电梯群控系统软件设计毕业论文(编辑修改稿)

电梯群控系统软件设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

的向下需求区域，由此定义方向区域。 动态分区时，区域的数目和每个区域的位置和范围，取决于各个轿厢运行的瞬时状态、位置和方向。 动态分区是在正常的电梯运行期间定义的，按事先定义好的规则产生新的分区，并且是不断连续变化的。 分区控制缩短了电梯的单台运行周期， 运行效率有所提高。 动态分区的算法比较复杂，因此主要以静态分区法为主。 近年来，动态分区法的研究受到了重视。 随着集成电路的发展和应用， 1970 年以后，厅层呼叫分配系统开始发展起来。 当一个新的厅层呼叫产生时，选择一部最合适的电梯来响应呼叫，该呼叫就分配给电梯了。 这就把群控系统和单台电梯控制器简单地联系在一起，提高了整个系统的可靠性和服务质量。 这种系统使用了集成电路，可以进行一些更加复杂的逻辑运算，但对候梯时间预测的计算却无法精确进行。 它在后来的十几年里非常流行，目前国内的部分群控电梯使用这种系统。 电梯群控系统的发展状况 电梯群控系统从二十世纪四十年代至今己经发展了几代。 最初时使用继电器，接着集成电路的应用使系统更完善，直到今日发展成为应用计算机的现代化电梯群控阶段。 19411971 年，电梯 群控系统的最初阶段使用的是继电器顺序控制，也称自动模式选择系统， 它 是 根据特定时间段内的交通模式选择与之对应的运行方式。 交通模式分为上行高峰期、下行高峰期、非高峰期等， 控制方式采用时间间隔控制。 时间间隔控制是指 ： 为使梯群中的轿厢沿井道高度均匀分配，特别是在繁忙的交通需要期间，电梯群控系统以适当的时间间隔从层站 楼层发出轿厢，就象公共汽车一样运行，群控系统从响应需求分配轿厢的意义上说，不依赖层站呼梯信号而工作，而是按照程序从层站楼层分派轿厢，这种控制方式的缺点是 ： 轿厢在层站需要花费相当多的时间等待分配间隔周期，停在顶层层站常常 是无用的，而且轿厢在等待分配是闲置着。 这种系统的缺点是硬件复杂、可靠性低、维修困难、效率低、 不能进行较复杂的逻辑推理。 现代电梯群控系统的最初一代是 1975 年至 1982 年， 在 这一代电梯群控系统 里 ，电梯到达楼层的预报准确度有了提高，但长候梯时间的发生率很高，控制方式是候梯时间预测控制。 现代电梯群 控系统的第二代是 1982 年至 1988 年，这一代群控系统取得较大发展。 一是系统中加入了对交通需求的学习功能。 这一功能提高了对电梯群运行状态预报的准确率，减小了长候梯发生率。 二是这一代群控系统在派梯中使用了综合评价系统。 当呼梯信号发生后，电梯群控系统根据交通情况和梯群的状态，对每个轿厢的多个性能指标进行综合评价，从中选出最适合的轿厢去响应呼梯信号。 这一综合评价系统极大减少了乘客平均候梯时间、长候梯时间发生率等。 这主要归功于对交通需要的学习功能和综合指标评价系统。 随着智能建筑的兴起和对电梯群控系统的要求的提高， 人工智能技术开始应用于电梯群控系统中，使电梯群控系统进入到现代群控系统的第三阶段 (1988 年至今 )。 人工智能技术作为二十世纪的新兴技术，已经在各个领域取得显著成就，对解决复杂系统的控制问题比传统的控制方法有着无法比拟的优点。 这一阶段的电梯群控系统的智能化程度进一步提高，系统更趋完善，仍在进一步发展之中。 国内外电梯群控算法的研究现状 早在 1949 年，纽约联合国大厦首次使用继电器逻辑组成的电梯群控系统，经历了由当初的预选控制到后来的分区控制。 随着计算机技术的迅速发展，计算机群控代替了传统的继电器群 控。 同时国际上各大电梯公司相继推出了与自己群控系统相适应的控制算法。 在我国，电梯群控的研究最早见于 1990 年，主要研究电梯群控系统和人 工智能。 近几年我国在这方面的工作主要表现在引进国外先进技术和产品上，在此基础上力争推出自己的产品。 虽然我国电梯业大量引进国外先进技术，但是很多停留在产品引进上，对关键电梯群控技术仍未能消化或根本未能引进。 因此国内这方面的研究仍落后于国外，有待进一步赶上。 电子技术的发展使得复杂控制成为可能。 电梯群控系统采用计算机控制技术已有三十多年，计算机技术的发展推动了人工智能技术在电梯 群控系统中的应用。 电梯系统智能化， 不仅是在概念上缩短人们的候梯时间，减少能量损耗，还要更多地考虑到乘客的心理候梯时间，对即将要发生的情况做出评价和决策。 这些综合因素包括乘客心理因素以及环境因素等，对应到乘客候梯时间、乘客乘梯时间、拥挤度和能耗等优化目标，因此群控系统的作用是对多元目标进行优化控制。 目前，电梯群控系统中主要采用了专家系统、模糊控制、人工神经网络以及遗传算法等人工智能技术。 专家系统的应用 在电梯控制中，电梯群控系统的特性不能完全用数学模型进行精确描述，控制经验就显得十分重要，因 此专家知识对电梯群控系统的性能具有很大作用。 专家系统在群控系统中应用较早，富士通的 FLEX 系列，日立的 CIP— 520xx 系列，三菱的 Al—2100 系列，都使用了专家系统。 专家系统的功能就是有效地将一些电梯专家的知识和经验直接融合到系统的派梯优化过程中，从而对系统运行产生积极影响。 由于专家经验及知识的局限性以及知识表达的不全面性，使得控制规则并不完善，因此用这种 方法并不能很好地适应各种建筑物对电梯群控系统的不同要求。 模糊控制的应用 模糊控制建立在人类思维模糊性的基础上，是目前控制领域所采用的 控制方法中最有实际意义的智能控制方法之一。 电梯交通系统中存在着大量的不确定性，当系统的复杂程度很高而系统的状态又不易精确预测时，制定控制系统的精确模型就很困难，因此许多系统都应用了基于模糊理论的近似方法。 实际中经常根据群控原则来响应厅层召唤，而群控原则大多是一些模糊概念，例如乘客候梯时间的长短、厅层客流量的大小、轿厢内乘客人数的多少以及电梯响应召唤的快慢等，这些模糊概念难以用明确的数量界限定义，也难以用普通的逻辑规则综合考虑，这时就可以采用模糊数学中的隶属函数将复杂的模糊问题转化为简单清晰的形式求解。 1988 年，富士通公司推出带有模糊控制技术的人工智能电梯群控系统 FLEX—8800 系列。 为了使电梯系统得到最优配置，该系统根据电梯交通状态和运行情况，利用 30 多种不同的评价指标完成了多级决策。 对每一个决策步骤，知识库都含有预先编制的模糊规则文件，而且，带有模糊逻辑的电梯群控系统 FLEX 引入了最新呼梯分配方法，即在呼梯分配系统中增加一个全面评价系统，采用包括候梯时间、长时间候梯几率及预测误差几率在内的若干因素为评价指标。 人工神经网络的应用 从 1994 年起，神经网络技术被引入电梯群控系统，用于描述 电梯群控系统的动态特性。 神经网络学习的主要优点在于它可以通过调整网络连接权来得到近似最优的输入一输出映射，因此适应于难以建模的非线性动态系统，这就使得神经网络在电梯系统中有广泛的应用前景。 带有神经网络的电梯群控系统克服了模糊群控系统无自学习能力的缺点，能灵活应付建筑物中变化的交通流，对误差进行校正。 遗传算法的应用 遗传算法是电梯群控系统中一种新的控制方法。 遗传算法应用于电梯系统始于FI— 340G，于 1993 年推出新产品。 电梯系统要求根据各个楼层的使用情况来改变系统的控制参数设定，使用遗传算 法可以根据交通量的变化在线调整几十个控制参数，既保证了系统的稳定性，又可提高系统在使用情况发生变化时的跟随能力。 由于遗传算法的搜索求解过程时间较长，因此如何在电梯群控实时控制环境中进行应用还存在一定的难度，这就需要对编码、遗传操作以及搜索停止条件等问题进行合理安排，才能获得较为理想的结果。 课题背景、目的及意义 课题背景 随着城市高层建筑和智能化建筑的增加，人们对电梯服务质量提出越来越高的要求，单台电梯往往不能满足建筑内的交通需求，为缩短人们的候梯时间，减少能量的损耗，需要合理安装 多台电梯。 安装在一起的多台电梯要求单台电梯的控制系统相互联动，且具有监控系统。 但仅仅这种方式不能适应客流量的剧烈变化，无法改善在某段时间内必然出现的长候梯现象。 对于电梯群的协调调度，要根据轿厢内的人数、上下方向的停站次数、层站及轿厢内的呼梯信号以及轿厢所在位置等因素来分析实时客流的变化情况，自动选择最适合客流的情况的输送方式。 因此，多台电梯的优化调度系统，也即电梯群控系统应运而生。 电梯群控系统是通过对电梯群的运行状态进行实时监测与分析，再根据不同的实际情况对各电梯进行优化调度和合理分配，进而实现电梯系统对 乘客的服务质量和服务效率的改善和提高的目标。 本课题来源于湖北正野电器电梯公司项目 ： 基于控制器局域网的双电梯智能化分 布式并联控制系统。 项目目标是实现电梯控制系统的分布式微机控制并为小区监控做好准备。 课题的目的及意义 在研究一种控制系统前首先要明确其控制目标。 电梯群控的最主要目的是提高对乘客的服务质量和降低系统的能耗，故群控的控制目标为多目标，主要有 ： (l)平均等候时间要短 ： 平均等候时间为所有乘客的侯梯时间和乘梯时间的平均量。 它是评价电梯控制系统性能的重要指标。 (2)长时等待率要低 ： 长时 等待率为在一定时间内等待时间超过 1 分钟的乘客占总乘客的百分比。 统计表明，乘客的心理烦躁程度与等待时间的平方成正比。 当等待时间超过 1 分钟时，乘客的心理烦躁程度急剧上升，所以应尽量减少长时等待的发生。 (3)系统能耗要低 ： 电梯停靠的次数越多，系统能耗就越大。 电梯群控系统要节能则要合理安排和调度电梯群对呼梯信号的响应，尽量减少电梯系统不必要的起停次数。 (4)人流输送能力要求高 ： 电梯输送能力很重要，输送能力不足将会造成乘客拥挤、平均侯梯时间长等不良后果。 现今国内的多台电梯控制水平还不理想，有待进一步发展，存在不 少问题需要进一步研究 ： (l)国内使用的先进的电梯群控系统大多数都是国外电梯公司制造的，或由国外电梯公司提供其控制系统部分，而国内自主版权的控制方法和技术在实际中的应用极少。 (2)控制技术研究的角度看，国外已有的先进控制技术，很多都掌握在各个大电梯公司手中，其核心技术是不公开的，而国内在这些方面的研究还有相当大的差距。 尽快学习和掌握这些先进的控制技术，对国内电梯工业以及其它行业的发展会有极大的促进作用。 (3)有的电梯控制技术仍存在缺点和不足。 例如 如何把更先进的技术应用于电梯群控之中，以进一步提高现有电梯 系统的运行效率，满足乘客的需求，仍需要进一步 探索和研究。 本论文研究的主要内容 本文 将控制技术中发展较为成熟的模糊算法应用到电梯群控系统中，对电梯群控系统中交通模式的识别及调度算法的确定进行了详细研究，包括输入变量的选取、隶属函数的确定、特别是调度总体评价函数的确定和系统仿真等作了深入的研究，具体来说， 本 文中主要完成了以下几个方面的工作 ： (1)简要介绍了电梯群控系统的运行特性，国内外现状及存在问题，分析模糊算法应用到电梯群控调度算法中的必要性、可行性。 (2)对电梯群控系统调度算法的确定进行了 详细研究，并对交通模式的具体实现过程做了定量分析。 (3)在分析传统调度算法存在的诸多不足的基础上，新构建了对电梯调度进行评价的综合评价函数，将乘客平均候梯时间，乘客长时间等待率，以及系统运行能耗三个重要指标的加权平均值作为新的评价函数，并根据不同的交通模式调整加权系数。 (4)应用了 PLC 的梯形图编程和 step 7 进行仿真。 第 2 章 电梯群控系统的网络结构设计及特征分析 电梯群控系统服务于乘客，必须满足乘客多方面的要求，因而它的实现是一个复杂的调度问题，其复杂性表现在固有的多目标性、 不确定性、非线性和信息的不完备性等方面，可以选用多个控制模式来实现。 电梯群控系统的特性 电梯群控系统是多台电梯的调度问题，但是它又有自己的特点，是一个复杂的调度问题。 它的复杂性表现在所固有的多目标性、不确定性、非线性和信息的不完备性。 多目标性 电梯群控系统是用来管理多台电梯并对建筑物内所有乘客提供服务的系统，它所包含的事件在时间和空间上都是离散的，其控制目标体现在服务质量、服务数量和节能三方面。 因此，群控的控制目标为多目标，只要表现在以下几方面 ： (l)平均候梯时间要短 ： 候梯时 间是指，当乘客按下层站呼叫按钮，直到所派电梯到达此层乘客进入轿厢所经过的时间。 平均候梯时间是指所有候梯时间的平均值。 平均候梯时间是评价电梯群控系统重要的性能指标。 (2)长候梯率要求低 ： 长候梯时间一般是指候梯时间超过 1 分钟的候梯时间。 长候梯率是指长候梯时间发生的百分率。 统计表明，乘客的心理烦躁程度是与候梯时间的平方成正比的，当候梯时间超过 60 秒即所谓长候梯时，其心理烦躁程度急剧上升，所以应尽量减少长候梯的发生。 (3)系统能耗要求低 ： 单台电梯的能耗与所选电梯的驱动方式、机械性能等有关。 如最初的电动机一发电机 组能耗比较大，效率较低。 而现在的 VVVF 驱动电梯的能耗和效率都比较高。 所以电梯群控系统节能主要依靠群控系统合理地安排与调度梯群对 呼梯信号的响应，尽量减少起停次数，同时起停次数的减少也会延长梯群的整体寿命。 (4)平均乘梯时间要求短 ： 乘客的乘梯时间是指从乘客进入电梯到乘客到达目的层乘客离开的这段时间。 乘客乘梯时间的增长往往会使乘客感觉不舒服、烦躁。 如去。