基于PLC的電梯群控調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其交通模式仿真

徐秀萍，李成良

(大連海洋大學(xué) 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院， 遼寧 大連 116300)

0 引言

為實(shí)現(xiàn)算法的電梯群控調(diào)度功能，需在最后對(duì)其算法性能開(kāi)展驗(yàn)證測(cè)試，由此判斷調(diào)度算法穩(wěn)定性并綜合評(píng)價(jià)各項(xiàng)性能參數(shù)指標(biāo)[1-2]。利用電梯群控系統(tǒng)仿真方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯群控調(diào)度的仿真測(cè)試，同時(shí)該系統(tǒng)可以將電梯運(yùn)行控制過(guò)程的所有參數(shù)顯示在人機(jī)交互界面上，用戶可以非常方便得獲得電梯的各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，能夠全面記錄電梯群的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)與客流信息，按照群控算法派梯方式來(lái)達(dá)到電梯群的調(diào)控目的[3-5]。可以將電梯群控過(guò)程看成是一類優(yōu)化調(diào)度的分析過(guò)程，由控制器對(duì)所有樓層發(fā)送的呼梯信息、轎廂位置與運(yùn)行參數(shù)、各電梯任務(wù)分配程度等進(jìn)行分析，同時(shí)設(shè)置某一最優(yōu)指標(biāo)作為控制條件，從而得到最佳的電梯群轎廂分配條件，對(duì)于控制器來(lái)說(shuō)，進(jìn)行決策前需接收特定召喚指令，并在此基礎(chǔ)上響應(yīng)電對(duì)召喚指令[6-7]。

深入探討電梯群控系統(tǒng)運(yùn)行方式及其控制過(guò)程具有非常重要的意義，確保電梯能以更高效率運(yùn)行，尤其是為高層建筑提供快速客流疏散能力并使電梯充分滿足運(yùn)載需求[8-10]；此外還應(yīng)對(duì)不同樓層電梯的能耗占比進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，通過(guò)優(yōu)化處理電梯群控算法來(lái)構(gòu)建智能樓宇以及創(chuàng)建綠色建筑，這在一定程度上也體現(xiàn)了節(jié) 約型社會(huì)的建設(shè)目標(biāo)；最后，有助于促進(jìn)國(guó)產(chǎn)電梯品牌逐漸建立自己的獨(dú)創(chuàng)性產(chǎn)權(quán)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)快速成長(zhǎng)，突破原先由外資企業(yè)占據(jù)主導(dǎo)地位的電梯群控裝置市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)控制技術(shù)的快速進(jìn)步[11-12]。對(duì)于上述情況，本文重點(diǎn)以電梯 群控系統(tǒng)作為研究對(duì)象，同時(shí)引入模糊控制方法對(duì)目的預(yù)約型電梯群優(yōu)化過(guò)程進(jìn)行了深入分析。

1 總體設(shè)計(jì)

本文選擇SIMATIC S7-1200型號(hào)的PLC來(lái)構(gòu)建系統(tǒng)硬件，實(shí)現(xiàn)對(duì)Elevator Simulation模型的控制過(guò)程，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)單梯控制方式的可靠性進(jìn)行驗(yàn)證；利用SIMATICWincc構(gòu)建上位機(jī)的組態(tài)結(jié)構(gòu)，由此實(shí)現(xiàn)模擬電梯群控的過(guò)程，在此基礎(chǔ)上統(tǒng)計(jì)了每項(xiàng)控制指標(biāo)，同時(shí)對(duì)群控算法的特點(diǎn)進(jìn)行了分析。PLC控制程序通過(guò)TIAPortal軟件進(jìn)行編寫，對(duì)各項(xiàng)硬件參數(shù)與算法運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行了綜合分析，此外為獲得具備更大差異性的性能指標(biāo)，專門構(gòu)建三梯聯(lián)控模型來(lái)模擬電梯群控系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程，只需利用有限數(shù)量的電梯約束參數(shù)便實(shí)現(xiàn)精確調(diào)度的目的，顯著改善系統(tǒng)優(yōu)化能力。

在運(yùn)行仿真系統(tǒng)之前應(yīng)先設(shè)置各項(xiàng)初始化參數(shù)，之后以手動(dòng)方法輸入客流數(shù)據(jù)，也可以按照隨機(jī)方式得到，根據(jù)實(shí)際邏輯條件運(yùn)行電梯群模塊，由此獲得電梯實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，在電梯群模塊中利用群控算法對(duì)乘客的呼叫信息進(jìn)行接收，之后以群控算法處理得到分配結(jié)果再將其傳輸至電梯群模塊中，以此完成運(yùn)載乘客的過(guò)程，利用性能指標(biāo)模塊循環(huán)方法計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)并將結(jié)果傳輸至相應(yīng)的窗口。電梯群控仿真過(guò)程的具體結(jié)構(gòu),如圖1所示。

圖1 電梯群控仿真程序總體結(jié)構(gòu)圖

2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

利用TIAProtal編寫S7-1200PLC程序，同時(shí)為提高程序可靠性并簡(jiǎn)化維護(hù)操作，采用TIA來(lái)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化編寫的過(guò)程，用戶程序通過(guò)“塊”的方式進(jìn)行單獨(dú)編寫。同時(shí)完成不同模塊的調(diào)用,如圖2所示。

圖2 程序模塊間關(guān)系調(diào)用結(jié)構(gòu)圖

當(dāng)指令到達(dá)群控算法模塊時(shí)將被分配到各個(gè)對(duì)應(yīng)的電梯，實(shí)現(xiàn)單梯控制的過(guò)程，之后利用集選控制模塊來(lái)按成指令的響應(yīng)處理。同時(shí)在集選控制模塊中存在電梯的目的層刷新以及程序啟動(dòng)分析的不同子模塊，可以看到具體的控制流程,如圖3所示。

3 仿真分析

3.1 參數(shù)配置

本文在設(shè)計(jì)仿真環(huán)境中完成對(duì)最小時(shí)間調(diào)度法以及目的層預(yù)約模糊算法的仿真對(duì)比，第一步先設(shè)定各項(xiàng)仿真參數(shù)與具體模型結(jié)構(gòu)，各項(xiàng)默認(rèn)的參數(shù),如表1所示。

圖3 控制模塊程序流程圖

表1 默認(rèn)參數(shù)配置表

3.2 仿真比較

對(duì)電梯群控實(shí)施優(yōu)化調(diào)度可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各類交通模式的性能優(yōu)化。進(jìn)行仿真時(shí)根據(jù)高層寫字樓中的實(shí)際客流信息進(jìn)行分析，同時(shí)選擇其余交通模式來(lái)完成群控算法的仿真，利用客流模塊來(lái)自主獲得不同模式的乘客數(shù)據(jù)流。

(1) 整個(gè)仿真過(guò)程需花費(fèi)2 h，所有乘客的具體信息,如表2所示。

電梯群的各項(xiàng)性能控制指標(biāo),如圖4所示。

到達(dá)高峰客流段時(shí)，采用本群控方法達(dá)到了最短候梯與乘梯的時(shí)間都比傳統(tǒng)時(shí)間更少，依次降低7.2 s與7.5 s，考慮到在該客流模式下會(huì)產(chǎn)生大量的乘客，要求此時(shí)電梯群具備快速疏散乘客的功能，從而產(chǎn)生大量能源消耗并導(dǎo)致轎廂過(guò)度擁擠，上述群控模式處于客流高峰階段的運(yùn)行效果基本相同。

表2 上行乘客數(shù)據(jù)信息

圖4 上行性能指標(biāo)

(2) 仿真2 h，乘客的各項(xiàng)信息參數(shù),如表3所示。

電梯群的各項(xiàng)特性參數(shù),如圖5所示。

采用層間交通模式時(shí)可以降低高峰段的乘客人數(shù)，并且這兩種方式都表現(xiàn)為較低的平均乘梯時(shí)間。選擇乘客候梯時(shí)間指標(biāo)作為最短等待時(shí)間，確保乘客能夠快速乘上電梯，從而獲得更優(yōu)的時(shí)間指標(biāo)，但這種方式會(huì)導(dǎo)致其中某一轎廂過(guò)多停靠而另一轎廂出現(xiàn)空載的結(jié)果，并且也未充分考慮能源消耗與轎廂的擁擠狀態(tài)。由此獲得一個(gè)合適的時(shí)間指標(biāo)，從而減小能源消耗，實(shí)現(xiàn)群控系統(tǒng)優(yōu)化的效果。

經(jīng)仿真測(cè)試發(fā)現(xiàn)，在各類交通模式下可按照實(shí)際條件把權(quán)值賦予評(píng)價(jià)指標(biāo)函數(shù)，從而達(dá)到各交通模式下都能獲得最佳電梯群性能。

表3 層間交通模式的乘客數(shù)據(jù)信息

圖5 層間交通模式的性能指標(biāo)

4 總結(jié)

(1) 選擇SIMATIC S7-1200型號(hào)的PLC來(lái)構(gòu)建系統(tǒng)硬件，實(shí)現(xiàn)對(duì)Elevator Simulation模型的控制過(guò)程，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)單梯控制方式的可靠性進(jìn)行驗(yàn)證。利用TIAProtal編寫S7-1200PLC程序，采用TIA來(lái)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化編寫的過(guò)程，用戶程序通過(guò)“塊”的方式進(jìn)行單獨(dú)編寫。

(2) 進(jìn)行仿真時(shí)根據(jù)高層寫字樓中的實(shí)際客流信息進(jìn)行分析，選擇其余交通模式來(lái)完成群控算法的仿真，利用客流模塊來(lái)自主獲得不同模式的乘客數(shù)據(jù)流。采用層間交通模式時(shí)可以降低高峰段的乘客人數(shù)，并且這兩種方式都表現(xiàn)為較低的平均乘梯時(shí)間。在各類交通模式下可按照實(shí)際條件把權(quán)值賦予評(píng)價(jià)指標(biāo)函數(shù)，從而達(dá)到各交通模式下都能獲得最佳電梯群性能。