摘 要： 群控系統" title="電梯群控系統" target="_blank">電梯群控系統的設計與實現。闡述了系統總體結構、系統功能、軟件結構、設計思想及群控系統中的客流仿真和電梯運行仿真設計。
關鍵詞： 電梯群控 監控 模塊設計 仿真
隨著高層建筑和智能化建筑不斷出現，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相互聯動，且具有監控系統。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的長時間候梯現象。為解決這些問題，多臺電梯的優化調度系統，即電梯群控系統應運而生。
電梯群控系統是通過對電梯群運行狀態進行實時監測與分析，再根據不同的實際情況對各電梯進行優化調度和合理分配，進而改善和提高電梯系統服務質量和服務效率。
1 群控系統結構
1.1 系統總體結構
群控系統的總體結構如圖1所示，整個群控系統分為３個層次：數據采集層、通信層和群控層。數據采集層采集電梯系統的狀態信息；通信層實現群控層與數據采集層間數據的雙向通信；群控層則負責實現對電梯系統的群控功能。
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故障時，電梯系統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中群控調度機統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癱瘓，較好地保證了電梯系統的安全可靠性和高效能性。
1.2 系統功能
電梯群控系統是對電梯群的運行進行合理分配和優化調度的控制系統。該系統可以采集到每個電梯的實時狀態信息,并可以對電梯進行統一調配,使電梯群合理運行。系統具有如下功能:
(1)數據采集功能
調度系統能夠實時檢測電梯系統中每一臺電梯的運行狀態,如每臺梯的現行位置、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)數據通信功能
電梯群控系統要實現對電梯運行的合理分配和優化調度,就要在上層調度軟件和底層電梯控制器間建立信息通道,實現雙向通信,進行信息數據和控制命令的傳輸。
(3)控制功能
群控系統中,各臺電梯對廳外呼叫信號的響應是由系統統一進行分配的。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,調度模塊根據各梯的現行狀態信息,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得到最優的性能,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
群控系統對大廈中電梯系統所處的交通狀況進行分析,比如客流量以及客流分布、電梯狀態以及電梯分布等。通過分析可以對乘客呼叫、轎廂人數、電梯下一站響應情況等進行預測,然后根據一定的規則和策略對各梯工作進行協調調度,使電梯系統得到最優的運行。
(5)監測顯示功能
系統可以對每臺梯的現行位置、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學描述來實現是不夠的,還需要采用對經驗知識進行學習、使用和獲取的方法,即系統的自學習。
雖然電梯交通系統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狀態和系統輸入。故通過統計電梯運行各時間段的各參數可以實現群控系統的自學習。例如統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不同模式進行適當的調整。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,以節約能量。
1.3 系統軟件結構及設計思想
在設計電梯群控系統時,為了使系統具有良好的靈活性、可操作性以及可擴充性,系統采用模塊化的設計思想。系統的不同功能由不同模塊實現。這樣的結構設計,使系統在硬件結構發生變化或系統需求發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。群控系統軟件結構如圖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。
為了實現群控系統的通用性和靈活性,將通信模塊設計為動態鏈接庫的形式,對3種總線方式分別設計。群控系統根據實際情況調用適當的通信模塊,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議。對主程序來說,只需根據事件發出消息或命令,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,使其獨立于主程序。主程序只需面對電梯的相應狀態和控制命令,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數據的正確傳送,主程序收到的只是表示電梯運行狀態的一些數據幀,還需要進一步處理。因此,設計了一個專門模塊對狀態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,根據硬件決定的通信協議將命令封裝后送到底層。另一方面,接收從底層傳來的數據,根據相應協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。
(4)群控系統總控模塊
群控系統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,實現了系統的鏈接和整合,使系統完成通信、監測、控制以及顯示等功能。總控模塊主要工作是將廳外呼叫信息交給群控呼叫分配模塊,確定最優響應梯,同時實時監控電梯系統運行狀態并且顯示。
(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一采集送到群控系統進行分析以及派梯。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的核心部分。電梯系統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,動態顯示呼叫信息和各臺電梯響應狀態。
(6)群控電梯運行狀態監控模塊
狀態監控模塊是對電梯群的運行狀態進行監測和實時顯示。它的實現是通過循環發出查詢命令,查詢到電梯的實時狀態信息,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,由于監控系統直接對現場的目標進行監測和控制,因而要求數據顯示直觀、醒目,能隨著被監控對象狀態的變化而變化,從而實現由計算機畫面的實時變化來真實地反映動態的運行過程。顯示界面主要顯示電梯的實時運行情況,即開關門狀態、上下行狀態、到達樓層高度、每層的呼梯、電梯鎖梯等。
2 群控系統中的虛擬仿真
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的工作,而且一旦算法失敗,可能會給系統帶來較大損失。故從電梯系統的特性出發,在考慮其安全可靠性和運行成本的前提下,進行系統設計時,采用計算機建立虛擬仿真環境來模擬產生數據的方法。
群控系統的仿真環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。電梯運行仿真模型是模擬實際電梯運行過程,為電梯群控系統上層軟件提供數據,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的結構、軟件構成及設計思想、實現方法進行了闡述,在實際應用中具有可靠、實用、易擴展、易實現的特點。但建立電梯群控系統是一項復雜的系統工程,隨著網絡技術、診斷技術、人工智能技術的飛速發展,智能調度技術也日新月異,從而使系統中的許多工作都要進一步深入研究。
參考文獻
1 張學軍,謝苗苗,謝劍英.電梯控制系統的面向對象分析與實現.測控技術,1999;18(12)
2 鄭延軍,張惠僑,葉慶泰等.電梯群控系統客流分析與仿真.計算機工程與應用,2001;(22)