基于PLC的電梯群控調度系統設計及其交通模式仿真

徐秀萍，李成良

(大連海洋大學 應用技術學院， 遼寧 大連 116300)

0 引言

為實現算法的電梯群控調度功能，需在最后對其算法性能開展驗證測試，由此判斷調度算法穩定性并綜合評價各項性能參數指標[1-2]。利用電梯群控系統仿真方法可以實現對電梯群控調度的仿真測試，同時該系統可以將電梯運行控制過程的所有參數顯示在人機交互界面上，用戶可以非常方便得獲得電梯的各項運動參數，能夠全面記錄電梯群的運行狀態數據與客流信息，按照群控算法派梯方式來達到電梯群的調控目的[3-5]。可以將電梯群控過程看成是一類優化調度的分析過程，由控制器對所有樓層發送的呼梯信息、轎廂位置與運行參數、各電梯任務分配程度等進行分析，同時設置某一最優指標作為控制條件，從而得到最佳的電梯群轎廂分配條件，對于控制器來說，進行決策前需接收特定召喚指令，并在此基礎上響應電對召喚指令[6-7]。

深入探討電梯群控系統運行方式及其控制過程具有非常重要的意義，確保電梯能以更高效率運行，尤其是為高層建筑提供快速客流疏散能力并使電梯充分滿足運載需求[8-10]；此外還應對不同樓層電梯的能耗占比進行了統計分析，通過優化處理電梯群控算法來構建智能樓宇以及創建綠色建筑，這在一定程度上也體現了節 約型社會的建設目標；最后，有助于促進國產電梯品牌逐漸建立自己的獨創性產權，實現企業快速成長，突破原先由外資企業占據主導地位的電梯群控裝置市場，實現控制技術的快速進步[11-12]。對于上述情況，本文重點以電梯 群控系統作為研究對象，同時引入模糊控制方法對目的預約型電梯群優化過程進行了深入分析。

1 總體設計

本文選擇SIMATIC S7-1200型號的PLC來構建系統硬件，實現對Elevator Simulation模型的控制過程，以此實現對單梯控制方式的可靠性進行驗證；利用SIMATICWincc構建上位機的組態結構，由此實現模擬電梯群控的過程，在此基礎上統計了每項控制指標，同時對群控算法的特點進行了分析。PLC控制程序通過TIAPortal軟件進行編寫，對各項硬件參數與算法運行過程進行了綜合分析，此外為獲得具備更大差異性的性能指標，專門構建三梯聯控模型來模擬電梯群控系統的運行過程，只需利用有限數量的電梯約束參數便實現精確調度的目的，顯著改善系統優化能力。

在運行仿真系統之前應先設置各項初始化參數，之后以手動方法輸入客流數據，也可以按照隨機方式得到，根據實際邏輯條件運行電梯群模塊，由此獲得電梯實際運行狀態，在電梯群模塊中利用群控算法對乘客的呼叫信息進行接收，之后以群控算法處理得到分配結果再將其傳輸至電梯群模塊中，以此完成運載乘客的過程，利用性能指標模塊循環方法計算各項指標并將結果傳輸至相應的窗口。電梯群控仿真過程的具體結構,如圖1所示。

圖1 電梯群控仿真程序總體結構圖

2 PLC控制系統設計

利用TIAProtal編寫S7-1200PLC程序，同時為提高程序可靠性并簡化維護操作，采用TIA來實現結構化編寫的過程，用戶程序通過“塊”的方式進行單獨編寫。同時完成不同模塊的調用,如圖2所示。

圖2 程序模塊間關系調用結構圖

當指令到達群控算法模塊時將被分配到各個對應的電梯，實現單梯控制的過程，之后利用集選控制模塊來按成指令的響應處理。同時在集選控制模塊中存在電梯的目的層刷新以及程序啟動分析的不同子模塊，可以看到具體的控制流程,如圖3所示。

3 仿真分析

3.1 參數配置

本文在設計仿真環境中完成對最小時間調度法以及目的層預約模糊算法的仿真對比，第一步先設定各項仿真參數與具體模型結構，各項默認的參數,如表1所示。

圖3 控制模塊程序流程圖

表1 默認參數配置表

3.2 仿真比較

對電梯群控實施優化調度可以實現對各類交通模式的性能優化。進行仿真時根據高層寫字樓中的實際客流信息進行分析，同時選擇其余交通模式來完成群控算法的仿真，利用客流模塊來自主獲得不同模式的乘客數據流。

(1) 整個仿真過程需花費2 h，所有乘客的具體信息,如表2所示。

電梯群的各項性能控制指標,如圖4所示。

到達高峰客流段時，采用本群控方法達到了最短候梯與乘梯的時間都比傳統時間更少，依次降低7.2 s與7.5 s，考慮到在該客流模式下會產生大量的乘客，要求此時電梯群具備快速疏散乘客的功能，從而產生大量能源消耗并導致轎廂過度擁擠，上述群控模式處于客流高峰階段的運行效果基本相同。

表2 上行乘客數據信息

圖4 上行性能指標

(2) 仿真2 h，乘客的各項信息參數,如表3所示。

電梯群的各項特性參數,如圖5所示。

采用層間交通模式時可以降低高峰段的乘客人數，并且這兩種方式都表現為較低的平均乘梯時間。選擇乘客候梯時間指標作為最短等待時間，確保乘客能夠快速乘上電梯，從而獲得更優的時間指標，但這種方式會導致其中某一轎廂過多停靠而另一轎廂出現空載的結果，并且也未充分考慮能源消耗與轎廂的擁擠狀態。由此獲得一個合適的時間指標，從而減小能源消耗，實現群控系統優化的效果。

經仿真測試發現，在各類交通模式下可按照實際條件把權值賦予評價指標函數，從而達到各交通模式下都能獲得最佳電梯群性能。

表3 層間交通模式的乘客數據信息

圖5 層間交通模式的性能指標

4 總結

(1) 選擇SIMATIC S7-1200型號的PLC來構建系統硬件，實現對Elevator Simulation模型的控制過程，以此實現對單梯控制方式的可靠性進行驗證。利用TIAProtal編寫S7-1200PLC程序，采用TIA來實現結構化編寫的過程，用戶程序通過“塊”的方式進行單獨編寫。

(2) 進行仿真時根據高層寫字樓中的實際客流信息進行分析，選擇其余交通模式來完成群控算法的仿真，利用客流模塊來自主獲得不同模式的乘客數據流。采用層間交通模式時可以降低高峰段的乘客人數，并且這兩種方式都表現為較低的平均乘梯時間。在各類交通模式下可按照實際條件把權值賦予評價指標函數，從而達到各交通模式下都能獲得最佳電梯群性能。