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1、1.1 电梯群控系统结构电梯群控系统是一个相当复杂的系统，需要对几百个信号进行收发，处理。目前， 电梯群控有多种实现方式，但其控制系统的结构大同小异。图1.1 为电梯群控系统的一种基本结构框图。电梯群控系统模块接收轿外呼梯信号，根据派梯策略算法的处理结果将呼梯信号分配给各个单梯控制模块，单梯系统模块根据各电梯状态、分配的轿外呼梯信号、轿内呼梯信号等对电梯进行运行控制。电梯群控模块是电梯群控系统的核心，负责采集轿外呼叫信号并协同控制各电梯运行。图 1.1 一种电梯群控系统基本结构框图电梯监控系统用于监视电梯群中各电梯系统的状态，特别是有关安全的状态信息，便于掌握系统的工作状态，及时发现系统隐患，
2、排除故障。同时可以通过该系统对电梯群控系统的相关参数进行配置，实现后台管理。电梯控制模块控制单台电梯，使其能够独立的上下运行、完成电梯的基本功能。电梯群控模块是整个电梯群的调度中心。一方面，它可以采集轿外呼梯信号， 根据电梯的当前位置、电梯运行方向、轿厢负荷、客流量等各方面因素对轿外呼梯信号做出合理的分配，并将轿外呼梯信号发送给各电梯的控制模块。另一方面， 电梯群控模块接收用户指令、设置参数并根据需要增减功能，向外部输出电梯的相关信息，供用户查询和监视。电梯群控系统模块的核心任务是实现电梯群的协调控制和优化调度。一旦有层站轿外呼梯按钮被按下，电梯群控模块立即登记该呼梯请求，并根据群控控制算法来
3、判断最优派梯，决定由哪台电梯来服务。当电梯到达该层站时，消去显示该层站的呼梯请求，以示该请求已被应答。电梯群控系统的派梯策略与乘客的平均候梯时间、平均乘梯时间、长候梯率、系统能耗等性能评价指标息息相关，直接影响电梯群控系统的服务数量和服务质量，因此选择一套性能良好的电梯群控系统派梯策略是至关重要的。1.2 电梯群控系统功能（1） 数据采集功能调度系统应实时检测电梯系统中的每一台电梯运行状态，如每台电梯的当前位置、运行方向、载重、速度、梯内呼叫信号等，并将这些信息传到上层软件， 进行相应的调度处理或者显示处理。（2） 数据通信功能电梯群控系统要实现对电梯运行的合理分配和优化调度，就要在上层调度软
4、件和底层电梯控制器间建立“信息通道”，实现双向通信，进行信息数据和控制命令的传输。（3） 控制功能群控系统中，各台电梯对厅外呼梯信号的响应时由系统进行统一进行分配的。每个厅外呼叫信号并不是直接派给乘客所呼叫的控制器，而是先送到群控调度模块。调度模块根据当前的状态信息，采用一定的调配策略，用算法分析出哪台梯响应此呼叫信号会使电梯系统得到最优的性能，比如响应时间最短或者系统能耗最小等，再将此厅外呼叫信号分配给该电梯控制器。因此，群控系统有控制功能，对电梯控制器进行控制，可以命令某电梯去响应厅堂外呼信号，也可以使某台电梯对厅堂外呼信号不予响应。（4） 预估计算功能预估计算功能是群控系统的核心部分。群
5、控系统要对大厦中电梯系统所处的交通状况进行分析，比如客流量及客流分布、电梯状态及电梯分布等，通过分析可以对乘客呼叫、轿厢人数、电梯下一站响应情形等进行预测，然后根据一定的规则和策略对各梯工作进行协调调度，使电梯系统得到最优的运行。（5） 监控显示功能系统可以对每台电梯的现行位置、运行方向、载重、速度、梯内呼叫信号、响应情况等信息以及每个乘客厅外呼叫信号的派梯结果进行实时检测，并在主界面上显示。（6） 自学习功能电梯群控问题仅仅依靠数学描述来实现是不够的，还需要采用对经验知识进行学习、使用和获取方法，即系统的自学习。1.3 电梯群控系统的动态性能分析电梯群控系统的目的在于对多台电梯进行调度，给出
6、的调度基本规则。首先要分析电梯群控系统的动态特性，然后针对这些特性确定调度规则，采取有效的控制办法对其进行控制。电梯群控系统的特点包括;不确定性、多目标性、扰动性、非线性及信息的不完备性。（1） 不确定性在电梯群控系统中，存在着大量不确定因素：乘客的目的层不确定。厅呼的位置不确定。建筑内与环境因素有关、变化的交通状况是不确定的。这些不确定因素给电梯群控系统确定交通模式，预测轿厢到达目的层时间造成极大困难，使系统不能对某一特定状况做出最优控制。（2） 多目标性平均候梯时间要求短乘客的候梯时间：从乘客按下层站呼梯按钮开始，到所派电梯到达此层时乘客进入轿厢所经过的时间。平均候梯时间是指所有候梯时间的
7、平均值，它是评价电梯群控系统重要的性能指标。平均乘梯时间要求短平均乘梯时间是指从乘客进入电梯到乘客离开电梯所经过的时间的平均值。统计表明，乘客的烦躁程度是与乘梯时间乘正比的，如果乘客的乘梯时间过长，就会造成乘客的烦躁不安，所以乘客的乘梯时间需要保证在一定范围内。系统能耗要求小系统能耗主要指电梯系统中电机的电能消耗。对于电梯而言，电梯全速运行时所消耗的电能远远低于加速和减速时所消耗的电能。电梯停靠的次数越多，消耗的电能就越大。对电梯群控系统而言，电梯型号一经确认，单台电梯起停所消耗的电能就能确定，所以电梯群控系统要合理的安排和调度电梯群对呼梯信号的响应，尽量减少电梯群总体的起停次数，提高电梯的总
8、体利用率，减少空载和少载运行。长候梯率要小长候梯率是指乘客候梯时间超过 1 分钟的发生比率。统计表明，乘客的心理烦躁程度与候梯时间的平方乘正比。当乘客的候梯时间超过 1 分钟时，其心理烦躁程度会急剧上升，所应该尽量减少长候梯的发生。轿厢内拥挤度要求低轿厢内拥挤对给乘客带来的不便是显而易见的。一般以轿厢内乘客数占轿厢额定载重量的百分比来衡量。（3） 扰动性电梯群控系统还不可避免的具有不确定的随机干扰，如：乘客可能错误的造成轿厢门不能关闭而干扰系统正常运行。乘客可能登记了错误的目的层而造成了不必要的停站。乘客可能登记了错误的厅外呼叫而造成了不必要的停站。（4） 非线性电梯交通系统存在着非线性：轿厢
9、对同一呼梯，在不同时间标度下，分配是不同的，其变化是不连续的。轿厢容量是有限的，当轿厢容量达到饱和点时，轿厢会不停而过。、所能分配的轿厢数目有限，受系统所有轿厢数目的限制。对于所有层站的呼梯最小候梯时间设定而言，考虑最短的时间尺度和较长的时间尺度是不同的。（5） 信息的不完备性电梯群控系统存在着大量的不完整、不准确信息：乘客进入轿厢前，其目的层是不可知的。这对乘客乘梯时间的预测，对其他乘客候梯时间和乘梯时间的影响的预测难以实施。乘客进入轿厢的时间因个体的差异而不同，同样不能准确获得。电梯轿厢中乘客的人数不能进准确的获得，虽然轿厢的底部装有称重装置，但是由于人的个体体重差异较大而不能获得轿厢内乘
10、客人数的准确数据，这会导致对轿厢内拥挤度和对乘客候梯时间的预测不准确，增加了系统控制的难点。以上所提高的电梯群控系统的多目标性、非线性、不确定性、扰动性和信息的不完备性说明电梯群控系统是一个非常复杂的控制系统。1.4 电梯运行规则针对以上电梯群控系统的动态特性，在设计群控模块时应先确定电梯系统的控制规则，作为调度算法的计算准则。群控模块的规则包括两部分：一是电梯的基本控制规则，即单梯控制规则，这是不管电梯是否处于群控状态都应遵循的规则， 是电梯群控的基础规则；二就是群控规则，是电梯群处于群控状态应遵循的规则。群控规则的建立为以后采取有效的控制办法对其进行控制奠定了基础。1.4.1 单电梯控制规
11、则本文采用全集选控方式对单台电梯进行控制，即电梯的逻辑控制系统能实现将各楼层厅外的上召唤及下召唤信号与轿厢内的指令信号综合在一起进行集中控制， 从而使电梯能够自动的选择运行方向和目的层站的控制方式，常用于宾馆、办公楼等场合。在此方式的运行控制中一次将所有方向上的所有呼叫和目标全部完成后然后调转运行方向，完成另一个方向上的所有呼梯和目标，即实现方向优先和顺向载梯。单台电梯的具体运行规则如下：（1） 无论电梯处于何种状态，只要有电梯内呼叫，轿厢运行到该层，即可响应此呼叫。（2） 电梯每到一层停车时先打开电梯厢门，一段时间后自动关门。若有其它需要响应的信号，轿厢继续运行；如无其它需要响应的信号，电梯
12、停车等待。（3） 只有单一呼叫信号时，电梯运行到呼叫所在楼层等待乘客进入。（4） 当有多个呼叫信号时，电梯每响应一个呼叫信号，均开门停车，等待乘客进入，再去响应下一个呼叫。其响应次序遵循以下规则：如果电梯处于上升的状态，则优先响应上升呼叫和内呼信号，再返回响应下降呼叫信号。如果电梯处于下降的状态，则优先响应下降呼叫和内呼信号，再返回响应上升呼叫信号。（5） 电梯关门停在某一层时，该层外有呼梯信号，门会自动开，一段时间后自动关门。（6） 电梯运行方向由上、下行指示灯显示。如果某层有呼叫（包括电梯内呼叫和各层外呼叫），则该层的响应指示灯亮，表示轿厢将去该层，电梯到达该层后， 响应指示灯灭。（7）
13、在电梯运行过程中不响应开门信号，电梯在停车等候和暂停期间可以手动开、关门。为了运行安全，不论何时发出关门信号，轿厢再次运行都要有一段时间的间歇，以保证轿厢门的可靠关闭。单台电梯流程图如图 1.2 所示。在满足单梯运行的规则的前提下，电梯群控时还需要满足外呼信号重新分配原则：当某台电梯有轿外呼梯信号时，这时电梯的运行状态将发生改变，以前分配给本梯的呼叫，现在对于本梯不一定最优，需要根据派梯策略重新分配，如果有比本梯更优越的电梯，则重新分配。图 1.2单梯的控制流程图1.4.2 群控系统基本规则（1） 电梯群控系统的控制目标：乘客的平均候梯时间尽量要短。尽量减少乘客的长候梯率，即尽量避免产生长时间
14、的候梯过程。轿厢到达的预报准确率高，减少乘客等待时的心理压力。电梯运送乘客的时间尽量短，并合理分配电梯应答，防止聚堆和忙闲不均。选择能源消耗最省时方式，尽量降低能耗。（2） 群控规则外呼等待响应时间（即等待时间）短。外呼等待时间就是乘客按下按钮请求电梯服务到进入电梯得到服务的等待时间， 为避免让乘客感到烦躁，要使外呼等候时间尽量短。内呼等待时间（即乘梯时间）短。内呼等待时间就是乘客进入电梯按下目的层按钮到电梯到达目的层的等候时间， 为了避免让乘客感到烦躁，要使内呼等待时间尽量短。电梯停靠次数少电梯停靠次数多，系统能耗就越大，故应尽量避免不必要的停靠，达到节能的目的。长候梯率小长时间候梯会让乘客感到烦躁，所以应尽量避免。这也是衡量电梯系统的重要指标，所以计算这个指标也是必要的。避免空走电梯“空走”是指电梯响应某较远楼层呼叫时，途中没有响应其他的服务。这种情况对系统而言，是很浪费的，应尽量避免。避免满载如果在客流高峰期一台电梯去响应一个外呼请求时，在响应过程中停站较多，则满载的可能性很大，因此应尽量将此请求分配给停站较少的电梯。同向优先尽量将乘客的外呼请求分配给与其同向且在途中的电梯，因为与请求异向或同向但已过请求层的电梯可能出现新的后续请求，使其响应时间加长，达不到性优化的目的。