群控电梯目的层调度系统的研究与应用论文_朱驷捷

迅达（中国）电梯有限公司 200072

摘要：高层建筑与超高层建筑已成为现代大中城市建设发展的主要着力点，如何提高电梯的运输能力也成为当前亟待解决的问题。本文从系统平台与结构设计环节入手，围绕硬件电路设计、触摸屏呼梯界面设计、多目标调度算法设计及其应用实验四个层面入手，探讨了群控电梯目的层调度系统的研究与应用，以供参考。

关键词：群控电梯系统；目的层调度；硬件电路；触摸屏；多目标调度算法

引言：房地产行业的蓬勃发展推动了建筑施工行业规模的日趋扩大，电梯也成为高层建筑中必不可少的运输工具。高层建筑、大型商业建筑往往采用多台电梯进行群控调度，其目的层呼梯具有流程复杂、候梯与乘梯时间不固定、难以实现客流量妥善分配等缺陷，为群控电梯目的层调度系统的优化设计创设了良好契机。

1系统平台与结构设计

1.1系统概况

在系统硬件平台设计上，主要采用主板作为群控电梯的主控制系统，在主控制系统中涵盖了数据输入输出模块、接触器、井道信号系统、ELTU单元等组成部分。系统采用了3个32位工业级微处理器，可实现对64层、8台电梯的群控。

1.2结构设计

采用基于目的层调度的电梯群控技术进行系统结构建设，群控系统内的每一台电梯都配有相应的主控板，其群控模块主要涵盖了模块、、、、几类要素，以、作为通讯接口，与触摸屏、轿厢通讯板相连。具体来说，系统中的群控模块借助的连接方式与主控板的接线端口相连，从主控板处接收数据帧并传送回复。采用多主从模式防范出现无主问题，在规定时限内使相应的个体群控模块充当主机，其余群控模块自动充当从机，接收到主机发送的请求实现通讯。

2群控电梯目的层调度系统的设计与应用

2.1硬件电路设计

该群控系统的硬件电路主要由主芯片、电平转换模块、磁耦数字隔离芯片、芯片等元件组成。其中主控制芯片为型封装，承担信息处理核心作用；芯片主要负责为总线与控制器分别提供差动发送与差动接收性能。芯片中的、引脚与芯片间接相连，而、引脚则与外部设备相连，依靠芯片的电磁兼容性优势，可在电路未上电状态下仍使总线保持良好的无源特性，提高其抗干扰能力。此外，芯片的反向耐压为40V，在误插状态下还可有效防范损坏电路问题[1]。

2.2触摸屏呼梯界面设计

在进行触摸屏设计时，系统界面主要由电梯编号、按键区、当前层、运行方向、待响应楼层等要素组成，相较于一般电梯界面而言更加突出电梯的功能性与可操作性。在Photoshop软件中进行界面设计，利用配置工具进行楼层、按键等模块的配置，同时需设计不同按键值返回的寄存器地址，针对触摸屏界面上的各类信息规划对应的显示地址，利用汇编程序完成触摸屏回应群控模块、界面显示、按键值判断等程序的编写。采用以上流程设计的触摸屏具有更加完备的信息显示效能，只需在不同楼梯层入口处安装装置便可以供乘客进行呼梯、快速寻找到响应梯，有效节约了安装成本、提升电梯的响应速率。

2.3多目标调度算法设计

首先针对处于空闲状态下的群控电梯进行调度算法设计，当多台电梯处于同一楼层、保持同等空闲时间时，选取编号最小的电梯优先响应乘客的召唤指令；当多台电梯处于同一楼层、不同空闲时间时，优先选取停靠时间长的电梯进行响应；倘若群控系统下所有电梯随机分布在不同楼层中时，则以召唤层为基准，停在召唤层上、下方的电梯分别优先响应下行召唤与上行召唤。

其次针对处于运行状态下的群控电梯进行调度算法设计，需要综合考虑到乘客候梯与乘梯时间、电梯运行能耗等参数指标，实现对多目标控制系统调度的有效优化。其一进行乘客候梯评价函数的计算，主要借助乘客候梯状态下电梯运行与停站时间进行计算，其中运行时间代指轿厢由当前层运行到召唤层所消耗的时间，涉及到轿厢运行状态、启动加速时间等参数，而停站时间则由轿厢在不同楼层的停站时间与停战数组成，其函数关系式为：

其二进行乘客乘梯评价函数的计算，主要由乘客乘梯过程中的电梯运行、停站时间决定，其中运行时间代指轿厢由召唤层到乘客所在层消耗的时间，而停站时间则由轿厢在不同楼层消耗的停站时间、与目标层间的楼层数差距组成，其函数关系式为：

其三是群控电梯系统的能耗函数，主要由电梯的启停能耗、减速能耗、轿厢门开关能耗等因素决定，其函数关系式为：

最后运用多目标调度算法进行调度评价函数的建立，依据乘客乘梯时间、候梯时间、电梯系统能耗等指标确定权重系数，确保实现合理派梯，该评价函数的关系式为：

其中，权重系数。通常电梯的乘运模式主要包含空闲、层间与高峰等几种模式类型，在此侧重于依照不同时间段进行乘运模式的选择，进行多目标调度评价函数的具体应用。

2.4系统应用实验测试

在此选取金虹桥国际中心作为实验测试平台，该建筑位于上海市长宁区，总建筑面积为26.25万m2，建筑楼内配有24部高速迅达电梯，采用PORT梯控系统与KABA闸机系统。其中地上建筑包含一栋29层、144m高的办公楼与一组3-4层高的商业建筑，建筑面积为14.20m2；地下建筑共包含4层，建筑面积为12.05m2。

选取该建筑楼作为试验场所，采用4个主板与群控模块、4个轿厢通讯板、1块触摸屏以及24V电源构成实验平台。在开展实验前，首先调查金虹桥国际中心原有的电梯运行层数与最高速度，以静止状态为基准，当电梯运行1层楼所呈现出的最高速度为0.8m/s，运行2层楼的最高速度为1.3m/s，运行3层及3层以上时最高速度为2m/s，考虑到启动加速、匀速与平层减速时间等具体参数，综合计算出电梯在每层间匀速运行状态下消耗的时间为1.5s。接下来通过收集电梯群控系统中电梯开门时间、轿厢关门前的等候时长、轿厢关门时间、每人次进出时间平均值等参数，可以得出电梯的电梯的停站时间为8s，结合轿厢启停能耗值50kJ等参数，可以计算出处于运行状态下、且在第x层无响应信号的电梯，从x层运行到x+y层的时间为：

其中设权重系数为。

在此选取金虹桥国际中心的4部电梯进行实验论证，设1号电梯当前处于第6层，此时接收到了来自12层的响应信号；2号电梯当前处于10层，此时接收到了一个来自5层的响应信号；3号电梯与4号电梯分别处于15层和1层，都处于空闲状态下。通过观察触摸屏显示的呼梯信息可以发现，位于建筑第3层的触摸屏中呈现出了第8层的目的层信息，位于建筑第8层的触摸屏显示出了来自13层的目的层信息，位于建筑第16层的触摸屏显示出了来自第14层的目的层信息。针对其响应情况进行分析，设平均候梯、乘梯时间评价函数的计算公式为：

将以上所得参数值带入到计算公式中，可以得出4部电梯响应目的层信号的函数值：其中在触摸屏安装在第3层、目的层为第8层的状态下，1号电梯获取到函数计算最大值为44.5s、为755kJ；在触摸屏安装在第8层、目的层为第13层状态下，2号电梯获取到函数计算最大值为36s、为575kJ；在触摸屏安装在第16层、目的层为第14层的状态下，第2号电梯获取到函数计算最大值为43s、为725kJ。在几次测试中第4号电梯均优先响应信号，由此可证实该系统采取的控制方式在实时性、周期性方面均占优势，具有较强的应用价值[2]。