张萌

摘  要：为提高电梯在实际生活中的高效节能、安全稳定等需求，详细研究了电梯群控系统派梯算法。分析影响系统派梯的四种性能指标，并根据侯梯时间、乘梯时间、电梯功耗和乘客载装率这四项指标实现函数评估，提出基于多指标赋权的群控算法。结合常规派梯原则和评估函数的衰减情况，总结多指标赋权的群控算法派梯原则。理论分析表明：基于多指标赋权的群控算法能合理的在上行高峰模式、下行高峰模式、空闲模式和随机模式完成派梯任务。

关键词：群控系统派梯算法;性能指标;函数评估;多指标赋权

中图分类号：TU857         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）09-0051-03

Abstract： To improve the efficiency， energy saving， safety and stability ofthe elevatorin real life， the algorithm of elevator group control system dispatching is studied in detail. Four performance indexes that affect the system dispatching are analyzed， and function evaluation is realized according to four indexes： waiting time， taking time， elevator power consumption and passenger loading rate. A group control algorithm based on multi index weighting is proposed. Coupled withthe conventional ladder principle and the attenuation of the evaluation function， the dispatching principle of multi index weighting group control algorithm is summarized. Theoretical analysisis shown thatthe group control algorithm based on multi index weighting can reasonably complete the task of dispatching in the uplink peak mode， downlink peak mode， idle mode and random mode.

Keywords： elevator algorithm of group control system; performance index; function evaluation; multi-indicator empowerments

1 概述

电梯日益成为人们生活中必不可少的一种交通工具。乘梯时间过长会引起乘客的不良情绪，当乘梯超过一定时间后，乘客就会产生厌烦或厌恶心理[1]。同时，派梯时也必须考虑电梯轿厢内的乘客人数，若轿厢过于拥挤则会导致乘客产生不良情绪。电梯群控系统是一个高质量、高精度控制的人员运输系统[2]。刘明泽等人提出基于PLC的电梯群控系统，但一般PLC控制器负担过重，灵活性不好，进行数据交换的电缆比较多，其单一通讯模式会使PLC控制系统的数据传输效率低[3]。杭帅楠等人提出基于CAN通信电梯群控系统，虽然实现了很好的通讯传输效果，但派梯算法还有很多优化空间[4]。因此，本文详细分析了影响派梯时间的各类因素，对电梯群控系统派梯算法进行详尽研究，建立了电梯群控系统的多目标评估函数。

2 电梯群控制系统运行流程

电梯群控系统一般保证三台以上电梯同步运行。每部电梯均配有专门的控制器，每个控制器都和群控器连接。群控器主要负责整体系统的电梯调度。除群控系统负责调度以外，每个电梯都独立工作。群控系统从工作意义上而言针对的是外呼登记。当电梯的运行方向发生变化，那么新一轮电梯响应优先级产生。群控系统运行流程有以下四点[5]：

（1）优先同向任务。当电梯下行（或上行）时，电梯优先接收同向的外召呼梯任务，同时记录反向的呼梯层数。当电梯达到尽头时，再根据记录的反向呼梯层数进行另一次呼梯任务。一般情况下，距电梯轿厢越远，呼梯优先级越高。

（2）优先内呼任务。针对单梯系统，电梯首要任务是处理该轿厢内的呼梯任务。群控器不能打断电梯内呼梯任务。当有外部呼梯命令时，群控器只能选择当前与外呼方向相同的电梯，或者选择最早与外呼方向相同的电梯。

（3）满载不接收任务。当轿厢的载重量达到一定上限时，为保证安全，轿厢只接受内召层数的选择而不响应外部呼梯。这种状态一直持续到轿厢内载重低于上限，电梯才能进入正常响应状态。

（4）速度的分级控制。一部电梯的门机系统以及轎厢的运行都需要多级速度的支持来达到乘客的舒适度。首先要求低速，可以保证电梯系统安全;然后，保证高速，可以提高电梯系统运输效率。

电梯群控系统结构如图1所示。电梯系统描述需要综合考虑客流量、客流周期及运输分布等多方面因素。电梯的客流量、起止楼层都和电梯运行时间存在密切联系，并具有重要制约关系。这些指标和因素往往都是随机的，然而客流具有一定规律性，相关规律性对于交通模式的研究与分析具有十分重要的促进意义。电梯群控系统运行模式主要分为上行高峰模式（如下班时间段）、下行高峰模式（如上班时间段）、空闲模式（如夜间）和随机模式（如白天）。

3 基于多指标赋权的群控算法

3.1 影响派梯的性能指标

大多数电梯群控算法都是针对乘客等待电梯的时间，本文将乘客乘坐电梯的时间、电梯的能耗和电梯乘客载装率也纳入到群控算法的影响因素之内。因此，本群控算法兼顾四项电梯群控指标，以保证对电梯群控系统的优化和改善。把这四个指标用数学方式分析，设置一组数组a1，a2，a3，a4。在各个指标元素影响下，力争函数值之和H=（a1a2a3a4）尽可能达到期望值或极限值。因此，假设一套评估函数，为指标赋予加权系数，主要采用线性加权和法。

线性加权和法是将多个指标进行组合，最终整理为单个目标的评估函数。这个方法主要适用于针对多指标系统的评估工作。首先，设系统有m个指标D1（x），D2（x），D3（x）...Dm（x）。然后，对每个指标都赋予一个系数K，其中Ki是Hi（x）的加权系数，其数值大小直接反映了Hi（xi）对整体的影响程度。最后，将系统所有指标和加权系数整合，得公式（1）为：

根据线性加权和法，一般来说K1+K2+…+Ki=1。在加权系数和为1的情况下，需要令目标函数W尽可能的达到期望值或极限值。针对上述描述的多指标系统，对四个指标函数做定义，即设D1（x）为乘客的电梯侯梯时间，D2（x）为乘客的乘梯时间，D3（x）为系统的能耗程度，D4（x）为电梯乘客载装率。由于一个群控系统一般需要至少三台电梯同时运行，对于只有三部电梯的电梯群控系统而言，其电梯群控的描述函数依次为：

可以看出，函数W（x）的值越大，第x号电梯越适合响应并执行运输任务。式（2）中系数K为电梯群控的四个指标的赋权系数，本系数越大说明该群控指标对整体评估的影响越大。对于电梯各种模式的权重系数设计如表1所示。

3.2 算法分析

乘客等候第x部电梯的时间指标用T（x）表示，T（x）是电梯开关门时间和电梯运行时间之和，即T（x）=Tdoor+Twork。其中，Tdoor值需要根据实际电梯系统的开关门时间进行设置;Twork值一般需要软件模拟计算，并结合实际经验设置。根据相关文献资料和实践经验，假设电梯的加速度为a，运行距离为S，加速度的变化率为e，故Twork模拟计算和设置函数如表2所示。

当电梯群控系统的门厅外呼层数和目标层数确定后，就能够估算出乘客的侯梯时间Twork，从而开展电梯侯梯时间评估指标D1（x）的后续计算。其中Twork和D1（x）的关系如图2所示。从图可看出，该指标随着时间的增加而逐渐减小。如果乘客等待电梯时间较长，则这项评估指标值会越来越小，因此群控系统会优先呼叫其他本指标值更大的电梯。

用D2（x）来表示乘梯时间的评估指标，它与电梯的运行速度有关，和门机系统的开关速度有关。评估函数如图3所示。该评估指标随着乘梯时间的增长而逐渐减小。即乘客乘梯的时间越长，群控系统优先把其他乘梯时间短的电梯派到乘客所在目标楼层。

群控器派出的电梯在到达乘客呼梯目标楼层前，为减少能耗，一般要求尽量减少电梯的停靠次数。因此，构造一个能耗函数D3（x），如图4所示。随着电梯停靠次数的增多，能耗评估函数值越来越小。可以看出，停靠次数多的电梯不适合被群控系统呼叫并指派完成运输任务。

单位时间内乘载的乘客人数越多，则电梯的装载率越高，构造一个装载率函数D4（x），如图5所示。随着电梯装载率的增多，其装载率评估函数值越来越小，群控系统趋向于把装载人数少的电梯派到电梯乘客所呼梯的目标楼层。

4 结束语

详尽分析了影响电梯群控系统派梯的四个指标：乘客侯梯时间、乘客乘梯时间、电梯功耗和电梯乘客载装率，提出了一种基于多指标赋权的群控派梯算法。结合常规电梯群控系统派梯原则和所提算法，叙述了各种情况下的派梯过程。

参考文献：

[1]黄雯雯.电梯群控技术的现状与发展方向[J].硅谷，2014，2：82-87.

[2]王瀚韬.电梯群控算法及评测系统的研究与设计[D].杭州电子科技大学，2012.

[3]劉明泽，吴何畏，周靖航，等.基于S7-1200PLC的电梯群控系统的设计与仿真[J].工业控制计算机，2019，32（03）：129-132.

[4]杭帅楠，岳文凯，戚永奇.CAN通信电梯群控系统性能测试的方案设计[J].工业控制计算机，2019，32（08）：19-23.

[5]王坚.基于三菱PLC的群控电梯智能系统设计与实现[J].电气应用，2013，32（20）：93-96.