迅达（中国）电梯有限公司200072
摘要：高层建筑与超高层建筑已成为现代大中城市建设发展的主要着力点，如何提高电梯的运输能力也成为当前亟待解决的问题。本文从系统平台与结构设计环节入手，围绕硬件电路设计、触摸屏呼梯界面设计、多目标调度算法设计及其应用实验四个层面入手，探讨了群控电梯目的层调度系统的研究与应用，以供参考。
关键词：群控电梯系统；目的层调度；硬件电路；触摸屏；多目标调度算法
引言：房地产行业的蓬勃发展推动了建筑施工行业规模的日趋扩大，电梯也成为高层建筑中必不可少的运输工具。高层建筑、大型商业建筑往往采用多台电梯进行群控调度，其目的层呼梯具有流程复杂、候梯与乘梯时间不固定、难以实现客流量妥善分配等缺陷，为群控电梯目的层调度系统的优化设计创设了良好契机。
1系统平台与结构设计
1.1系统概况
在系统硬件平台设计上，主要采用主板作为群控电梯的主控制系统，在主控制系统中涵盖了数据输入输出模块、接触器、井道信号系统、ELTU单元等组成部分。系统采用了3个32位工业级微处理器，可实现对64层、8台电梯的群控。
1.2结构设计
采用基于目的层调度的电梯群控技术进行系统结构建设，群控系统内的每一台电梯都配有相应的主控板，其群控模块主要涵盖了模块、、、、几类要素，以、作为通讯接口，与触摸屏、轿厢通讯板相连。具体来说，系统中的群控模块借助的连接方式与主控板的接线端口相连，从主控板处接收数据帧并传送回复。采用多主从模式防范出现无主问题，在规定时限内使相应的个体群控模块充当主机，其余群控模块自动充当从机，接收到主机发送的请求实现通讯。
2群控电梯目的层调度系统的设计与应用
2.1硬件电路设计
该群控系统的硬件电路主要由主芯片、电平转换模块、磁耦数字隔离芯片、芯片等元件组成。其中主控制芯片为型封装，承担信息处理核心作用；芯片主要负责为总线与控制器分别提供差动发送与差动接收性能。芯片中的、引脚与芯片间接相连，而、引脚则与外部设备相连，依靠芯片的电磁兼容性优势，可在电路未上电状态下仍使总线保持良好的无源特性，提高其抗干扰能力。此外，芯片的反向耐压为40V，在误插状态下还可有效防范损坏电路问题[1]。
2.2触摸屏呼梯界面设计
在进行触摸屏设计时，系统界面主要由电梯编号、按键区、当前层、运行方向、待响应楼层等要素组成，相较于一般电梯界面而言更加突出电梯的功能性与可操作性。在Photoshop软件中进行界面设计，利用配置工具进行楼层、按键等模块的配置，同时需设计不同按键值返回的寄存器地址，针对触摸屏界面上的各类信息规划对应的显示地址，利用汇编程序完成触摸屏回应群控模块、界面显示、按键值判断等程序的编写。采用以上流程设计的触摸屏具有更加完备的信息显示效能，只需在不同楼梯层入口处安装装置便可以供乘客进行呼梯、快速寻找到响应梯，有效节约了安装成本、提升电梯的响应速率。
2.3多目标调度算法设计
首先针对处于空闲状态下的群控电梯进行调度算法设计，当多台电梯处于同一楼层、保持同等空闲时间时，选取编号最小的电梯优先响应乘客的召唤指令；当多台电梯处于同一楼层、不同空闲时间时，优先选取停靠时间长的电梯进行响应；倘若群控系统下所有电梯随机分布在不同楼层中时，则以召唤层为基准，停在召唤层上、下方的电梯分别优先响应下行召唤与上行召唤。
其次针对处于运行状态下的群控电梯进行调度算法设计，需要综合考虑到乘客候梯与乘梯时间、电梯运行能耗等参数指标，实现对多目标控制系统调度的有效优化。其一进行乘客候梯评价函数的计算，主要借助乘客候梯状态下电梯运行与停站时间进行计算，其中运行时间代指轿厢由当前层运行到召唤层所消耗的时间，涉及到轿厢运行状态、启动加速时间等参数，而停站时间则由轿厢在不同楼层的停站时间与停战数组成，其函数关系式为：
其二进行乘客乘梯评价函数的计算，主要由乘客乘梯过程中的电梯运行、停站时间决定，其中运行时间代指轿厢由召唤层到乘客所在层消耗的时间，而停站时间则由轿厢在不同楼层消耗的停站时间、与目标层间的楼层数差距组成，其函数关系式为：
其三是群控电梯系统的能耗函数，主要由电梯的启停能耗、减速能耗、轿厢门开关能耗等因素决定，其函数关系式为：
最后运用多目标调度算法进行调度评价函数的建立，依据乘客乘梯时间、候梯时间、电梯系统能耗等指标确定权重系数，确保实现合理派梯，该评价函数的关系式为：
其中，权重系数。通常电梯的乘运模式主要包含空闲、层间与高峰等几种模式类型，在此侧重于依照不同时间段进行乘运模式的选择，进行多目标调度评价函数的具体应用。
2.4系统应用实验测试
在此选取金虹桥国际中心作为实验测试平台，该建筑位于上海市长宁区，总建筑面积为26.25万m2，建筑楼内配有24部高速迅达电梯，采用PORT梯控系统与KABA闸机系统。其中地上建筑包含一栋29层、144m高的办公楼与一组3-4层高的商业建筑，建筑面积为14.20m2；地下建筑共包含4层，建筑面积为12.05m2。
选取该建筑楼作为试验场所，采用4个主板与群控模块、4个轿厢通讯板、1块触摸屏以及24V电源构成实验平台。在开展实验前，首先调查金虹桥国际中心原有的电梯运行层数与最高速度，以静止状态为基准，当电梯运行1层楼所呈现出的最高速度为0.8m/s，运行2层楼的最高速度为1.3m/s，运行3层及3层以上时最高速度为2m/s，考虑到启动加速、匀速与平层减速时间等具体参数，综合计算出电梯在每层间匀速运行状态下消耗的时间为1.5s。接下来通过收集电梯群控系统中电梯开门时间、轿厢关门前的等候时长、轿厢关门时间、每人次进出时间平均值等参数，可以得出电梯的电梯的停站时间为8s，结合轿厢启停能耗值50kJ等参数，可以计算出处于运行状态下、且在第x层无响应信号的电梯，从x层运行到x+y层的时间为：
其中设权重系数为。
在此选取金虹桥国际中心的4部电梯进行实验论证，设1号电梯当前处于第6层，此时接收到了来自12层的响应信号；2号电梯当前处于10层，此时接收到了一个来自5层的响应信号；3号电梯与4号电梯分别处于15层和1层，都处于空闲状态下。通过观察触摸屏显示的呼梯信息可以发现，位于建筑第3层的触摸屏中呈现出了第8层的目的层信息，位于建筑第8层的触摸屏显示出了来自13层的目的层信息，位于建筑第16层的触摸屏显示出了来自第14层的目的层信息。针对其响应情况进行分析，设平均候梯、乘梯时间评价函数的计算公式为：
将以上所得参数值带入到计算公式中，可以得出4部电梯响应目的层信号的函数值：其中在触摸屏安装在第3层、目的层为第8层的状态下，1号电梯获取到函数计算最大值为44.5s、为755kJ；在触摸屏安装在第8层、目的层为第13层状态下，2号电梯获取到函数计算最大值为36s、为575kJ；在触摸屏安装在第16层、目的层为第14层的状态下，第2号电梯获取到函数计算最大值为43s、为725kJ。在几次测试中第4号电梯均优先响应信号，由此可证实该系统采取的控制方式在实时性、周期性方面均占优势，具有较强的应用价值[2]。
结论：本文基于目的层控制思想、多目标调度算法以及多主从模式通讯技术进行了群控电梯目的层调度系统的设计，并针对其实际应用性能进行了实验验证，实验结果表面该系统具有良好的实时性，信息处理与调度效率明显提升，使电梯停站次数、乘客乘梯时长得到了显著缩短，具有较强推广与实际应用价值。
参考文献：
[1]许玉格，宋亚龄，罗飞，等.基于目的层预约的改进型粒子群电梯群控调度策略[J].北京交通大学学报，2012，36，（5）：134-138.
[2]陈海啸，杨马英.目的层预约与多智能体协调的电梯群控调度方法[J].计算机系统应用，2012，21，（07）：90-94+55.