群控电梯调度效率优化设计

陈健 胡凯

摘 要：随着建筑业的快速发展，人们对电梯的需求也日益增加。在现今的电梯行业，电梯群控系统的控制方式主要为星形和环形两种，稳定性较低；群控调度算法考虑的因素较单一；一般的电梯群控系统普遍存在着的弊端有：乘客的候梯、乘梯时间不可知；客流分配不合理；电梯运行效率低。尤其是在高峰时段，客流量多，轿厢易拥挤，候梯、乘梯时间增加，更有些乘客因没来得及选梯，电梯就已经过了目的楼层。因此设计一种稳定、调度合理的电梯群控系统很有必要。因此在本文之中，主要是对群控电梯调度效率优化的设计做出了全面的分析研究，与此同时也是在这个基础之上提出了下文中的一些内容，希望能够给予相同行业进行工作的人员提供出全面的参考。

关键词：群控电梯；调度；优化；设计；分析

引言：随着高层建筑物数量的增加，电梯数量和使用频率也日益增加，为满足人们的运行需求，往往需要多台电梯同时工作，这就需要群控系统来实现。电梯群控指的是使用微机对共用层站、集中排列的多台电梯进行集中控制，这个过程的实现要以电梯运行方向、呼梯信号和轿厢的当前位置为基础。传统电梯的目的层呼梯是通过轿厢通讯板和外召板的二次信号输入来实现的，这种方法在很大程度上影响了呼梯效率和客流量的优化配置，不利于实现电梯节能。因此，探讨群控电梯目的层调度系统的设计对优化电梯运行具有重要意义。

1.群控电梯

一是最大最小功能。系统指定1台电梯应召时，使待梯时间最小，并预测可能的最大等候时间，可均衡待梯时间，防止长时间等候。二是优先调度。在待梯时间不超过规定值时，对某楼层的厅召唤，由已接受该层内指令的电梯应召。三是区域优先控制。当出现一连串召唤时，区域优先控制系统首先检出“长时间等候”的召唤信号，然后检查这些召唤附近是否有电梯。如果有，则由附近电梯应召，否则由“最大最小”原则控制。四是特别层楼集中控制。包括：首先将餐厅、表演厅等存入系统；其次根据轿厢负载情况和召唤频度确定是否拥挤；再次在拥挤时，调派2台电梯专职为这些楼层服务；四拥挤时不取消这些层楼的召唤；五拥挤时自动延长开门时间；最后拥挤恢复后，转由“最大最小”原则控制。五是满载报告。统计召唤情况和负载情况，用以预测满载，避免已派往某一层的电梯在中途又换派1台。本功能只对同向信号起作用。六是已起动电梯优先。本来对某一层的召唤，按应召时间最短原则应由停层待命的电梯负责。但此时系统先判断若不起动停层待命电梯，而由其它电梯应召时乘客待梯时间是否过长。如果不过长，就由其它电梯应召，而不起动待命电梯。七是“长时间等候”召唤控制。若按“最大最小”原则控制时出现了乘客长时间等候情况，则转入“长时间等候”召唤控制，另派1台电梯前往应召。八是特别楼层服务。当特别楼层有召唤时，将其中1台电梯解除群控，专为特别楼层服务。九是特别服务。电梯优先为指定楼层提供服务。十是高峰服务。当交通偏向上高峰或下高峰时，电梯自动加强需求较大一方的服务。十一是独立运行。按下轿内独立运行开关，该电梯即从群控系统中脱离出来，此时只有轿内按钮指令起作用。十二是分散备用控制。大楼内根据电梯数量，设低、中、高基站，供无用电梯停靠。十三是主层停靠。在闲散时间，保证1台电梯停在主层。十四是几种运行模式。实现低峰模式：交通疏落时进入低峰模式。其次常规模式：电梯按“心理性等候时间”或“最大最小”原则运行。再次上行高峰：早上高峰时间，所有电梯均驶向主层，避免拥挤。四午间服务：加强餐厅层服务。最后下行高峰：晚间高峰期间，加强拥挤层服务。十五节能运行。当交通需求量不大时，系统又查出候梯时间低于预定值时，即表明服务已超过需求。则将闲置电梯停止运行，关闭点灯和风扇；或实行限速运行，进入节能运行状态。如果需求量增大，则又陆续起动电梯。

2.群控电梯调度算法的原理模型

蚁群算法是基于蚂蚁觅食行为而提出的一种智能优化算法，A点为蚁巢，E点为食物，而蚂蚁则往返于食物与蚁巢之间，当蚂蚁面临一次路径的选择的时候，必然会存在几条远近程度不一样的路径，当第一批蚁群面临选择时，由于没有任何信息素的引导，它们选择任意一条路径的可能性是一样的，所以当分别有30只蚂蚁从蚁巢和食物出发，在B点和D点各有15只蚂蚁选择路径DCB和DFB，假定蚂蚁的移动速度为1，而对于一个单位时间后到达B点和D点的蚂蚁，在BCD路径上有30只蚂蚁的信息素，而BFD路径上有15只蚂蚁，显而易见，此时选择BCD路径的蚂蚁将是BFD路径的2倍。经过一段时间，最短路径的信息素会越来越浓，就会有越来越多的蚂蚁选择这条路径。由此可见，蚂蚁正是通过这种具有正反馈的觅食路径的选择方式来确定最优路线。路径上的信息素会随着时间而越来越弱，而這种挥发优化机制可以驱使蚂蚁不停地寻找新的最优路径，这样就避免了发生局部最优所带来的弊端。因为局部最优会让蚂蚁失去其他的选择。从这个角度上看，信息素的挥发和自主的后台行为就能够体现出该算法相对于其他算法的高级性。

3.算法仿真结果

为了验证算法的有效性，在电梯仿真软件中进行实物仿真验证，将带有电梯仿真软件的工控机通过特定的模块PM125与实际的硬件相连接，对于同一套程序可以通过PLC的实际输入输出控制实物电梯的运行，也可以通过PM125将实际的输入输出镜像到PM125的虚拟地址里，通过工控机里的仿真软件对其进行仿真监控。在软件随机给定的呼梯信号与乘客流的情况下，通过软件的具体数据可以明显地看到电梯群在运行过程中的各项指标的具体数据情况。该软件处于评分状态时，系统会自动给出不同的呼梯信号、乘梯人数、目标楼层以及乘客的体重等各项模拟数据，同时通过组态的监控画面和仿真软件的画面，真实地模拟实际电梯的运行状况。监控画面一方面监控系统变量的变化，从2个仿真结果来看，加入算法之后，乘客的平均候梯时间，平均乘梯时间以及乘客的长时间候梯率得到了明显的降低，系统启停次数的减少意味着能耗的降低。

总结：通过硬件结合软件仿真两方面对系统调度策略进行验证，解决了PLC与智能算法较难结合的问题，提高了以PLC作为控制器的群控电梯系统的调度效率，为之后基于PLC的先进算法的实现提供了理论依据和实际案例分析。从目前的实验效果来看，加入算法后的系统运行的稳定性得到了极大地提升，从候梯时间、能耗和尺码舒适度等数据可以看出，系统运行效率得到了优化，解决了蚁群算法只能优化基于已知两点间的最优问题，将其应用于电梯系统只已知固定一点求路径最优的问题。

参考文献：

[1]蔡晓霞，俞立峰.群控电梯目的层调度系统的设计[J].浙江工业大学学报，2015，43（01）：52-57.

[2]刘美菊，刘冬，刘剑.基于匈牙利算法的群控电梯调度的实现[J].沈阳建筑大学学报（自然科学版），2013，29（05）：955-960.

[3]李小倩，王志胜，甄子洋.文化算法在群控电梯调度中的应用[J].计算机仿真，2013，30（07）：300-303+387.

[4]曾媛媛.基于嵌入式计算机的群控电梯控制的实现[J].计算机光盘软件与应用，2012（12）：99+101.

[5]杨燕.基于遗传算法的群控电梯智能调度方法的研究[J].科技信息，2009（35）：988-989.

[6]董骊.基于模糊控制的群控电梯调度算法研究[J].长春工程学院学报（自然科学版），2009，10（02）：96-99.