把它們當成不相等處理，認為一個大于另一個，最好把內呼數大的作為大數。以此類推，最低層電梯的虛擬外上呼叫就是將實際外上呼叫的次低層電梯所處層以上的呼叫屏蔽，也就是屏蔽次低層電梯所處位的外上呼叫所有高位。類似處理即可得到處于下行狀態的電梯的虛擬外下呼叫。屏蔽上層的具體計算方法可參考文獻［5］。

6 高峰快線調度模式

酒店賓館等場所的會議室被使用的時候，人員集中且流量大，并且時間也集中，出現高峰，造成電梯輸送能力嚴重不夠。為了緩解這種情況，當遇到人員大量集中時，在電梯群中抽出1至2臺電梯專門服務于集中的人群，當處理得差不多時，重新回到正常情況，這就是高峰快線調度模式。例如，6樓有會議室，餐廳在2樓，當會議結束后到餐廳就餐，會出現高峰情況。為了緩解高峰壓力，抽出1至2臺電梯服務于2樓至6樓之間，這樣可以提高電梯系統的運輸能力。

假如在某時刻，將群控系統的1號電梯切換到高峰快線調度模式，1號電梯的呼叫狀態見表5，如果高峰快線在2樓和6樓之間，采用邏輯運算與處理，用高峰段數據（見表5）去屏蔽實際呼叫得到虛擬呼叫如表5所示，用虛擬呼叫作為呼叫識別的參數進行呼叫識別，利用識別的結果，可以實現高峰快線調度模式的控制。注意：必須等電梯進入高峰段之后才能進入高峰快線調度模式。進入高峰快線模式的電梯將從群控系統中獨立出來，高峰快線調度模式呼叫識別流程圖如圖5所示。

表5 高峰快線調度模式某時刻的呼叫狀態Tab.5 The call states of peak express scheduling mode at some point

圖5 高峰快線調度模式控制流程框圖Fig.5 Peak express scheduling mode control flow diagram

根據實際情況，通過改變高峰段數據，比如只將2樓和6樓的數據位設為“1”，其余位全為“0”，就可實現專線直達模式。

高峰快線模式最好進行預約，根據服務臺提供的客戶信息以及樓層視頻監視系統監視到的人流情況，在控制中心通過上位監控系統，將群控系統中部分電梯設置為高峰快線模式。為了讓乘客明確電梯處在高峰快線模式，必須在每個電梯門道處安裝電子顯示屏，提示乘客該電梯只停哪些層，避免乘錯電梯。高峰快線調度模式的取消可以在控制中心人為取消或自動檢測高峰段之間的呼叫情況，發現呼叫明顯減少就自動取消高峰快線模式。

7 結論

利用電梯以層為基礎的二進制數學模型，對于高層系統采用字位結合形式，只要用簡單的邏輯運算與處理，就能動態識別出各種呼叫狀態，在特定情況下，對部分呼叫進行屏蔽，得到虛擬呼叫狀態，利用這些呼叫狀態作為電梯定向和升降控制，成功的將動態過程簡化為靜態處理，實現單個電梯及群控電梯系統的基本控制。

在呼叫識別前，對部分呼叫進行屏蔽，用虛擬的呼叫作為呼叫識別的參數，就能靈活實現各類特殊要求的電梯群控，本文首次采用這種方式實現了群控電梯的直接響應模式、滿員響應模式、短程快速響應模式、高峰快線調度模式及其它特殊控制要求，通過對虛擬呼叫的進一步處理，可以簡單地將這些特殊的控制模式融合一個綜合的電梯控制系統中，從而大大提高系統的性能。

采用呼叫識別與屏蔽的控制策略易于實現高性能的電梯群控，且通用性非常好，實現簡單，有很好的實用價值。

［1］Barney G C.Elevator Traffic Handbook：Theory and Practice［M］.New York：Spon Press，2003.

［2］Crites R H，Barto A G.Elevator Group Control Using Multiple Reinforcement Learning Agents［J］.Machine Learning，1998，33（2）：235－262.

［3］Cortes P，Larraneta J，Onieva L.A Genetic Algorithm for Controlling Elevator Group Systems［C］∥Lecture Notes in Computer Science（LNCS 2687）.Berlin：Springer－Verlag，2003：313－320.

［4］Bi Xiaoliang，Zhu Changming，Ye Qingtai.A GA－based Approach to the Multi－objective Optimization Problem in Elevator Group Control System［J］.Elevator World，2004，52（6）：58－59，61－63.

［5］申輝陽.電梯系統的一種建模與控制策略［J］.應用科技，2008，35（7）：20－23.

［6］申輝陽，鄧維克.基于呼叫識別的高層電梯控制策略［J］.電氣傳動，2009，39（11）：52－55.