林穗贤
（广州广日电梯工业有限公司，广东 广州 511447）
摘要：目前，随着高层建筑的发展，电梯在人们的生活中扮演的角色日益重要。高层建筑中的电梯往往是多台共同工作，为了对这些电梯进行调度，就需要通过群控系统来实现。目前，电梯的群控系统存在乘梯时间不明确、客流量分配不合理等问题，为解决这些问题，对群控电梯的目的层调度系统进行了设计，并探讨了调度算法。
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关键词 ：群控电梯；目的层调度；优化设计
0引言
随着高层建筑物数量的增加，电梯数量和使用频率也日益增加，为满足人们的运行需求，往往需要多台电梯同时工作，这就需要群控系统来实现。电梯群控指的是使用微机对共用层站、集中排列的多台电梯进行集中控制，这个过程的实现要以电梯运行方向、呼梯信号和轿厢的当前位置为基础［1］。传统电梯的目的层呼梯是通过轿厢通讯板和外召板的二次信号输入来实现的［2］，这种方法在很大程度上影响了呼梯效率和客流量的优化配置，不利于实现电梯节能。因此，探讨群控电梯目的层调度系统的设计对优化电梯运行具有重要意义。
1系统设计
1.1硬件平台概述
本研究探讨的系统使用的主控制器是广日电梯自主开发的G12电梯控制系统，该主板使用的微处理器是32位工业级处理器，接口丰富，在增大运行速度和改善运行性能方面具有重要作用。该系统支持的最高层数为64层，电梯群控数量为8台。
1.2群控系统概述
传统电梯的群控系统有两种，分别是星形群控系统和环形群控系统，具体如图1和图2所示。由图可见，这两种群控系统均不能有效地实现目的层控制。比如星形群控系统，该系统对电梯进行集中式控制，但是当其中的某个群控器发生故障时，该系统就会整体瘫痪［3］。而环形群控系统，虽然该系统中没有独立的群控器存在，但是实际上每个电梯都是一个独立的系统，这样电梯的整体瘫痪率就会在很大程度上减小；但如其中一台电梯出现故障，群控系统就会失效，电梯就会恢复独自运行状态［4］。
1.3群控方案设计
针对上述问题，本研究提出了如图3所示的群控方案。
1.3.1系统构成
由图3可知，该群控方案由4部分组成，分别是目的选层器、群控板模块、电梯主板和轿厢通讯板，这4部分分别与4个通讯阶段相对应。该系统的群控群由4台电梯组成，设计的最高楼层为64层；每台电梯中都有一块主板，通过一个群控模块进行任务分配；每个楼层都安装了目的选层器，功能是对按键信息进行收集，对界面信息显示进行处理，实现为乘客目的层分配合适电梯。
1.3.2系统运行原理
（1） 首先，群控模块向目的选层器发送数据请求帧，发送途径是RS485总线；然后，目的选层器对请求帧进行回应。这个过程经过确定之后，进入轿厢通讯阶段。
（2） 在轿厢通讯阶段，群控模块向轿厢通讯板发送3次数据帧，之后进入群控通讯阶段。
（3） 在群控通讯阶段，群控模块将前两个接收到的信息打包，然后将其发送给其他群控模块，途径是另一条RS485总线。
在上述3个阶段，中断进入时间通过计数器计数值决定。在对最优梯进行计算的时候，其计算依据是群控调度算法和通讯信息［5］。在电梯调度运行的过程中，如果本电梯是最优梯，
那么就会响应目的地调度；如果不是就不会响应目的地调度。在整个通讯周期中，计算过程贯穿始终。
2软硬件设计
2.1硬件设计概述
群控模块的硬件设计使用了以下几种元器件：主芯片MCU使用以ARM内核为基础的STM32F103VC；电平转换模块使用的是TL2575；隔离芯片使用的是EL357N；存储信息使用的是E2PROM；CAN总线端口3个，其中一个端口供电梯主板通讯，一个端口供上位机使用，一个端口供目的选层器之用；另外采用一路RS485端口供群控板通讯。具体设计如图4所示。
2.2目的选层器界面设计
在对目的选层器界面进行设计时，要遵循画面简单、操作便捷的原则［6］，设计流程如下：第一，使用PS画图工具对主界面进行设计，同时使用DGUS对界面的按键配置的返回值进行设计，返回值是目的楼层，在对其进行配置时需要规划好寄存器地址，以便按键返回值能够得到合理的存放，同时还要设定显示地址，以供变量显示之用。第二，变量配置文件与触控配置文件生成，生成之后通过SD卡将其导入到目的选层器中，使用MPLAB IDE软件进行程序的编写，对目的选层器的工作进行控制。
2.3目的选层器与群控模块的通讯设计
在该群控系统设计中，在首层、餐厅层等将外召板换成了目的选层器，同时使轿厢通讯板中的内召功能得以有效保存，为乘客临时改变目的层提供了极大的方便。目的选层器与群控模块的通讯由两大模块构成，一是群控通讯模块，二是控制键与界面显示。目的选层器与群控模块之间每20 ms发送一帧数据，通讯帧的格式为：1个字节的帧头+1个字节的数据长度+N个字节的数据+2个字节的CRC校验数据。
2.4主板与群控模块的通讯设计
主板与群控模块的通讯渠道是CAN通讯接口，数据帧共7帧，其中前3帧是初始帧，后4帧为通讯信息帧，包括3个方面的内容：轿厢与目的选层器的输入信息、轿厢运行状态信息、轿厢召唤信息。
在某电梯上电之后，其运行要和其他电梯保持一致［7］。主板和群控板之间通过握手信号来互相匹配，同时监测群控系统通讯质量，数据会每10 s发送一次，若收不到相关的握手回复，则一直发送该帧数据。在群控正常运行时，每台电梯占用必要的通讯时间，通讯时间的确定以中断时间为依据（图5）。群控模块对于通讯帧的发送要以各自的发送时间点为基础来进行，数据帧中的内容要根据轿厢信息和目的选层器呼梯来确定，帧的格式与主板相同。
3调度算法设计
群控调度算法的好坏对电梯群控系统的服务质量有着直接的影响。在电梯运行过程中，对电梯性能产生影响的因素有以下几种：候梯时间、乘梯时间、轿厢拥挤度、能耗。而群控的调度原则包括等待时间最小原则、距离最短原则和分区原则。本系统在对各项指标进行综合考虑的基础上，设计了一种优化调度算法。在该算法中，AWT代表候梯的平均时间，ART代表乘梯的平均时间，CRD代表轿厢的拥挤度，ERC代表系统能耗，则计算公式为：
S（i）=W1·AWT（i）+W2·ART（i）…+
W3·CRD（i）+W4·ERC（i）
（1）
其中，Wi为权重系数，其表明了目标的重要性。
比如，在商场的电梯群控系统中，主要目标应该是乘梯时间与候梯时间，因此，这两个目标的权重系数就要相对大一些。
通过这个调度算法，电梯在运行过程中就能选择最优电梯，其具体实现流程如下：
（1） 当某电梯初始化时会与其他电梯一同完成群控同步，在同步完成之后，就能得到以下参数：电梯数N、最高楼层K、每层的停靠时间Ts、运行一层消耗的时间Tr、电梯启停能耗Cst。
（2） 电梯群控系统对电梯的运行状态信息进行读取，该信息包含以下内容：电梯运行方向、目的地请求、当前电梯所在楼层。
（3） 以当前电梯所属的交通流模式为基础，使用搜索法，与评价函数相结合，通过计算得出最优梯，最终完成目的地请求响应。
4结语
目前，电梯群控使用的方式有两种，一种是星形电梯群控模式，另一种是环形电梯群控模式。这两种模式在运行过程中均存在一定的缺陷，不能有效实现最优梯响应。因此，本文在这两种群控模式的基础上，设计了一种新型电梯群控模式，该群控模式有效地克服了现有两种模式的缺点，通过调度算法实现了各个性能的优化设计。经试验证明，该群控模式能够有效地为乘客提供预约功能，乘客通过目的选层器能够实现最优梯调度，对节省候梯时间和乘梯时间具有重要的作用，同时也有利于系统节能的实现。
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参考文献］
［1］ 蔡晓霞，俞立峰.群控电梯目的层调度系统的设计［J］.浙江工业大学学报，2015，43（1）：52-57.
［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（7）：90-94，55.
［3］ 周海丹，赵国军，徐雷.基于模糊逻辑的预约电梯群控算法［J］.机电工程，2010，27（9）：37-41.
［4］ 商安娜.电梯交通流预测方法综述［J］.湖南农机：学术版，2010，37（3）：18-19.
［5］ 魏君燕，赵国军，曾信雁，等.群控电梯目的地调度系统［J］.机电工程，2013，30（11）：1383-1387.
［6］ 王岩.基于PLC的楼宇群控电梯系统研究［J］.机械研究与应用，2011（1）：85-87.
［7］ 曾国伟，赵国军，邢海潇，等.基于模糊控制技术的电梯群控系统设计［J］.浙江工业大学学报，2009，37（1）：115-118.
收稿日期：2015-08-25
作者简介：林穗贤（1984—），男，广东揭阳人，工学硕士，工程师，研究方向：电梯开发。