姜國勇 臧小惠

大連市特種設備監(jiān)督檢驗所,大連,116021

電梯群控系統(tǒng)的分析與研究

姜國勇 臧小惠

大連市特種設備監(jiān)督檢驗所,大連,116021

本文在概述電梯群控系統(tǒng)概念的基礎上，介紹了電梯群控系統(tǒng)的結構及傳統(tǒng)電梯群控系統(tǒng)的不足之處，并對現(xiàn)有的電梯智能群控系統(tǒng)進行了分析與研究。

電梯；群控

1 引言

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(zhì)量提出了越來越高的要求，單臺電梯往往不能滿足建筑內(nèi)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(nèi)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(diào)度系統(tǒng)，即電梯群控系統(tǒng)應運而生。

電梯群控系統(tǒng)（Elevator Group Control System,簡稱EGCS）是指在一座大樓內(nèi)安裝多臺電梯，并將這些電梯與一個計算機連接起來。該計算機可以采集到每個電梯的各種信號，經(jīng)過調(diào)度算法的計算向每個電梯發(fā)出控制指令?？傊?，EGCS能夠根據(jù)樓內(nèi)交通量的變化，對每個電梯的運行狀態(tài)進行調(diào)配，目的是為了達到梯群的最佳服務及合理的運行管理。

2 電梯群控系統(tǒng)結構

由于生產(chǎn)廠家的不同，使得電梯群控系統(tǒng)的結構也存在著差異。但是，群控系統(tǒng)的基本結構是相同的。它包括召喚按鈕、轎廂、電梯控制器、通信系統(tǒng)、電梯群控系統(tǒng)(調(diào)度模塊、交通模式識別模塊、數(shù)據(jù)管理模塊等)、其他輔助設備(如聲音制導系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、遠程監(jiān)控系統(tǒng)等)。

乘客在某樓層按下廳外召喚按鈕后，通信系統(tǒng)將此召喚信號輸入到電梯群控系統(tǒng)中。電梯群控系統(tǒng)選擇與此時的交通模式相對應的群控算法，根據(jù)客流、召喚信號情況及各臺電梯的狀態(tài)，選出一臺最合適的電梯。所選電梯運動至該樓層時，發(fā)出聲音、圖像或數(shù)字等通知顯示信息。停車開門后，乘客進入轎廂，登記目的樓層。

電梯控制器將此目的樓層信號傳輸給電梯群控系統(tǒng)。電梯啟動上行，到達目的樓層后開門，乘客走出轎廂。在這個過程中，電梯控制器接收電梯群控系統(tǒng)的指令，控制單臺電梯的運行，并將電梯的狀態(tài)反饋給電梯群控系統(tǒng)。電梯群控系統(tǒng)對電梯控制器發(fā)出控制指令，同時進行信息處理。學習模塊對系統(tǒng)進行學習，并對系統(tǒng)進行實時調(diào)節(jié)。

3 傳統(tǒng)電梯群控系統(tǒng)

傳統(tǒng)的群控算法只有一個目標，即最小候梯時間。在現(xiàn)代高層建筑的一些特定交通模式下，不可能要求每一部電梯能夠服務每一個樓層，所以電梯群控系統(tǒng)調(diào)度算法的研究有著重要的現(xiàn)實意義。調(diào)度算法的實質(zhì)是在一個變化的環(huán)境下的在線調(diào)度、資源配置及隨機最優(yōu)控制的優(yōu)化組合問題。調(diào)度算法的實質(zhì)是對電梯群控系統(tǒng)時間序列性能指標的優(yōu)化。但優(yōu)化上述任何一個指標都非常困難。主要原因有系統(tǒng)狀態(tài)空間非常龐大、系統(tǒng)動態(tài)特性伴隨著許多不確定性和再指派策略的實施問題。

傳統(tǒng)電梯的控制算法致使電梯的運行效率低，容易出現(xiàn)電梯扎堆現(xiàn)象，導致顧客長時間乘梯和長時間候梯，而且電梯的起停次數(shù)過多，造成能量浪費。隨著智能建筑的出現(xiàn)與發(fā)展，作為其子系統(tǒng)的現(xiàn)代化電梯群控系統(tǒng)也必將越來越多地體現(xiàn)出智能控制的特點，把智能控制算法引入電梯群控系統(tǒng)能夠較好地解決群控系統(tǒng)目的多樣性和系統(tǒng)本身固有的隨機性和非線性。

4 電梯智能群控系統(tǒng)

目前，在電梯群控系統(tǒng)中，為了減少乘客的候梯時間和降低電梯的能耗，提高每臺電梯的利用率，已經(jīng)引入了基于專家系統(tǒng)、模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡的智能控制方法。

4.1 基于專家系統(tǒng)的電梯群控

專家系統(tǒng)在電梯群控中的應用始于20世紀90年代，它是根據(jù)某一特定領域中專家的知識和經(jīng)驗，按照一定的格式建成“IF條件THEN結論”條件語句形式的知識庫。專家系統(tǒng)由知識庫、數(shù)據(jù)庫、推理機、解釋部分以及知識獲取部分構成。主要研究用于處理復雜系統(tǒng)工程技術問題的知識表示、使用和獲取的方法，依靠經(jīng)驗的、尚未形成科學體系的領域?qū)＜抑R對系統(tǒng)進行控制。建立該系統(tǒng)的主要目的，是支持和幫助某一特定問題領域的非專家去解決復雜問題。

將專家系統(tǒng)用于電梯群控的主要控制目標是:減小系統(tǒng)響應時間、系統(tǒng)服務時間和候梯時間。由于專家經(jīng)驗及知識的局限性，和知識表達的不全面性，使得控制規(guī)則并不完善，因此此種方法不能很好地適應不同大樓的模型要求。

4.2 基于模糊控制的電梯群控[1]

美國L.A.Zadel于1965年首次提出模糊集合的概念。后來，人們把模糊集合論的思想應用于控制領域，形成了模糊控制。所謂模糊控制就是一種具有推理能力的智能程序系統(tǒng)，可以很容易的集成專家系統(tǒng)，建成由IF-THEN語言規(guī)則的知識庫，模糊推理機，模糊化和反模糊化接口體系系統(tǒng)，其控制算法采用查表法、軟/硬件模糊推理控制法等。

將模糊控制用于電梯群控的主要控制目標是:減小候梯時間和乘梯時間，減小轎廂內(nèi)擁擠度，減少長候梯率，防止扎堆。其缺點是模糊邏輯沒有學習能力，隸屬函數(shù)加權系數(shù)不會根據(jù)不同交通模式而改變，完全依賴于專家制定的大量控制規(guī)則，運行時無法修正規(guī)則，系統(tǒng)性能受專家知識影響很大。

4.3 基于神經(jīng)網(wǎng)絡的電梯群控

1943年，心理學家McCulloch和數(shù)學家巧招首次提煉出了一個神經(jīng)元模型(簡稱MP模型)，把神經(jīng)元作為雙態(tài)開關，并應用布爾邏輯的數(shù)學工具研究客觀事件的形式神經(jīng)網(wǎng)絡的模擬。人工神經(jīng)網(wǎng)絡是依據(jù)人類和動物大腦的工作方式建模的，是一種動態(tài)非線性系統(tǒng)，其分層網(wǎng)絡結構，介于推理和數(shù)值計算之間，包括輸入層、縮短候梯和搭乘時間，更可以減少電梯的運行次數(shù)，從而減少能耗。隱含層、輸出層，其結構是根據(jù)所要實現(xiàn)的功能來劃分網(wǎng)絡層數(shù)和神經(jīng)元的個數(shù)。

將人工神經(jīng)網(wǎng)絡用于電梯群控系統(tǒng)的主要控制目標是:減小候梯時間。其缺點是神經(jīng)網(wǎng)絡是一種黑箱式結構，結構難以確定。由于神經(jīng)網(wǎng)絡實施的前提是將某些類型的神經(jīng)網(wǎng)絡儲存起來，以實時采集到的交通數(shù)據(jù)為基礎，所以會出現(xiàn)重復學習的過程。

4.4 基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡的電梯群控[2]

隨著智能控制的發(fā)展，人們更多的注意到各種智能控制的優(yōu)缺點及其互補性。開始采用了“相互結合、取長補短”的“集成化”策略，提出了“模糊化神經(jīng)網(wǎng)絡(FNN)”的專家控制，模糊化神經(jīng)網(wǎng)絡可以實現(xiàn)一種解釋和推理的模型結構，用它來清晰的描述知識和獲取知識。這種群控系統(tǒng)還具有學習能力，以彌補專家系統(tǒng)專家經(jīng)驗知識的不足。

5 結論

本文對電梯群控系統(tǒng)的結構及控制方法進行了闡述，但是建立電梯群控系統(tǒng)是一項復雜的系統(tǒng)工程，隨著網(wǎng)絡技術、診斷技術、人工智能技術的飛速發(fā)展，智能調(diào)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。

[1] 張士磊, 張雷, 徐海剛.基于模糊控制的智能小區(qū)電梯群控系統(tǒng)算法研究[J]. 工業(yè)控制計算機. 2009,(10).

[2] 楊凌霄,熊新國. 基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡的電梯群控系統(tǒng)設計[J]. 中國科技信息. 2007,(21) .

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.005.042

姜國勇（1978－），男（漢族），遼寧大連人，主要從事電梯檢驗工作。

臧小惠（1980－），男（漢族），江蘇省常州市人，碩士。主要從事起重機械的監(jiān)督檢驗與研究。