一種并聯(lián)電梯早晚高峰調(diào)度策略探究

汪麗群，高穎，張潤(rùn)良

（蘇州市職業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院（電梯學(xué)院），江蘇 蘇州 215104）

現(xiàn)在的寫(xiě)字樓通常會(huì)安裝兩臺(tái)及以上的電梯并聯(lián)或群控運(yùn)行來(lái)緩解交通壓力。但是，在早晚高峰時(shí)段，還是易出現(xiàn)交通擁堵，運(yùn)行效率低，不能滿(mǎn)足大樓運(yùn)力要求，解決電梯高峰擁堵仍然是一難題。故無(wú)論從乘客服務(wù)還是節(jié)能的角度出發(fā)，建立良好的電梯調(diào)度策略具有重要的意義。而建立合理的調(diào)度策略，需要獲取早晚高峰電梯交通流的特點(diǎn)及其變化規(guī)律，以選擇最優(yōu)的調(diào)度方案。本文針對(duì)某寫(xiě)字樓中兩臺(tái)并聯(lián)電梯的交通流進(jìn)行監(jiān)控分析，提出了一種早晚高峰電梯的調(diào)度策略。

1 早晚高峰期運(yùn)行現(xiàn)狀分析

兩臺(tái)并聯(lián)電梯系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。電梯通過(guò)PLC采集內(nèi)外呼、安全開(kāi)關(guān)、平層開(kāi)關(guān)等信號(hào)，進(jìn)行處理驅(qū)動(dòng)控制門(mén)機(jī)、曳引機(jī)等。在并聯(lián)調(diào)度系統(tǒng)中，兩臺(tái)電梯通過(guò)RS485模塊進(jìn)行通信傳輸調(diào)度信號(hào)，按照一定的調(diào)度原則進(jìn)行分析計(jì)算，決定由哪臺(tái)電梯響應(yīng)呼梯信號(hào)。其中，一臺(tái)PLC為通信主站，相應(yīng)電梯為主梯；另一臺(tái)PLC為通信從站，相應(yīng)電梯為副梯。

圖1 電梯并聯(lián)PLC控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

該并聯(lián)系統(tǒng)采用的最小等待時(shí)間調(diào)度方法，即在產(chǎn)生呼梯信號(hào)后，先分別計(jì)算兩臺(tái)電梯到達(dá)召喚層的時(shí)間，將計(jì)算結(jié)果中能較快到達(dá)召喚層的電梯作為執(zhí)行該任務(wù)的電梯，使得候梯乘客等待時(shí)間最小。在電梯人流量不多的時(shí)候能夠?qū)崿F(xiàn)高效的調(diào)度，但是，在上、下班早晚高峰時(shí)段，客流量較大時(shí)，若還采用單一、固定的最小等待時(shí)間調(diào)度方法，則不能實(shí)現(xiàn)高效的調(diào)度，通常會(huì)發(fā)生以下情況。

早高峰時(shí)，客流方向上行占絕大多數(shù)，且1層會(huì)出現(xiàn)大量的呼梯信號(hào)，易出現(xiàn)當(dāng)有一臺(tái)電梯停在一樓時(shí)，由于調(diào)度系統(tǒng)中，默認(rèn)已有一臺(tái)電梯在1層，滿(mǎn)足最小等待時(shí)間原則，則另一臺(tái)電梯在響應(yīng)完召喚后，都停在其他樓層等待召喚而不返回1層，易出現(xiàn)乘客滯留擁堵現(xiàn)象。

晚高峰時(shí)，客流方向下行占絕大多數(shù)，乘客由不可預(yù)測(cè)的樓層向一樓行駛，特別當(dāng)電梯從較高樓層向較低樓層運(yùn)行時(shí)，由于在較高樓層已經(jīng)滿(mǎn)載，較低樓層的乘客長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法乘到電梯，候梯時(shí)間較長(zhǎng)。

早晚高峰時(shí)，由于寫(xiě)字樓客流分布比較平均，這樣就會(huì)導(dǎo)致電梯頻繁在相鄰層站停梯上下乘客，電梯始終維持在低速運(yùn)行，無(wú)法達(dá)到額定速度，造成運(yùn)行效率的巨大浪費(fèi)。

2 早晚高峰期電梯客流量的監(jiān)控分析

針對(duì)以上現(xiàn)象，為了更好地解決早晚高峰電梯擁堵問(wèn)題，需要對(duì)電梯客流分布進(jìn)行分析。高峰時(shí)期，電梯客流量與寫(xiě)字樓的上下班時(shí)間段和各個(gè)樓層乘客人數(shù)分布相關(guān)。該寫(xiě)字樓共10層，有兩臺(tái)并聯(lián)電梯進(jìn)行載客，主出入口僅為一層大堂，無(wú)地下出入口。由于公司工作人員有固定的上下班時(shí)間，上班時(shí)間基本集中在8:00～9:30，下班時(shí)間基本在17:00～18：30。所以可以對(duì)以上兩個(gè)時(shí)間段之間，各層上下乘客人數(shù)進(jìn)行監(jiān)控分析，即可獲取電梯客流的分布規(guī)律，設(shè)計(jì)出最優(yōu)的調(diào)度策略。

2.1 客流量監(jiān)控模塊設(shè)計(jì)

常見(jiàn)的電梯客流數(shù)據(jù)獲取方式主要可以分為兩類(lèi)：人工獲取和自動(dòng)獲取。通過(guò)人工調(diào)查統(tǒng)計(jì)的樣本數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性高，但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且不會(huì)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)整。本文對(duì)電梯客流量統(tǒng)計(jì)方式進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，在原有的電梯并聯(lián)控制系統(tǒng)中加入了客流量監(jiān)控模塊來(lái)進(jìn)行自動(dòng)獲取，該模塊硬件部分是由霍爾式稱(chēng)重傳感器和PLC的模擬量模塊組成的，其安裝示意圖如圖2所示。在轎廂底部安裝了一個(gè)感應(yīng)磁鐵,通過(guò)支架固定安裝稱(chēng)重傳感器，通過(guò)模擬量模塊實(shí)時(shí)采集傳感器的信號(hào)。

圖2 客流量監(jiān)控模塊硬件安裝示意圖

當(dāng)乘客進(jìn)入轎廂，轎廂底部會(huì)發(fā)生形變，乘客們的質(zhì)量為G,此時(shí)，稱(chēng)重傳感器至磁鐵的形變距離為D，相應(yīng)的稱(chēng)重傳感器輸出電壓信號(hào)為U，且U與D、G成線(xiàn)性正比關(guān)系。PLC中模擬量模塊通過(guò)實(shí)時(shí)采集傳感器輸出的電壓值U，再根據(jù) GB7588-2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》的規(guī)定，以一個(gè)乘客75kg的重量值進(jìn)行換算，即可實(shí)時(shí)獲取到轎廂內(nèi)乘客人數(shù)信息。然后結(jié)合PLC實(shí)時(shí)采集電梯到達(dá)每層站次數(shù)及轎廂內(nèi)載重量的變化，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，即可實(shí)時(shí)得到電梯在早高峰期的客流量數(shù)據(jù)以及各個(gè)樓層乘客人數(shù)分布。

本文主要采集上班早高峰客流量，在8:00～9:30時(shí)間段內(nèi)，分別統(tǒng)計(jì)主梯1層上行到高層運(yùn)行周期的總次數(shù)K,以及每次在1層乘梯的人數(shù)N1k以及電梯上行到達(dá)M層后下客人數(shù)NMk，同理，副梯1層上行到高層運(yùn)行周期的總次數(shù)P,以及每次在1層乘梯的人數(shù)N1P以及電梯上行到達(dá)M層后下客人數(shù)NMP。其客流量監(jiān)控軟件流程如圖3所示。

圖3 早高峰期客流量監(jiān)控軟件流程圖

2.2 客流量分布數(shù)據(jù)分析

將以上通過(guò)監(jiān)控模塊自動(dòng)獲取的數(shù)據(jù)按式（1）處理可得早高峰乘梯的總?cè)藬?shù)n1，根據(jù)式（2）處理，nm為早高峰每層下客的人數(shù)，由此數(shù)據(jù)可知各個(gè)樓層乘客人數(shù)分布。通過(guò)一周時(shí)間的統(tǒng)計(jì)，可知該寫(xiě)字樓一周內(nèi)早高峰乘梯的總?cè)藬?shù)在900～1000范圍內(nèi)，一周內(nèi)2～10層的下客人數(shù)有波動(dòng)，但基本在80～110范圍內(nèi)，大部分樓層人數(shù)較為平均，以上分析結(jié)果為早晚高峰調(diào)度策略提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。此外，通過(guò)每天的實(shí)時(shí)監(jiān)控采集獲取偶爾的突發(fā)情況（人數(shù)的突變），能夠?qū)崟r(shí)調(diào)整。

3 并聯(lián)電梯早晚高峰調(diào)度策略

基于以上寫(xiě)字樓的客流量數(shù)據(jù)分析，本文提出了一種并聯(lián)電梯早晚高峰調(diào)度策略，有效地緩解了早晚高峰期電梯運(yùn)行效率低下、梯組能耗高、候梯時(shí)間長(zhǎng)的情況。下面從早高峰、晚高峰兩種模式進(jìn)行說(shuō)明。

3.1 早高峰模式

綜合考慮了運(yùn)行能耗低、1層候梯時(shí)間短、人性化設(shè)計(jì)、下行外呼信號(hào)等因素，并聯(lián)早高峰調(diào)度算法流程如圖4所示。

圖4 并聯(lián)早高峰調(diào)度算法流程

自動(dòng)返1層：早高峰期間，大多數(shù)乘客從1層候梯，為了緩解1層的候梯擁堵現(xiàn)象，主、副梯在響應(yīng)完所有的內(nèi)呼信號(hào)后，等待5秒若沒(méi)有呼梯信號(hào)，自動(dòng)返回1層候客，這樣1層的乘客就可以通過(guò)兩臺(tái)電梯迅速分散乘梯到達(dá)目的地，保證乘客的候梯時(shí)間。

內(nèi)呼分區(qū)響應(yīng)：由統(tǒng)計(jì)的客流量數(shù)據(jù)可知，早高峰期間大部分樓層下客人數(shù)較為平均，為了減少電梯在相臨層站之間的停站次數(shù)，將主、副梯分區(qū)調(diào)度控制，對(duì)整個(gè)高層建筑按樓層進(jìn)行劃分，主梯只響應(yīng)低樓層2～6層內(nèi)呼，副梯只響應(yīng)高樓層7～10層內(nèi)呼。這樣，一方面，對(duì)1層乘客進(jìn)行分流；另一方面，副梯直接以額定速度運(yùn)行去達(dá)高層，提高了電梯早高峰期高層到達(dá)效率，降低主副梯頻繁制停的能耗。

副梯響應(yīng)下行外呼：早高峰期間，客流方向上行占絕大多數(shù)，但偶爾也有下行信號(hào)，不能不進(jìn)行響應(yīng)，要進(jìn)行調(diào)度分配。由于分區(qū)運(yùn)行，副梯響應(yīng)完高層內(nèi)呼，一般停至高層，根據(jù)順向截梯的調(diào)度原則，調(diào)度副梯響應(yīng)下行。而主梯不響應(yīng)下行外呼直接返回一層進(jìn)行載客，重點(diǎn)緩解1層交通的擁堵。

3.2 晚高峰模式

不同于早高峰，晚高峰是由不可預(yù)測(cè)的樓層下行至1層。故綜合考慮了各層客流量分布、平均候梯時(shí)間短、上行外呼信號(hào)等因素，并聯(lián)晚高峰調(diào)度算法流程如圖5所示。

圖5 并聯(lián)晚高峰調(diào)度算法流程

（1）自動(dòng)分區(qū)返候客層。由于之前客流量的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析，一周內(nèi)2～10層的下客人數(shù)有波動(dòng)，所以晚高峰時(shí)，根據(jù)當(dāng)天早高峰統(tǒng)計(jì)的每層下客人數(shù)，自動(dòng)調(diào)整分配主副梯的侯客層。其中主梯直接響應(yīng)早高峰期間下客人數(shù)最高的層站進(jìn)行候梯。而副梯則根據(jù)主梯停靠的層數(shù)，進(jìn)行高低樓層分區(qū)停靠。當(dāng)主梯停靠2～6低樓層區(qū)時(shí)，副梯直接停靠至高樓層區(qū)頂層10層；當(dāng)主梯停靠7～10高樓層區(qū)時(shí)，副梯直接停靠至低樓層區(qū)中間層5層，從而為了保證下班高峰期較高樓層和較低樓層的乘客都可以快速地進(jìn)行乘梯。

（2）有選擇地響應(yīng)上行外呼。晚高峰期間，客流方向下行占絕大多數(shù)，但偶爾也有一些上行信號(hào)要進(jìn)行調(diào)度分配。由于主、副梯是分區(qū)運(yùn)行的，所以?xún)烧叨加锌赡茉诟邩菍訁^(qū)，故將上行外呼分配給候梯層在高樓層區(qū)的梯子。同時(shí)遵循“順向截梯”的原則，可在從1層返回高樓層區(qū)的候梯層的時(shí)候進(jìn)行順向響應(yīng)該外呼信號(hào)，實(shí)現(xiàn)高效乘梯。

要實(shí)現(xiàn)以上功能，只需要將早晚高峰時(shí)段與其他時(shí)間段區(qū)分開(kāi)處理，在原先的并聯(lián)算法中增加早晚高峰調(diào)度算法，在時(shí)間段8:00～9:30，17:00～18：30，自動(dòng)調(diào)用該算法，采用以上早晚高峰調(diào)度策略，即可有效緩解高峰乘梯擁堵現(xiàn)狀。

4 結(jié)語(yǔ)

本文研究提出了一種并聯(lián)電梯早晚高峰調(diào)度策略，并應(yīng)用于寫(xiě)字樓兩臺(tái)10層電梯并聯(lián)控制中。首先，通過(guò)電梯客流監(jiān)控模塊自動(dòng)獲取到早晚高峰期電梯客流量分布情況，然后基于該數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)了早晚高峰調(diào)度策略，該策略能夠優(yōu)化主副梯的路徑，減少候梯時(shí)間，降低能耗，實(shí)現(xiàn)高效乘梯，對(duì)于電梯的早晚高峰并聯(lián)控制研究具有一定的參考意義。