淺談基于物聯網的智能電梯群控系統

程誠周彥暉

（西南大學，重慶 400715）

淺談基于物聯網的智能電梯群控系統

程誠周彥暉

（西南大學，重慶 400715）

隨著社會的發展，高層建筑如雨后春筍般涌現，電梯作為重要交通工具也被廣泛使用。本文結合電梯群控系統的實際操作，通過運用物聯網技術，設計出基于物聯網的智能電梯群控系統，提出具體系統流程，使電梯群控在不需要人為的操作下，大幅度提高電梯的智能化與可靠性水平。

智能電梯群控系統 傳感器 物聯網

1 引言

隨著社會的發展，國內城市化進程的加快，越來越多的高層建筑如雨后春筍般涌現。作為高樓大廈內部重要的交通工具，電梯已經被廣泛使用。隨著科技智能化技術的不斷發展，人們對電梯的性能需求和服務質量提出了越來越高的要求[2]。現如今的電梯群控系統雖已相對比較成熟，但在乘客的平均等候時間、平均乘梯時間無法滿足現代城市人的時間觀念及使用需求。因此，加強對電梯群控系統核心技術的研究，開發更多滿足用戶需求的智能化電梯群控系統已迫在眉睫。而電梯群控系統的最優控制是一種基于時間最短、運力最優、所消耗的能量最優的動態綜合最優的策略[5]。但現存系統最大的問題就是沒有達到此最優策略，遠遠不能滿足用戶的需求。下面將舉例列出其現存問題：以某大學第25教學樓（簡稱25教）為例進行剖析，25教電梯最多裝載21人、1600kg，運行樓層共19層（負一層至18層），電梯兩部（簡稱電梯1、電梯2）。其主要存在的問題為：①高峰期時（早8點上課、下午2點30上課、晚7點上課等），電梯從一樓上行。有時會出現下述情況：當電梯1在一樓，若從2樓以上有人需上行，這時電梯2就不會下到一樓，盡管只有一個人乘坐電梯2上行；②高峰期時（中午晚上飯點，下課）電梯從高層下行。經常會出現這樣的情況：電梯常常已經接近超載，電梯仍依舊滿足所有請求，凡是有請求的樓層都把門打開，浪費了電梯里外用戶的時間；③當電梯1在一樓等待時，電梯2正在下行（還未經過你發出請求的樓層），這時候你發出上行請求，電梯2只有經過你發出請求的樓層后，電梯1才會上行，增加了用戶的等待時間，是由于電梯內部按鍵與外部按鍵并未相連起來綜合分析用戶請求；④當電梯外用戶發出請求后，由于等待時間過長或者其他原因，用戶并未取消請求就離開，電梯依舊執行了用戶發出的請求。同樣的，若電梯內的用戶提前離開電梯，電梯里已無用戶，但其依舊執行完電梯內部用戶發出的請求。

由上知，現電梯的調度增加了用戶等待時間、乘梯時間、能源消耗等，究其原因，均是由于電梯不夠智能化而導致。本文將如今比較火熱的物聯網技術運用在電梯群控系統中，使系統調度電梯更加智能化和合理化。

2 基于物聯網的智能電梯群控系統

基于物聯網的電梯群控系統主要利用的是物聯網技術中的傳感器技術，解決現如今電梯存在的問題和不足。具體如下述所示：

①用戶發出請求后，電梯口的重量傳感器會將數據實時傳給系統總控中心，直到電梯到達發出請求的電梯口后取消外部按鍵亮燈，傳感器停止發送數據。電梯只會一次取消一種請求，即上行或下行請求，只要其中的一種請求存在，重量傳感器就不會停止發送數據，直到所有請求都完成。設置每樓層的電梯口重量傳感器是并聯的，即同一層的重量傳感器數據是同一個編號，每次發送數據是一個整體發送，系統總控制中心收到的該樓層重量是該樓層重量傳感器數據的總和。而不同樓層間的重量傳感器是串聯的，即不同樓層間的重量傳感器是無關的，數據是單獨發送給系統總控制中心的。

②系統總控制中心在收到各電梯位置信息、載重信息、內部請求信息和運行方向信息后，結合發送來的電梯口的重量傳感器數據，綜合分析調度最適宜的電梯前往執行用戶請求。基本執行優先級為，若存在電梯內部有同樣的請求（電梯當前位置到請求位置中間間隔請求不大于3）且電梯運行方向一致的優先執行；若等待重量大于電梯最大載重量的一半且等待時間大于電梯從最低樓層到最高樓層運行時間的5倍，有空閑的電梯無論在何處優先執行這個請求；電梯內部下行請求樓層低于外部發出上行請求的樓層，空閑的電梯上行執行外部發出的請求（反之同理）；兩部電梯同一個方向一起達到某個樓層，電梯內部未完成請求少且電梯內部剩余載重量大于外部等待載重量的電梯執行該樓層的請求，若無法滿足的則按電梯剩余載重量大的執行該樓層請求；其余的沿用如今比較常用的電梯調度。

③當電梯外部發出請求，重量傳感器若發送的數據多次為0時，外部自動取消按鍵的請求，按鍵燈滅，電梯不執行該請求。當電梯執行內部請求時，電梯內部監控攝像頭紅外偵測信號若長時間發出無人信號，電梯內部按鍵請求燈滅，自動取消按鍵請求。當電梯速度異常，電梯速度檢測傳感器立即發出異常報告，并對電梯發出減速運行指令，保證電梯安全。

3 基于物聯網的智能電梯群控系統設計

3.1 系統總體框架

電梯群控系統由系統總控制中心控制，用戶輸入模塊向控制中心發送請求，控制中心向顯示模塊發送相應的顯示，傳感器模塊向控制中心發送數據，控制中心通過電梯群控調度算法對電梯進行調度。系統總體的架構如圖1所示，系統的電梯內部控制流程如圖2所示，系統的電梯外部控制流程如圖3所示。

圖1 電梯總體架構圖

圖2 電梯內部控制流程圖

圖3 電梯外部控制流程圖

3.2 系統指標

在電梯群控系統中，電梯運行時，控制器需從各種傳感器搜集數據與信息，綜合根據數據信息控制電梯運行，從而實現相應的功能。系統部分指標為：

①電梯外部用戶輸入的請求后，無線傳感器將信息傳輸給系統總控制節點，該控制節點接收到數據與發生請求時間間隔不應大于500 ms；

②系統總控制節點接收到電梯位置傳感器信息時間間隔不應大于100 ms；

③系統速度測量傳感器檢測出速度異常，時間間隔不應大于100 ms，將異常上報系統總控制節點并由系統總控制節點發出減速運行指令時間間隔不應大于100 ms；

④電梯運行速度不應大于30 m/s，大于此速度電梯速度測量傳感器應該發出報警，將異常上報系統總控制節點；

⑤電梯載重量應為電梯牽引纜繩所能承受的重量減去電梯本身重量內；

⑥電梯外部重量傳感器能準確測量出用戶的重量，并能在100ms內將數據發給電梯總控制中心；

⑦電梯門上的紅外傳感器能檢測出電梯是否有人在進出。

3.3 系統測試方案

以25教學樓為基本測試場地，電梯群控系統測試方案采用的是黑盒測試。部分測試用例如表1所示：

表1 系統測試方案

4 系統存在的問題

經測試后，發現系統存在下述問題：

（1）不能區分相應重量雖增加了壓力傳感器和視頻監控設備，但若在一個可上行可下行的樓層發出上行和下行的請求，電梯群控系統重量傳感器并不能判斷區分出上行人和下行人的重量。

（2）電梯的成本增加

據資料表明：重量傳感器的價格為百元到上千元，保守估計一部電梯每樓層添置重量傳感器需增加1000元，將電梯內部的槍機監控攝像頭換成帶紅外傳感器報警的槍機攝像頭，需增加約500元。一個擁有3部電梯的十層樓，大概得增加5萬元左右的花費。考慮機器耗損速度，使用頻率較高的1樓估計每1～2年就需更換。

（3）用戶體驗與電梯速度不能同時滿足

電梯在保證安全和人體無感覺的范圍內盡量以最快速度運行，即接近用戶發出請求的樓層時會有一個提前減速，類似火車進站前的減速，但有時會讓用戶很無奈。例如一部電梯正從11樓下行，若此時在10樓發出下行請求，電梯不會在10樓停止，這好比“一只煮熟的鴨子飛了”。

5 結束語

由于高樓大廈越來越多，用戶時間觀念的強化和對電梯依賴性的加強，使得電梯的不合理調度成為老生常談的話題之一。隨著物聯網技術的不斷發展及應用，將會給電梯的制造企業帶來巨大的挑戰。本文設計了基于物聯網的智能電梯群控系統，提出具體系統流程和指標，其內容將在進一步的工作中補充和完善。

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[3]廖曉生.基于CAN總線的分布式智能電梯群控設計[J].2011,

[4]張進進.淺談電梯群控技術的現狀與發展方向[J].城市建設理論研究（電子版）,2013(12):

[5]劉天明,王炳健,鄭佳,等.智能電梯控制系統[J].機電工程, 2011,28(4):461-463.

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Discussion on Intelligent Elevator Group Control System Based on Internet of Things

CHENG Cheng,ZHOUYan-hui
(Southwest University,Chongqing 400715,China)

With the development of society,high-rise buildings have sprung up.As an important transport tool,the elevator is widely used.In this paper,combining with the actual operation of the elevator group control system,the intelligent elevator group control system is designed based on the Internet of things,and the system processes are described.The elevator group control system can significantly improve the intelligence and reliability of elevator without human operation.

intelligent elevator group control system;sensor;internet of things

T319

A

1008-1739（2015）12-69-3

定稿日期：2015-05-26

國家科技支撐計劃課題項目號：2012BAH77F04、2012BAH77F05