摘  要： 群控系統(tǒng)" title="電梯群控系統(tǒng)" target="_blank">電梯群控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn),。闡述了系統(tǒng)總體結構、系統(tǒng)功能,、軟件結構,、設計思想及群控系統(tǒng)中的客流仿真和電梯運行仿真設計。

　　關鍵詞： 電梯群控  監(jiān)控  模塊設計  仿真

　　隨著高層建筑和智能化建筑不斷出現(xiàn),，人們對電梯服務質量提出了越來越高的要求，單臺電梯往往不能滿足建筑內的交通需求,，需要合理安裝多臺電梯,。安裝在一起的多臺電梯要求單臺電梯的控制系統(tǒng)相互聯(lián)動,，且具有監(jiān)控系統(tǒng)。但僅用這種方式不能適應客流量的急劇變化,，無法改善在某段時間內必然出現(xiàn)的長時間候梯現(xiàn)象,。為解決這些問題，多臺電梯的優(yōu)化調度系統(tǒng),，即電梯群控系統(tǒng)應運而生,。

　　電梯群控系統(tǒng)是通過對電梯群運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測與分析，再根據(jù)不同的實際情況對各電梯進行優(yōu)化調度和合理分配,，進而改善和提高電梯系統(tǒng)服務質量和服務效率,。

1  群控系統(tǒng)結構

1.1 系統(tǒng)總體結構

　　群控系統(tǒng)的總體結構如圖1所示，整個群控系統(tǒng)分為３個層次：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,；群控層則負責實現(xiàn)對電梯系統(tǒng)的群控功能,。

　　這種結構中各電梯控制器相對獨立地采集內選信號和外呼信號，再通過系統(tǒng)軟件將呼叫信息傳送給上層的群控調度機,。當群控調度機工作正常時,，電梯系統(tǒng)以較高效率和性能運行，更好地滿足乘客需求,；而當群控調度機出現(xiàn)故障時,，電梯系統(tǒng)中各臺電梯仍可由各自電梯控制器控制正常運行。這種結構與以往的群控系統(tǒng)中群控調度機統(tǒng)一接受乘客廳外呼叫信號并進行分配的結構相比有了改進,。雖然這種結構相對降低了效率,，但有效地防止了電梯系統(tǒng)癱瘓，較好地保證了電梯系統(tǒng)的安全可靠性和高效能性,。

1.2 系統(tǒng)功能

　　電梯群控系統(tǒng)是對電梯群的運行進行合理分配和優(yōu)化調度的控制系統(tǒng),。該系統(tǒng)可以采集到每個電梯的實時狀態(tài)信息,并可以對電梯進行統(tǒng)一調配,使電梯群合理運行。系統(tǒng)具有如下功能:

　　(1)數(shù)據(jù)采集功能

　　調度系統(tǒng)能夠實時檢測電梯系統(tǒng)中每一臺電梯的運行狀態(tài),如每臺梯的現(xiàn)行位置,、運行方向,、載重、速度,、梯內呼叫信號等,并將這些信息傳到上層軟件,進行相應的調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)要實現(xiàn)對電梯運行的合理分配和優(yōu)化調度,就要在上層調度軟件和底層電梯控制器間建立信息通道,實現(xiàn)雙向通信,進行信息數(shù)據(jù)和控制命令的傳輸。

　　(3)控制功能

　　群控系統(tǒng)中,各臺電梯對廳外呼叫信號的響應是由系統(tǒng)統(tǒng)一進行分配的,。每個廳外呼叫信號并不是直接派給乘客所呼叫電梯的控制器,而是先送到群控調度模塊,調度模塊根據(jù)各梯的現(xiàn)行狀態(tài)信息,采用一定的調配策略,用算法分析出哪臺梯響應此呼叫信號會使電梯系統(tǒng)得到最優(yōu)的性能,再將此廳外呼叫信號分配給該電梯控制器,。因此,系統(tǒng)具有對電梯控制器進行控制的功能,命令某電梯去響應某個廳外的外呼信號。

　　(4)預估計算功能

　　群控系統(tǒng)對大廈中電梯系統(tǒng)所處的交通狀況進行分析,比如客流量以及客流分布,、電梯狀態(tài)以及電梯分布等,。通過分析可以對乘客呼叫,、轎廂人數(shù)、電梯下一站響應情況等進行預測,然后根據(jù)一定的規(guī)則和策略對各梯工作進行協(xié)調調度,使電梯系統(tǒng)得到最優(yōu)的運行,。

　　(5)監(jiān)測顯示功能

　　系統(tǒng)可以對每臺梯的現(xiàn)行位置,、運行方向、載重,、速度,、梯內呼叫信號、響應情況等信息以及對每個乘客廳外呼叫信號的派梯結果進行實時檢測,且在主界面上顯示,。

　　(6)自學習功能

　　電梯群控問題僅僅依靠數(shù)學描述來實現(xiàn)是不夠的,還需要采用對經驗知識進行學習,、使用和獲取的方法,即系統(tǒng)的自學習。

雖然電梯交通系統(tǒng)存在大量的不確定性,但是在一段相對較長時間內仍然較有規(guī)律性,。對于任何一幢大樓,都有一定的工作周期,在不同周期的同一時間會存在相似的系統(tǒng)狀態(tài)和系統(tǒng)輸入,。故通過統(tǒng)計電梯運行各時間段的各參數(shù)可以實現(xiàn)群控系統(tǒng)的自學習。例如統(tǒng)計每一天各時間段內的客流量,則可以分析出各樓層何時處于高峰請求期,以便于將電梯優(yōu)先調度到該樓層,以減少等待時間,。通常電梯運行的交通模式可以分為上行高峰,、下行高峰、空閑和正常工作模式,。電梯的調度可以根據(jù)不同模式進行適當?shù)恼{整,。例如在上行高峰模式下,基站等候的乘客多,應使電梯盡快地到達基站以減少乘客的平均等候時間和長時間候梯率;而在空閑模式下則可以適當減少運行電梯的臺數(shù),以節(jié)約能量。

1.3 系統(tǒng)軟件結構及設計思想

　　在設計電梯群控系統(tǒng)時,為了使系統(tǒng)具有良好的靈活性,、可操作性以及可擴充性,系統(tǒng)采用模塊化的設計思想,。系統(tǒng)的不同功能由不同模塊實現(xiàn)。這樣的結構設計,使系統(tǒng)在硬件結構發(fā)生變化或系統(tǒng)需求發(fā)生變化的情況下只需要對相應模塊作少量改動就可以適應變化,而無需重新設計整個系統(tǒng),。群控系統(tǒng)軟件結構如圖2所示,。

    (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,。

　　為了實現(xiàn)群控系統(tǒng)的通用性和靈活性,將通信模塊設計為動態(tài)鏈接庫的形式,對3種總線方式分別設計。群控系統(tǒng)根據(jù)實際情況調用適當?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,。對于上層軟件,提取下層信息或者傳送命令到下層時需要采用不同的通信協(xié)議。對主程序來說,只需根據(jù)事件發(fā)出消息或命令,而無需作進一步解釋就可以達到目的,。為此,結合面向對象的思想,將通信的解釋專門用一個模塊來實現(xiàn),使其獨立于主程序,。主程序只需面對電梯的相應狀態(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

　　通信模塊的設計使主程序和不同的電梯控制器間能夠實現(xiàn)數(shù)據(jù)的正確傳送,主程序收到的只是表示電梯運行狀態(tài)的一些數(shù)據(jù)幀,還需要進一步處理,。因此,設計了一個專門模塊對狀態(tài)信息進行查詢和提取處理,。

　　該模塊收到主程序的查詢命令后,根據(jù)硬件決定的通信協(xié)議將命令封裝后送到底層。另一方面,接收從底層傳來的數(shù)據(jù),根據(jù)相應協(xié)議將所需信息提取出來,例如某臺電梯當前所在樓層、內呼信息等,再將這些信息傳送給主程序,。因而對主程序而言,如同直接面對電梯對象,可以直接看到電梯狀態(tài),。

　　(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,它為各個功能模塊提供了接口,實現(xiàn)了系統(tǒng)的鏈接和整合,使系統(tǒng)完成通信、監(jiān)測,、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)響應梯,同時實時監(jiān)控電梯系統(tǒng)運行狀態(tài)并且顯示,。

　　(5)群控呼叫分配模塊

　　電梯廳外呼叫信息有2種方式:集選呼叫和非集選呼叫。集選呼叫是大廈每一層只有一個呼叫板,乘客的外呼請求服務信息由該采集板統(tǒng)一采集送到群控系統(tǒng)進行分析以及派梯,。而非集選分配則是大廈每一層各臺電梯有自己的呼叫板,乘客可以選定任一梯請求服務,但系統(tǒng)仍然要將該信號送到群控模塊處理,確定究竟由哪臺梯響應乘客的請求,。

　　群控呼叫分配模塊是群控系統(tǒng)的核心部分。電梯系統(tǒng)每收到一個呼叫信息,即時通過通信模塊傳到分配模塊,。分配模塊通過群控調度算法確定出響應梯號,傳送控制命令到底層,將呼叫信號分配給響應梯的控制器,。在非集選方式下,還要發(fā)一個控制命令給最初得到外呼請求的電梯控制器取消其收到的服務請求。

　　群控模塊還包括一個顯示模塊,動態(tài)顯示呼叫信息和各臺電梯響應狀態(tài),。

　　(6)群控電梯運行狀態(tài)監(jiān)控模塊

　　狀態(tài)監(jiān)控模塊是對電梯群的運行狀態(tài)進行監(jiān)測和實時顯示,。它的實現(xiàn)是通過循環(huán)發(fā)出查詢命令,查詢到電梯的實時狀態(tài)信息,解讀后在界面上顯示。

　　一個好的軟件應具有友好的人機界面,由于監(jiān)控系統(tǒng)直接對現(xiàn)場的目標進行監(jiān)測和控制,因而要求數(shù)據(jù)顯示直觀,、醒目,能隨著被監(jiān)控對象狀態(tài)的變化而變化,從而實現(xiàn)由計算機畫面的實時變化來真實地反映動態(tài)的運行過程,。顯示界面主要顯示電梯的實時運行情況,即開關門狀態(tài)、上下行狀態(tài),、到達樓層高度,、每層的呼梯、電梯鎖梯等,。

2 群控系統(tǒng)中的虛擬仿真

　　在群控算法的設計過程中需要測試群控算法的性能,。雖然將群控算法加入到實際的群控系統(tǒng)中調度電梯的方法,能測試算法的性能,但這樣做顯然代價太高,不僅會影響到使用該電梯系統(tǒng)的工作,而且一旦算法失敗,可能會給系統(tǒng)帶來較大損失。故從電梯系統(tǒng)的特性出發(fā),在考慮其安全可靠性和運行成本的前提下,進行系統(tǒng)設計時,采用計算機建立虛擬仿真環(huán)境來模擬產生數(shù)據(jù)的方法,。

　　群控系統(tǒng)的仿真環(huán)境主要包括客流仿真和電梯運行仿真,。

　　電梯客流分析的目標是確定每個乘客的到達時間、出發(fā)樓層和目標樓層,。這些信息是進行電梯交通分析和研究電梯群控調度算法以及進行系統(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時間模型,確定何時電梯被請求服務;然后,根據(jù)起始密度向量和起始目標矩陣來構造乘客的起始樓層和目標樓層,即確定了廳外呼叫來自哪一層以及其方向和電梯的內選信號。

　　驗證群控調度算法時,除了模擬客流到達請求服務的情形,還需要模擬電梯群的運行狀態(tài),。電梯運行仿真模型是模擬實際電梯運行過程,為電梯群控系統(tǒng)上層軟件提供數(shù)據(jù),故其功能與實際電梯功能類似,。模型具有自動運行、響應廳外呼叫請求,、響應內呼請求,、自動停站和開關門、自動調速、滿載處理等功能,。

3  結束語

　　本文對電梯群控系統(tǒng)的結構,、軟件構成及設計思想、實現(xiàn)方法進行了闡述,在實際應用中具有可靠,、實用,、易擴展、易實現(xiàn)的特點,。但建立電梯群控系統(tǒng)是一項復雜的系統(tǒng)工程,隨著網絡技術,、診斷技術、人工智能技術的飛速發(fā)展,智能調度技術也日新月異,從而使系統(tǒng)中的許多工作都要進一步深入研究,。

參考文獻

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2  鄭延軍,張惠僑,葉慶泰等.電梯群控系統(tǒng)客流分析與仿真.計算機工程與應用,2001;(22)