电梯群控系统调度策略研究

1 绪论

课题研究背景

电梯作为高层智能大厦的主要垂直交通工具，电梯系统的服务质量和服务效率的提高对建筑物的有效利用和性能发挥将产生极为重要的影响。为提高服务质量和服务效率，电梯的控制技术由单台电梯的独立控制发展到多台电梯的协调控制，进行合理的调度和管理，即电梯群控。所谓电梯群控系统EGCS(Elevator Group Control System)是指：综合考虑大楼的交通模式、各时刻的交通流量、各楼层的乘客轿外呼梯信号等各种因素，对一栋楼宇里布置在一起的多台电梯进行统一调度，每个楼层的召唤信号集中由群控主机来控制，根据系统设定的优化目标和建筑物中的实际交通状况，产生最优派梯决策的控制系统[1]。

电梯群控系统能够有效地改善客流调度及运输效果，一直受到人们的高度重视。而我国在电梯群控方面的起步比较晚，现阶段对于电梯群控的关键技术尚未能完全掌握，拥有自主版权的群控方法和技术在实际中的应用还比较少，且与国外相比还有较大的差距。因此，很有必要在电梯群控方面展开研究。

电梯群控系统的概述

电梯群控系统的起源

历史上第一台真正的电梯出现在1889年12月，由美国Otis电梯公司研制，它是由电力驱动，齿轮直接传动的。此时的电梯必须由司机操作运行，既浪费人力又浪费资源且得不到较好的经济效益。为了改善这一问题，人们逐渐发展出了以下几种电梯控制方法[2]：

1、简易自动控制方式

这种方式是一种最简单的自动控制方式。每层的呼叫按钮只有一个，上行与下行通用。轿厢由层站呼叫按钮和轿厢内的选层按钮来启动运行，最后停靠在电梯内选层或电梯外呼梯的那一层。在执行某个呼梯指令时轿厢不再应答其它呼梯信号。

2、集选控制方式

这是一种比简易自动控制更高级的控制方式，在此方式中，中间层站设有上、下两个方向的呼梯按钮以供选择，电梯能够同时记住轿内选层和层站呼梯信号。轿厢应答启动运行，在顺向运动中，依次应答顺向的呼梯，在呼梯层站停靠。如果运

行前方不再有呼梯，轿厢就自动反向运行，依次回答反向呼梯，最后回到基站。

3、电梯群控方式

电梯群控方式就是将多台电梯组成一组，采用分布式控制系统，根据大楼交通的情况，对各台电梯进行协调控制，采用最优的输送方式。这种控制方式能够提高建筑物内多部电梯同时服务时的运行效率、缩短电梯的响应时间，并通过合理派梯策略来达到节能的目的。

随着计算机、通讯技术的广泛应用，智能大厦得到了迅猛的发展，而作为垂直交通工具的电梯不仅仅是人们代步的工具，同时也是人类物质文明的标志，电梯技术的发展水平体现了社会科学进步的程度，因此有效地改善电梯的客流调度及运输效果一直是国际电梯业所重视的课题之一。

电梯群组的合理控制不但要对电梯当前运行状况做出分析评价，还要对电梯将来运行需求做出推理预测，更要对电梯如何调度、如何控制做出决策。但由于电梯每日每时的使用状态都是变化的，其使用流量无法用确切的数学模型描述，传统电梯群控方法没有考虑多部电梯轿内和全部厅层召唤之问的相互作用关系，不能得到最优解，不能满足电梯群组高性能的控制要求，为了更好地适应电梯使用的发展需求，需要对电梯性能做出科学、合理的评价，需要研究电梯新的控制方式。本文针对电梯群控系统中控制策略的优化方法、评价指标等进行研究，将智能优化算法应用到电梯群控系统中，从而达到有效地协调多台电梯的运行，提高电梯群组的运输效率和服务质量。

电梯群控系统的发展

电梯群控系统自二十世纪四十年代起，从最初使用继电器，到集成电路的应用，乃至今日人工智能的应用，电梯群控系统大致经历了三个阶段[3]：

第一阶段：继电接触控制方式[4]

1941-1971 年，电梯群控系统利用继电器来实现系统的顺序运行,称之为自动方式选择控制系统。这种方式的控制系统能根据不同的交通模式选择与之相对应的运行方式。交通模式由上行高峰模式、下行高峰模式及非高峰期模式等组成，采用时间间隔的控制方式。该群控系统的厅层召唤系统比较单一，在每个厅层内分别设置一上行按钮和下行按钮。为了有效地控制每部电梯，给乘客提供合理的服务，控制系统把建筑物内的电梯分开，并要求在指定的停靠层至少要停靠一部电梯。该控

制方式能实现电梯的无司机控制，从而节省了人力才力，但整个系统运行效率不高，并且维护起来也相对比较复杂。电梯群控制的最简单形式是方向预选控制，每部电梯都靠方向预选控制的方式来操作，工作时，主要是靠在上行高峰、下行高峰及平衡层间交通选择运行命令来运行的，两部或三部电梯组成的梯群比较适合用这种控制方式。继后，又出现了将几部电梯组成的简单梯群进行分区控制的控制方法，使它们分别服务于交替的楼层。分区控制法虽然缩短了单部电梯的运行周期，与方向预选控制相比运行效率也得到了一定的提高。但由于这种控制方式里的动态分区算法比较复杂，因此主要以静态分区法为主。

第二阶段：集选控制方式

1971-1975 年，集成电路应用到了电梯群控系统的硬件结构当中，这样不但简化了结构，系统的可靠性也提高了，也能处理比较复杂的逻辑运算。与简易自动方式相比，这种控制方式比较高级，在中间层站内设有可供选择的上、下两个方向的呼梯按钮，并能同时记忆多个轿厢内的呼梯信号。所派轿厢在顺向运行过程中，依次响应顺向的呼梯信号，并在相应的呼梯层站停靠。若顺向运行的前方不再有呼梯信号，轿厢就自动反向运行，并按顺序依次响应反向的呼梯信号，直至返回基站。该系统的不足之处在于对预测复杂的候梯时间所必需的计算数值还不够完善。

第三阶段：计算机人工智能控制方式

1975 年至今，计算机开始应用到电梯群控系统，称之为现代电梯群控阶段。电梯群控系统中采用计算机人工智能技术控制之后，电梯群控系统的特性开始用人工智能技术来描述，使电梯群控系统的整体服务性能得到了一定的提高，电梯交通整体配置也就基本完成了。此时的控制算法参数在计算机控制下能直接在线修改，并能将新程序实时输入到计算机当中，不需要重新布线，就能实时控制算法参数的完全改变。在安装好的系统上采用有效的仿真程序就能实现离线计算，并能合理选择控制算法参数。另外，一种新的控制算法也可以被仿真技术离线评价了，从而提高了改变控制算法的方便性。数据记录功能是计算机控制的另一个优点，交通状况和目的地数据能被计算机实时记录下来，并实时分析，以提高电梯群控系统的整体使用性能，还可以把被检测部位的故障数据记录并保存下来。除此之外，计算机控制方式还能远距离查询这些故障数据，从而实时监测任何故障的发生，并依据这些数据随时改进电梯群的控制算法参数，实时满足乘客需求。