申辉阳

(广东机电职业技术学院，广东 广州 510515)

0 引言

高层及超高层建筑在城市中不断崛起，使得垂直交通问题变得越来越突出。这些超高层建筑极大地依赖于庞大的电梯系统，电梯用户除了对安全性和舒适性的要求外，对电梯的运行效率、各种服务质量(如候梯时间、乘梯时间等)、以及电梯的绿色节能问题也提出了更高的要求［1，2］，因此必须提高电梯的运行速度，高速电梯的使用也越来越普及。由于电梯的高速运行，轿车的启动与停止都有一个较长的加减速过程，如何来保证停车的平稳与准确就显得十分重要。各种电梯控制策略相继提出［3］。

本文首次提出了一种建立在以层为基础的电梯运行的动态二进制数学模型基础上，通过呼叫识别，区分电梯的本层呼叫、上层呼叫和下层呼叫，利用呼叫识别的结果来进行定向与停层控制，并预先检测停层信号，切换到低速，为停层做好准备的一种简单、可靠、通融性好的一种的高速电梯控制策略。应用此控制策略，将复杂的动态电梯系统转化为静态处理，使得高速电梯的控制变得简单而易于实现。

1 数学模型

分别将电梯所有的呼叫和各电梯所处的层按照楼层顺序分别组成二进制数，有信号的层为“1”，无信号的层为“0”，这样就把呼叫和楼层的状态以数据的形式保存起来，且数据自动跟随呼叫和楼层状态的改变而改变。以8层3电梯群为例，假如电梯某时刻的状态如表1所示，1号电梯处在6楼，则1号电梯所处楼层组成的8位二进制数“00100000”;1号电梯的第四、五、七层有内呼叫，则1号电梯内呼叫组成的8位二进制数“01011000”;第一、四、六、七层有外上呼叫，则外上呼叫8位二进制数“01011001”。其余以此类推［4］。

如果楼层高于8层而不超过16层，可以采用16位模式，各状态组成16位二进制数。

如果楼层太高，则按照楼层顺序组成一个二进制数位数太高不便于计算与处理，为此对高层电梯采用位与字相结合的处理方式，如果用16位模式采用位字结合方式建模可以处理高达256层系统［5］。这样就可以得到高层电梯群控系统的二进制数学模型。

表1 群控电梯二进制数学模型

2 呼叫识别

内呼叫、外上呼叫和外下呼叫的区分是靠呼叫按钮区分，通过呼叫的登记与消除将不同的呼叫类型保存在不同的数据寄存器里，如表1所示。为了便于控制，需进一步将电梯的各种呼叫区分是本层呼叫、上层呼叫还是下层呼叫，共9种呼叫状态，电梯的各种呼叫状态归类如表2所示。

电梯群中每台电梯的呼叫状态都需要区分。利用前面的数学模型，将电梯的各种呼叫状态与电梯当前所处的楼层进行比较运算，可识别出电梯的各种呼叫状态。如要识别1号电梯是否有本层内呼叫，只要将1号电梯所处的楼层组成的二进制数与1号电梯内呼叫组成的二进制数进行逻辑“与”运算，再判断结果是否为“0”，如果结果为“0”表示无本层内呼叫，结果不为“0”表示有本层内呼叫。各类呼叫的具体识别方法参考文献［2］，对于高层电梯，采用字位结合方式，呼叫的具体识别方法参考文献［5］。

表2 电梯的各种呼叫状态

呼叫状态是动态随机的，如电梯处在2楼时，3楼的呼叫是上呼叫，当电梯运行到3楼后，3楼的呼叫就变成了本层呼叫，呼叫识别不需考虑动态过程，而识别结果却能动态反应其变化。

3 高速模式控制策略

3.1 定向控制

运行方向状态分为三种:上行、下行、暂停。任何时刻，运行定向的三种状态只能处于其中的一种。

电梯有上层呼叫就置上行状态，一旦进入上行状态后，电梯一直处于上行状态，直到没有上层呼叫为止;电梯有下层呼叫就置下行状态，一旦进入下行状态后，电梯一直处于下行状态，直到没有下层呼叫为止。

上行的条件是有本层上呼或上层呼叫，具体来说就是:有本层内呼、本层外上呼、上层内呼、上层外上呼、上层外下呼5种呼叫中的任意一种即可。下行的条件是有本层下呼或下层呼叫，具体来说就是:有本层内呼、本层外下呼、下层内呼、下层外下呼、下层外上呼5种呼叫中的任意一种即可。根据前面的呼叫识别，各种呼叫状态容易得出，利用呼叫识别的结果，电梯的定向控制易于实现。定向控制流程图如图1所示。

3.2 升降与停层控制

电梯响应呼叫后轿车停层(平层)让人进出，当关好门后再次上升与下降去响应其它呼叫的过程就是电梯升降，将升降分为三种状态:上升、下降、停层。任何时刻，升降的三种状态只能处于其中的一种。

电梯在上行状态中，只要关好门后就上升，上升过程中，只要有本层内呼叫或本层外上呼叫就停层，然后开关门处理，并消除本层内呼叫和本层外上呼叫，关好门后，如果还是上行状态就继续上升。

电梯在下行状态中，只要关好门后就下降，下降过程中，只要有本层内呼叫或本层外下呼叫就停层，然后开关门处理，并消除本层的内呼叫和本层外下呼叫，关好门后，如果还是下行状态就继续下降。

通过定向控制已经判断出电梯是上行、下行还是停层状态。根据前面的呼叫识别能得出是否有本层上呼叫(本层内呼叫和本层外上呼叫)以及是否有本层下呼叫(本层的内呼叫和本层外下呼叫)，这样很容易控制电梯的升降与停层。

高速运行时，要使电梯平稳停层，必须在达到平层位置时提前减速，如果直接利用监测到的平层信号来停层，势必要求电梯从上升或下降立即停止，这样就会给乘坐电梯的人感到不适，因此需要提前检查平层信号。如果能够提前一层判断出平层信号，监测到平层信号后就开始减速，就能解决电梯高速模式的平稳停层问题。

电梯高速模式升降与停层控制流程图如图2所示。注意停层时，只有轿车正真平层后才能停下来。

图1 定向控制流程图

图2 升降与停层控制流程图

利用表1形式的数学模型判断由本层呼叫产生的平层信号很容易［4，5］，但无法判断上一层或下一层有呼叫，即无法提前判断平层信号。对呼叫信号进行移位处理，用移位后到虚拟呼叫来代替的实际呼叫来，进行本层呼叫识别运算处理就可得出是否有上一层或有下一层呼叫。

采用表3所示的数学模型，电梯在某时刻的状态如表3所示，以外上呼叫为例，要判断是否有本层外上呼叫，只要将电梯所处楼层数D1和实际外上呼叫数D3进行逻辑与运算，再判断运算结果是否为0，如果结果不为零说明有本层外上呼叫，如果结果为0，说明没有本层外上呼叫。要判断是否有上一层呼叫的方法是先将实际外上呼叫向右移动一位，得到虚拟外上呼叫数据D11，如表3所示，然后将数据D11和电梯所处楼层数D1进行逻辑与运算，再判断运算结果是否为0，如果结果不为零说明有上一层外上呼叫，如果结果为0，说明没有上一层外上呼叫。判断流程如图3所示。判断是否有下呼叫的方法类似，只是将实际呼叫左移。

表3 高速模式处理的数学模型

如图3所示，提前一层检测上层的呼叫状态，将是否有上一层呼叫的信息保存下来，为停层做好准备。轿车每到平层位时进行检查，后次检测的结果自动刷新保存的值。电梯在上行状态时，在上升过程中或者停层后，发现有上一层呼叫，自动将电梯切换到低速模式(停层模式)，为就停层做好准备，只有在低速模式下遇到本层呼叫才会停层。

图3 判断上一层有外上呼叫的控制流程

3.3 准确停层的解决方案

根据上面的情况分析，实际上就是电梯提前一层就开始切换到低速，并实现停层。在低速下电梯才能实现平稳准确停层。采用这种方式同时解决了电梯快要到平层位时，响应突然出现本层呼叫信号，如果在这种情况下响应本层呼叫停层，就会出现急停或停层不到位的情况，因此对这种情况不需停层。如果提前一层就检测了是否需停层，在上升过程中过了检测区(平层区)后出现的上一层呼叫只登记而不给予响应，这样就能避开了突然停层的问题，对于非高速电梯，采用这样的控制方法也可避免突然停层的情况。

提前一层就进入停层过程解决了准确停层的问题，但过早地切换到低速模式，势必影响到系统响应速度。为解决这个矛盾，以上行为例，可将上一层是否有呼叫的检测点后移，也就是更接近该停层的平层区才检测。

对于带旋转编码器的电梯系统，通过编码器测得的数据，可以知道电梯所处的位置，并可以得到电梯是否位于平层区，在进行上一层是否有呼叫检测时，如果将编码器测得的实际数值减去一个常数进行偏移修正，再根据前面的方法就可以推后进行检测，也就能够实现离平层更近的距离从高速切换到低速，从而提高了系统的性能。通过改变偏移常数，可以调整距离。注意，在进行本层呼叫检测时就不能偏移，要用真实值。

对于不带旋转编码器，直接采用检查开关，可以通过延时的方式，过平层区后延时一段时间再检查是否有上一层呼叫，实际上就是通过延时将检查区后移，当然，本层呼叫检测时就不能延时。可见，对于不带旋转编码器的系统实现起来也不难。

4 结束语

建立在以层为基础的电梯运行的动态二进制数学模型基础上，通过对呼叫信号的简单移位处理及呼叫识别，区分电梯的各种呼叫状态，并能预先检测停层信号，切换到低速，为停层做好准备。采用这种策略，很容易实现高速电梯的平稳停层和准确停层，也解决了电梯快到平层位时，响应突然出现的本层呼叫而出现急停或停层不到位的情况。提高了电梯的安全性和舒适性，也提高了电梯的运行效率同时也能达到电梯的绿色节能效果。

本文首次提出的这种控制策略是一种简单、可靠、通用性好的高速电梯控制策略。采用这种策略易于实现高层高速电梯的控制，控制程序结构及算法无需调整就能实现各种层数不同的电梯系统。应用此控制策略，将复杂的动态电梯系统转化为简单的静态处理，使得高层高速电梯的控制变得简单而易于实现，可推广和应用。

［1］叶丽安.电梯控制技术［M］.北京:机械工业出版社，2005，7.

［2］杨祯山，邵诚.电梯群控技术的现状与发展方向［J］.控制与决策，2005，20(12):1321-1331.

［3］Bi Xiaoliang，Zhu Changming，Ye Qingtai.A GA-based approach to the multi-objective optimization problem in elevator group control system［J］.Elevator World，2004，52(6):58，59，61-63.

［4］申辉阳.电梯系统的一种建模与控制策略［J］.应用科技，2008，35(7):20-23.

［5］申辉阳，邓维克.基于呼叫识别的高层电梯控制策略［J］.电气传动，2009，39(11):52-55.