1、引言

電梯作為現(xiàn)代高層建筑必不可少的垂直交通運(yùn)輸工具，與人類(lèi)的生活密切相關(guān)，因而對(duì)電梯的調(diào)速精度、調(diào)速范圍等靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性提出了更高的要求。在規(guī)模較大的高層建筑物內(nèi)通常安裝兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的電梯，如果電梯各自獨(dú)立運(yùn)行，就很難提高運(yùn)行效率，必然造成很大的能源浪費(fèi)，也給電梯的集中管理帶來(lái)很大的困難。

2、電梯群控系統(tǒng)

電梯群控系統(tǒng)（EGCS）是指將安裝在建筑物內(nèi)的3臺(tái)或3臺(tái)以上的一組電梯作為一個(gè)有機(jī)整體，使用一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)度每一臺(tái)電梯的運(yùn)行，目的是提高垂直交通系統(tǒng)的運(yùn)行效率，以較短的候梯時(shí)間和運(yùn)行時(shí)間為乘客提供服務(wù)，以提高對(duì)乘客的服務(wù)質(zhì)量，并減少能耗[1]。

電梯群控系統(tǒng)是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的系統(tǒng)，需要對(duì)幾百個(gè)信號(hào)進(jìn)行收發(fā)，處理。目前，電梯群控有多種實(shí)現(xiàn)方式，但其控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大同小異。圖1.1為電梯群控系統(tǒng)的一種基本結(jié)構(gòu)框圖。電梯群控系統(tǒng)模塊接收轎外呼梯信號(hào)，根據(jù)派梯策略算法的處理結(jié)果將呼梯信號(hào)分配給各個(gè)單梯控制模塊，單梯系統(tǒng)模塊根據(jù)各電梯狀態(tài)、分配的轎外呼梯信號(hào)、轎內(nèi)呼梯信號(hào)等對(duì)電梯進(jìn)行運(yùn)行控制。電梯群控模塊是電梯群控系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)采集轎外呼叫信號(hào)并協(xié)同控制各電梯運(yùn)行[2]。

圖2.1一種電梯群控系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)框圖

3、基于LabView的電梯群控系統(tǒng)仿真

3.1LabView軟件

LabView是實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺(tái)的簡(jiǎn)稱(chēng)，是美國(guó)NI公司的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品，也是目前應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最快、功能最強(qiáng)的圖形化軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境。LabView的特點(diǎn)在于：它使用圖形化編程語(yǔ)言在流程圖中創(chuàng)建源程序，運(yùn)行方便，編程簡(jiǎn)單易懂。

LabView是帶有可以產(chǎn)生最佳編碼的編譯器的圖形化開(kāi)發(fā)環(huán)境，運(yùn)行速度等同于編好的C或C++程序。LabView具有模塊化特性，有利于程序的可重用性。LabView將軟件的界面設(shè)計(jì)與功能設(shè)計(jì)獨(dú)立開(kāi)來(lái)，修改人機(jī)界面無(wú)需對(duì)整個(gè)程序進(jìn)行調(diào)整，LabView是利用數(shù)據(jù)流框圖接受指令，使程序簡(jiǎn)單明了，充分發(fā)揮了G語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)，這就大大簡(jiǎn)短了虛擬儀器的開(kāi)發(fā)周期、消除了虛擬儀器編程的復(fù)雜過(guò)程。

3.2模糊調(diào)度

調(diào)度是電梯群控系統(tǒng)的重要組成部分。電梯系統(tǒng)各控制目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，主要靠調(diào)度對(duì)各呼梯信號(hào)的合理配置。電梯群控系統(tǒng)是一個(gè)多目標(biāo)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，控制指標(biāo)多，各目標(biāo)之間既相互關(guān)系，又相互沖突。如：使電梯系統(tǒng)能耗低，則平均候梯時(shí)間和長(zhǎng)候梯率增大；轎廂的擁擠度小，會(huì)使平均候梯時(shí)間長(zhǎng)；平均候梯時(shí)間小，則長(zhǎng)候梯率大。

3.3動(dòng)態(tài)分區(qū)算法

確保每部電梯服務(wù)區(qū)域不重疊，防止電梯聚群現(xiàn)象出現(xiàn)，可以將m層的建筑物包括n部電梯（每部電梯1個(gè)轎廂）組成的梯群劃分n個(gè)區(qū)域。設(shè)建筑物第k層需求量為Uk,總需求量為U。每個(gè)轎廂都服務(wù)于1層（主端站），分區(qū)主要是為上、下行高峰模式設(shè)計(jì)的，而不是為隨機(jī)層間模式設(shè)計(jì)。當(dāng)不在上，下行高峰模式時(shí)，則分區(qū)自動(dòng)取消，各臺(tái)電梯的轎廂為整個(gè)建筑物服務(wù)。以下是具體分區(qū)安排：

轎廂1的服務(wù)范圍：1層...m1層；

轎廂2的服務(wù)范圍：1層，（m1+1）...m2層；

轎廂3的服務(wù)范圍：1層，（m2+1）...m3層；

......

轎廂j的服務(wù)范圍：1層，（mj-1+1）...mj層；

......

轎廂n的服務(wù)范圍：1層，（mn-1+1）...mn層；

其中：1＜m1＜m2＜...＜mj＜...mn≤m。動(dòng)態(tài)分區(qū)的關(guān)鍵就是計(jì)算出n個(gè)mj（j=1,2,...n）的最優(yōu)解。將第j個(gè)轎廂的往返時(shí)間記為RTTj,其計(jì)算公式如下：

RTTj=2HjtV+(Sj+1)ts+2Pjtp；j=1，2，···n

3.4電梯群控算法流程圖

基于動(dòng)態(tài)分區(qū)的模糊群控調(diào)度算法流程圖如圖3.1所示。

圖3.1動(dòng)態(tài)模糊優(yōu)化調(diào)度算法流程圖

當(dāng)出現(xiàn)層站呼梯指令登記時(shí)，調(diào)度算法首先確定當(dāng)前系統(tǒng)屬于哪種交通模式，選取對(duì)應(yīng)交通模式下權(quán)重系數(shù)W1、W2、W3的值，計(jì)算響應(yīng)呼梯指令的各模糊變量值，再根據(jù)模糊決策原則計(jì)算各評(píng)價(jià)函數(shù)值，結(jié)合當(dāng)前模式的權(quán)重系數(shù)計(jì)算出各電梯總的評(píng)價(jià)函數(shù)值，最后，通過(guò)比較選取總評(píng)價(jià)函數(shù)值最大的那一臺(tái)電梯來(lái)響應(yīng)呼梯指令，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)模糊優(yōu)化調(diào)度[3]。

3.5仿真實(shí)驗(yàn)

此仿真平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)就在于除共享廳層召喚之外，其它各個(gè)模塊是獨(dú)立的，其電梯群控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖4.7所示。因此如果需要可以從3臺(tái)電梯擴(kuò)展到更多臺(tái)，只需要初始化新增加電梯的運(yùn)行參數(shù)；由于調(diào)度算法是獨(dú)立的子VI，所以不影響虛擬仿真平臺(tái)的擴(kuò)展[4]。

圖3.2電梯群控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

3.6實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)界面

仿真環(huán)境均為L(zhǎng)abView8.6。實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)界面如圖3.3所示。

圖3.3實(shí)驗(yàn)仿真界面

3.7實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

首先，用LabView“隨機(jī)數(shù)”函數(shù)產(chǎn)生60個(gè)隨機(jī)數(shù)，前20個(gè)用來(lái)表示外呼，第31個(gè)到第40個(gè)為A梯的內(nèi)選，第41個(gè)到第50個(gè)為B梯的內(nèi)選，第51個(gè)到第60個(gè)為C梯的內(nèi)選，模擬建筑物各層的指令登記信號(hào)；用3個(gè)參數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)兩種調(diào)度算法，它們分別是平均候梯時(shí)間、平均乘梯時(shí)間、響應(yīng)完所有外呼與內(nèi)選信號(hào)所用的總時(shí)間以及轎廂的停站次數(shù)。實(shí)驗(yàn)以隨機(jī)層間交通模式為例，驗(yàn)證改進(jìn)算法的優(yōu)越性。結(jié)果如下：

圖3.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果柱形圖

通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)表明，在群控調(diào)度時(shí)，運(yùn)用模糊決策與分區(qū)調(diào)度的方法，可以有效地減少平均候梯時(shí)間、平均乘梯時(shí)間以及總的停站次數(shù)，提高了電梯運(yùn)行的效率[5]。

4、結(jié)語(yǔ)

本文主要講述了電梯群控系統(tǒng)的簡(jiǎn)介和基本原理，并運(yùn)用LabView軟件對(duì)電梯群控系統(tǒng)進(jìn)行仿真測(cè)試實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，動(dòng)態(tài)分區(qū)與模糊調(diào)度相結(jié)合的群控調(diào)度優(yōu)化算法可以有效地改善高層建筑電梯的性能。

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