張萌

摘? 要：為提高電梯在實(shí)際生活中的高效節(jié)能、安全穩(wěn)定等需求，詳細(xì)研究了電梯群控系統(tǒng)派梯算法。分析影響系統(tǒng)派梯的四種性能指標(biāo)，并根據(jù)侯梯時(shí)間、乘梯時(shí)間、電梯功耗和乘客載裝率這四項(xiàng)指標(biāo)實(shí)現(xiàn)函數(shù)評(píng)估，提出基于多指標(biāo)賦權(quán)的群控算法。結(jié)合常規(guī)派梯原則和評(píng)估函數(shù)的衰減情況，總結(jié)多指標(biāo)賦權(quán)的群控算法派梯原則。理論分析表明：基于多指標(biāo)賦權(quán)的群控算法能合理的在上行高峰模式、下行高峰模式、空閑模式和隨機(jī)模式完成派梯任務(wù)。

關(guān)鍵詞：群控系統(tǒng)派梯算法;性能指標(biāo);函數(shù)評(píng)估;多指標(biāo)賦權(quán)

中圖分類號(hào)：TU857? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）09-0051-03

Abstract： To improve the efficiency， energy saving， safety and stability ofthe elevatorin real life， the algorithm of elevator group control system dispatching is studied in detail. Four performance indexes that affect the system dispatching are analyzed， and function evaluation is realized according to four indexes： waiting time， taking time， elevator power consumption and passenger loading rate. A group control algorithm based on multi index weighting is proposed. Coupled withthe conventional ladder principle and the attenuation of the evaluation function， the dispatching principle of multi index weighting group control algorithm is summarized. Theoretical analysisis shown thatthe group control algorithm based on multi index weighting can reasonably complete the task of dispatching in the uplink peak mode， downlink peak mode， idle mode and random mode.

Keywords： elevator algorithm of group control system; performance index; function evaluation; multi-indicator empowerments

1 概述

電梯日益成為人們生活中必不可少的一種交通工具。乘梯時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)引起乘客的不良情緒，當(dāng)乘梯超過(guò)一定時(shí)間后，乘客就會(huì)產(chǎn)生厭煩或厭惡心理[1]。同時(shí)，派梯時(shí)也必須考慮電梯轎廂內(nèi)的乘客人數(shù)，若轎廂過(guò)于擁擠則會(huì)導(dǎo)致乘客產(chǎn)生不良情緒。電梯群控系統(tǒng)是一個(gè)高質(zhì)量、高精度控制的人員運(yùn)輸系統(tǒng)[2]。劉明澤等人提出基于PLC的電梯群控系統(tǒng)，但一般PLC控制器負(fù)擔(dān)過(guò)重，靈活性不好，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的電纜比較多，其單一通訊模式會(huì)使PLC控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸效率低[3]。杭帥楠等人提出基于CAN通信電梯群控系統(tǒng)，雖然實(shí)現(xiàn)了很好的通訊傳輸效果，但派梯算法還有很多優(yōu)化空間[4]。因此，本文詳細(xì)分析了影響派梯時(shí)間的各類因素，對(duì)電梯群控系統(tǒng)派梯算法進(jìn)行詳盡研究，建立了電梯群控系統(tǒng)的多目標(biāo)評(píng)估函數(shù)。

2 電梯群控制系統(tǒng)運(yùn)行流程

電梯群控系統(tǒng)一般保證三臺(tái)以上電梯同步運(yùn)行。每部電梯均配有專門的控制器，每個(gè)控制器都和群控器連接。群控器主要負(fù)責(zé)整體系統(tǒng)的電梯調(diào)度。除群控系統(tǒng)負(fù)責(zé)調(diào)度以外，每個(gè)電梯都獨(dú)立工作。群控系統(tǒng)從工作意義上而言針對(duì)的是外呼登記。當(dāng)電梯的運(yùn)行方向發(fā)生變化，那么新一輪電梯響應(yīng)優(yōu)先級(jí)產(chǎn)生。群控系統(tǒng)運(yùn)行流程有以下四點(diǎn)[5]：

（1）優(yōu)先同向任務(wù)。當(dāng)電梯下行（或上行）時(shí)，電梯優(yōu)先接收同向的外召呼梯任務(wù)，同時(shí)記錄反向的呼梯層數(shù)。當(dāng)電梯達(dá)到盡頭時(shí)，再根據(jù)記錄的反向呼梯層數(shù)進(jìn)行另一次呼梯任務(wù)。一般情況下，距電梯轎廂越遠(yuǎn)，呼梯優(yōu)先級(jí)越高。

（2）優(yōu)先內(nèi)呼任務(wù)。針對(duì)單梯系統(tǒng)，電梯首要任務(wù)是處理該轎廂內(nèi)的呼梯任務(wù)。群控器不能打斷電梯內(nèi)呼梯任務(wù)。當(dāng)有外部呼梯命令時(shí)，群控器只能選擇當(dāng)前與外呼方向相同的電梯，或者選擇最早與外呼方向相同的電梯。

（3）滿載不接收任務(wù)。當(dāng)轎廂的載重量達(dá)到一定上限時(shí)，為保證安全，轎廂只接受內(nèi)召層數(shù)的選擇而不響應(yīng)外部呼梯。這種狀態(tài)一直持續(xù)到轎廂內(nèi)載重低于上限，電梯才能進(jìn)入正常響應(yīng)狀態(tài)。

（4）速度的分級(jí)控制。一部電梯的門機(jī)系統(tǒng)以及轎廂的運(yùn)行都需要多級(jí)速度的支持來(lái)達(dá)到乘客的舒適度。首先要求低速，可以保證電梯系統(tǒng)安全;然后，保證高速，可以提高電梯系統(tǒng)運(yùn)輸效率。

電梯群控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。電梯系統(tǒng)描述需要綜合考慮客流量、客流周期及運(yùn)輸分布等多方面因素。電梯的客流量、起止樓層都和電梯運(yùn)行時(shí)間存在密切聯(lián)系，并具有重要制約關(guān)系。這些指標(biāo)和因素往往都是隨機(jī)的，然而客流具有一定規(guī)律性，相關(guān)規(guī)律性對(duì)于交通模式的研究與分析具有十分重要的促進(jìn)意義。電梯群控系統(tǒng)運(yùn)行模式主要分為上行高峰模式（如下班時(shí)間段）、下行高峰模式（如上班時(shí)間段）、空閑模式（如夜間）和隨機(jī)模式（如白天）。

3 基于多指標(biāo)賦權(quán)的群控算法

3.1 影響派梯的性能指標(biāo)

大多數(shù)電梯群控算法都是針對(duì)乘客等待電梯的時(shí)間，本文將乘客乘坐電梯的時(shí)間、電梯的能耗和電梯乘客載裝率也納入到群控算法的影響因素之內(nèi)。因此，本群控算法兼顧四項(xiàng)電梯群控指標(biāo)，以保證對(duì)電梯群控系統(tǒng)的優(yōu)化和改善。把這四個(gè)指標(biāo)用數(shù)學(xué)方式分析，設(shè)置一組數(shù)組a1，a2，a3，a4。在各個(gè)指標(biāo)元素影響下，力爭(zhēng)函數(shù)值之和H=（a1a2a3a4）盡可能達(dá)到期望值或極限值。因此，假設(shè)一套評(píng)估函數(shù)，為指標(biāo)賦予加權(quán)系數(shù)，主要采用線性加權(quán)和法。

線性加權(quán)和法是將多個(gè)指標(biāo)進(jìn)行組合，最終整理為單個(gè)目標(biāo)的評(píng)估函數(shù)。這個(gè)方法主要適用于針對(duì)多指標(biāo)系統(tǒng)的評(píng)估工作。首先，設(shè)系統(tǒng)有m個(gè)指標(biāo)D1（x），D2（x），D3（x）...Dm（x）。然后，對(duì)每個(gè)指標(biāo)都賦予一個(gè)系數(shù)K，其中Ki是Hi（x）的加權(quán)系數(shù)，其數(shù)值大小直接反映了Hi（xi）對(duì)整體的影響程度。最后，將系統(tǒng)所有指標(biāo)和加權(quán)系數(shù)整合，得公式（1）為：

根據(jù)線性加權(quán)和法，一般來(lái)說(shuō)K1+K2+…+Ki=1。在加權(quán)系數(shù)和為1的情況下，需要令目標(biāo)函數(shù)W盡可能的達(dá)到期望值或極限值。針對(duì)上述描述的多指標(biāo)系統(tǒng)，對(duì)四個(gè)指標(biāo)函數(shù)做定義，即設(shè)D1（x）為乘客的電梯侯梯時(shí)間，D2（x）為乘客的乘梯時(shí)間，D3（x）為系統(tǒng)的能耗程度，D4（x）為電梯乘客載裝率。由于一個(gè)群控系統(tǒng)一般需要至少三臺(tái)電梯同時(shí)運(yùn)行，對(duì)于只有三部電梯的電梯群控系統(tǒng)而言，其電梯群控的描述函數(shù)依次為：

可以看出，函數(shù)W（x）的值越大，第x號(hào)電梯越適合響應(yīng)并執(zhí)行運(yùn)輸任務(wù)。式（2）中系數(shù)K為電梯群控的四個(gè)指標(biāo)的賦權(quán)系數(shù)，本系數(shù)越大說(shuō)明該群控指標(biāo)對(duì)整體評(píng)估的影響越大。對(duì)于電梯各種模式的權(quán)重系數(shù)設(shè)計(jì)如表1所示。

3.2 算法分析

乘客等候第x部電梯的時(shí)間指標(biāo)用T（x）表示，T（x）是電梯開關(guān)門時(shí)間和電梯運(yùn)行時(shí)間之和，即T（x）=Tdoor+Twork。其中，Tdoor值需要根據(jù)實(shí)際電梯系統(tǒng)的開關(guān)門時(shí)間進(jìn)行設(shè)置;Twork值一般需要軟件模擬計(jì)算，并結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)設(shè)置。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，假設(shè)電梯的加速度為a，運(yùn)行距離為S，加速度的變化率為e，故Twork模擬計(jì)算和設(shè)置函數(shù)如表2所示。

當(dāng)電梯群控系統(tǒng)的門廳外呼層數(shù)和目標(biāo)層數(shù)確定后，就能夠估算出乘客的侯梯時(shí)間Twork，從而開展電梯侯梯時(shí)間評(píng)估指標(biāo)D1（x）的后續(xù)計(jì)算。其中Twork和D1（x）的關(guān)系如圖2所示。從圖可看出，該指標(biāo)隨著時(shí)間的增加而逐漸減小。如果乘客等待電梯時(shí)間較長(zhǎng)，則這項(xiàng)評(píng)估指標(biāo)值會(huì)越來(lái)越小，因此群控系統(tǒng)會(huì)優(yōu)先呼叫其他本指標(biāo)值更大的電梯。

用D2（x）來(lái)表示乘梯時(shí)間的評(píng)估指標(biāo)，它與電梯的運(yùn)行速度有關(guān)，和門機(jī)系統(tǒng)的開關(guān)速度有關(guān)。評(píng)估函數(shù)如圖3所示。該評(píng)估指標(biāo)隨著乘梯時(shí)間的增長(zhǎng)而逐漸減小。即乘客乘梯的時(shí)間越長(zhǎng)，群控系統(tǒng)優(yōu)先把其他乘梯時(shí)間短的電梯派到乘客所在目標(biāo)樓層。

群控器派出的電梯在到達(dá)乘客呼梯目標(biāo)樓層前，為減少能耗，一般要求盡量減少電梯的?？看螖?shù)。因此，構(gòu)造一個(gè)能耗函數(shù)D3（x），如圖4所示。隨著電梯?？看螖?shù)的增多，能耗評(píng)估函數(shù)值越來(lái)越小?？梢钥闯?，?？看螖?shù)多的電梯不適合被群控系統(tǒng)呼叫并指派完成運(yùn)輸任務(wù)。

單位時(shí)間內(nèi)乘載的乘客人數(shù)越多，則電梯的裝載率越高，構(gòu)造一個(gè)裝載率函數(shù)D4（x），如圖5所示。隨著電梯裝載率的增多，其裝載率評(píng)估函數(shù)值越來(lái)越小，群控系統(tǒng)趨向于把裝載人數(shù)少的電梯派到電梯乘客所呼梯的目標(biāo)樓層。

4 結(jié)束語(yǔ)

詳盡分析了影響電梯群控系統(tǒng)派梯的四個(gè)指標(biāo)：乘客侯梯時(shí)間、乘客乘梯時(shí)間、電梯功耗和電梯乘客載裝率，提出了一種基于多指標(biāo)賦權(quán)的群控派梯算法。結(jié)合常規(guī)電梯群控系統(tǒng)派梯原則和所提算法，敘述了各種情況下的派梯過(guò)程。

參考文獻(xiàn)：

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