電梯群控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

徐川

【摘?要】群控系統(tǒng)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，無法改善在某段時(shí)間內(nèi)必然出現(xiàn)的長時(shí)間候梯現(xiàn)象。為解決這些問題，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)，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。

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

電梯群控問題僅僅依靠數(shù)學(xué)描述來實(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。

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，而無需重新設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)。群控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)。

（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蟮乃枷耄瑢⑼ㄐ诺慕忉寣ｉT用一個(gè)模塊來實(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。

（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?？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(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)變化來真實(shí)地反映動(dòng)態(tài)的運(yùn)行過程。顯示界面主要顯示電梯的實(shí)時(shí)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(jì)過程中需要測(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)帶來較大損失。

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(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)停站和開關(guān)門、自動(dòng)調(diào)速、滿載處理等功能。

3?結(jié)束語

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。

（身份證號(hào)碼：320721198504152819）