李健

隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，以及城市地價的不斷上升，新建建筑的高度越來越高，這使得電梯的應(yīng)用越來越廣泛，其控制也越來越復(fù)雜［1］.

當前電梯及其控制技術(shù)正處于飛速發(fā)展階段，雖然電梯的硬件技術(shù)隨著科技發(fā)展已有大幅度進步，但多個電梯的群控問題并沒有得到完美解決.優(yōu)秀的電梯群控算法不僅可以減少用戶的候梯時間，提高電梯運行效率，還可以減少不必要的能源損耗，進而大大降低電梯的運行與維護成本.因此電梯智能群控技術(shù)在控制多部電梯中的應(yīng)用變得越來越普遍，也越來越重要［1-3］.

1 電梯群控控制結(jié)構(gòu)

電梯群控系統(tǒng)主要由電梯轎廂、單部電梯控制器、群控制器、層站呼梯系統(tǒng)、通信系統(tǒng)，以及其他輔助設(shè)備（監(jiān)控設(shè)備、顯示設(shè)備等）組成［4］，其結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示.

圖1 電梯群控結(jié)構(gòu)圖

由于電梯群控本質(zhì)上是對電梯最佳響應(yīng)的控制，即通過相應(yīng)的控制算法實現(xiàn)以最短的候梯時間、最佳的運行路線完成用戶對電梯呼叫的響應(yīng)，提高電梯運行效率和用戶乘梯體驗.因此，乘客候梯時間、電梯運行總距離、電梯（曳引機）啟停次數(shù)多少是衡量電梯群控效果優(yōu)劣的重要指標.

2 基于冒泡法的電梯群控設(shè)計

電梯群控的最終目標是為了協(xié)調(diào)多部電梯高效工作，盡最大可能縮減乘客候梯與乘梯時間，提高電梯群運輸能力與效率［5］.由參考文獻［6］可以得知目前電梯使用最多的群控算法主要是模糊控制算法.相比最早使用的基于專家系統(tǒng)的電梯群控算法，模糊群控算法克服了基于專家系統(tǒng)的群控算法易受到知識源全面性影響、控制規(guī)則過多等問題，使得乘客候梯時間大幅度減少.但在實際運行中，由于模糊控制算法沒有學習功能，有些規(guī)則無法確定，因此電梯群控不容易跟上建筑需求的變化，很難實現(xiàn)既定控制目標下的最優(yōu)調(diào)度問題.近些年來，有研究人員將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于電梯群控技術(shù)，實現(xiàn)了一些突破，但也帶來了電梯控制器的控制程序設(shè)計過于復(fù)雜等問題.

針對模糊電梯群控算法存在的不足，筆者將計算機技術(shù)中常用的冒泡排序法應(yīng)用于電梯群控設(shè)計.在計算機技術(shù)中，冒泡排序的基本原理是重復(fù)讀取要排序的元素列，依次比較兩個相鄰的元素，如果順序（如從大到小）錯誤就把他們交換過來.走訪元素的工作是重復(fù)地進行直到?jīng)]有相鄰元素需要交換，這時排序完成，其工作邏輯如圖2所示.

圖2 冒泡排序工作邏輯圖

由于電梯群的運動與響應(yīng)本質(zhì)也是一種比較與排序，因此可以將電梯群控邏輯大致設(shè)定為：當電梯系統(tǒng)收到電梯層呼叫信號后，識別其呼叫樓層和呼叫上行或是下行，假設(shè)外呼上行，則首先判別當前運行的電梯所處的樓層和運行狀態(tài)，優(yōu)先調(diào)用低于呼叫樓層且處在上行過程中的電梯，若是存在多部滿足此條件的電梯，則將電梯當前所在樓層與呼叫樓層相減，其結(jié)果大小采用冒泡排序，使樓層差值最小的電梯響應(yīng)外呼信號.若不存在此情況則調(diào)用當前無上下行狀態(tài)電梯，其調(diào)用過程仍然是將外呼樓層與當前電梯所處樓層進行相減，對其結(jié)果同樣進行冒泡排序，其控制邏輯如圖3所示.

圖3 電梯控制邏輯圖

至于電梯自身的響應(yīng)控制邏輯，應(yīng)當是將外呼信號和滿足電梯控制邏輯而參與到群控派梯的電梯所在樓層進行做差，對做差結(jié)果進行冒泡排序，從而實現(xiàn)以最低耗時進行派梯，實現(xiàn)電梯的高效控制，電梯冒泡排序響應(yīng)控制邏輯如圖4所示.

圖4 冒泡響應(yīng)控制邏輯

3 電梯響應(yīng)分析

電梯響應(yīng)從本質(zhì)上來講是對群控結(jié)果的響應(yīng)，也是整個系統(tǒng)對每個單步電梯的控制結(jié)果.就其功能而言，系統(tǒng)需要實現(xiàn)電梯的運載行為，包括開關(guān)門控制、高低速轉(zhuǎn)換、制動停車、群控信號與內(nèi)呼信號響應(yīng)等.因此，為實現(xiàn)電梯自動運行到目標層進行開關(guān)門操作，之后載客將乘客安全送往目標層的功能，可將控制流程設(shè)計為圖5所示.考慮到突發(fā)情況，其控制功能應(yīng)適當增加以滿足可以根據(jù)不同的需求對運行狀態(tài)進行改進.如：對內(nèi)外呼指令中容易出現(xiàn)的人為誤操作信號進行對應(yīng)的判斷并屏蔽錯誤信號；在電梯運行過程中如長時間無指令或外呼信號，電梯轎廂的相應(yīng)設(shè)備能夠暫時休眠并在有信號來時結(jié)束休眠.

圖5 電梯功能控制流程圖

對于誤呼的清除屏蔽，可以考慮為：當按下內(nèi)呼按鈕，內(nèi)呼指示燈立刻亮起，當識別到平層信號或未達到平層時再次按下內(nèi)呼按鈕則取消內(nèi)呼，以此來減少因誤操作而導(dǎo)致的非必要停層，提高電梯運行效率，控制邏輯流程如圖6所示.

圖6 電梯內(nèi)呼控制響應(yīng)邏輯

電梯休眠控制較為簡單，只需對電梯待載時間進行計時，時間超過一定量時電梯進入休眠狀態(tài)，當有外呼時結(jié)束休眠，采用中斷邏輯控制方法即可解決，無需做過多研究.

4 仿真實驗與分析

筆者使用Elevator Simulation軟件，并通過以太網(wǎng)鏈接計算機，在計算機上安裝并配合使用博途V14軟件編程，構(gòu)造出了六臺十層電梯（單位層高設(shè)置為3 m，電梯運動中暫時停靠某一層的逗留時間統(tǒng)一設(shè)置為6 s，開關(guān)門時間為4 s），仿真實驗中設(shè)置20次不同的外呼與內(nèi)呼，并對六臺電梯分別進行基于模糊群控算法和冒泡排序群控算法上編出的程序調(diào)試，對比兩種不同算法編程下電梯的運行效率.其對比的評價指標包括：相同外呼與內(nèi)呼條件下的平均候梯時間、電梯運行總距離、電梯啟停次數(shù)、長時間候梯率（本次實驗中設(shè)定外呼45 s以上電梯尚未到達為長時間候梯）.其仿真實驗界面與實驗結(jié)果分別如圖7和表1所示.

圖7 電梯群控系統(tǒng)監(jiān)控界面

表1 仿真實驗中不同群控算法的電梯運行評價指標對比

由表1可知，冒泡排序群控算法相較于常用的模糊群控算法，在相同的外呼與內(nèi)呼條件下，較為明顯地減少了乘客的平均候梯時間和長時間候梯率，同時也使得電梯運行總距離與啟停次數(shù)大為減少，從而可以提高電梯的使用效率，減小能源損耗與運行成本，并且能使乘客擁有更好的乘梯體驗.

5 結(jié)語

電梯的群控問題在建筑智能化與樓宇自動化技術(shù)不斷發(fā)展的今天變得日益突出與重要.將計算機技術(shù)中的冒泡算法引入電梯的群控設(shè)計并以此為基礎(chǔ)對電梯控制器進行編程，通過仿真實驗的對比可以看出，冒泡群控算法在改善電梯群控的各項性能指標方面都明顯優(yōu)于模糊群控算法，因此具有良好的應(yīng)用前景與推廣價值.