蒋金松 吴国平

摘 要：随着城市建设的高速发展，城市数字化、建筑智能化进程日益加快，高层或者超高层建筑物不断增加，对电梯的安全运转和科学管理提出了更高的要求。随着技术的不断发展，PLC控制多部电梯的级联方案，满足了客流量多的情况下乘客的高效乘梯需求。文章以群控电梯的研究背景以及国内外的发展现状为出发点，介绍了群控电梯的组成和结构特征、群控电梯系统的硬件构成、PLC基础以及相关的群控算法。

关键词：群控电梯;PLC控制;算法

中图分类号：TP3;TP2 文献标识码：A文章编号：1674-1064（2021）06-059-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.06.029

随着经济发展和生活水平的日益提高，人们对电梯的要求也越来越多，单部电梯存在着诸多不足之处，例如在上下班高峰期等人流密集时段，电梯无法满足更多人的需求，并造成一定的资源浪费。为了降低能源消耗，提高服务质量，群控电梯应运而生。

电梯控制涉及电子技术、电力拖动、照明线路等领域，目前，国内大多数群控电梯内部基于PLC运行，PLC在一定程度上成本低廉、编程简单，在使用和维护等方面对技术人员的要求相对较低，虽然体积小但是网络通信功能强大，具有一定的可拓展性。通过PLC控制器并结合相关的算法及运算规则，可以通过调度所有联动电梯，更加有效地提高电梯的运行效率及高层建筑的服务质量，降低能源损耗[1]。

1 群控电梯系统的基本特征

不同于单梯，群控电梯是一个复杂的系统，其基本特征体现在四个方面。

1.1 不确定性

群控电梯的不确定性主要包括：一是时间模糊，在不同时间段，客流量的多少不是固定数值，最常见的是节假日与工作日的区别;二是乘梯人数模糊，每台电梯、每个楼层的乘梯人数都具有不确定性，无法准确估计每个时间段的乘梯人数，同时电梯载重一定，人数不定，可能造成空间浪费及能源损耗;三是乘客的目的楼层不同，电梯无法准确估计乘客的行动路线，如果乘坐时上下行电梯交错，会导致乘梯时间变长，因此派梯的合理化尤为重要;四是电梯所处楼层模糊，在运算时要尽可能地选择距离最优化进行派梯[2]。

1.2 非线性

群控电梯系统的非线性表现在：电梯需要到达的目的楼层和电梯当前的方向是非线性的，同一部电梯前往的目的楼层或者即将到达的外呼信号楼层也是不同的，中间乘客的上下行方向也属于非线性。乘梯的时间和客流量是非线性的，即便在每天的同一时间段，也无法保证有相同的客流量。乘客的呼叫信息与电梯的轿厢安排属于非线性关系。

1.3 多目标性

群控电梯的多目标性表现在：第一，平均候梯时间、平均乘梯时间尽可能短，由于不同时间及不同地点的人们对电梯的要求不尽相同，在办公大楼等区域，候梯时间要尽量少于30s，住宅区的候梯时间可以适当延长，但是不能超过60s，乘梯时间应控制在合理的范围内;第二，候梯率低，乘客心理可以承受的烦躁程度与候梯时间长短的平方成正比;第三，系统能源损耗低，合理解决呼梯信号完成派梯任务，尽可能减少电梯的启停次数，客流的输送能力，在上下行高峰期的时候，尽可能将电梯均匀分成由基站到顶层或由顶层到基站的上下行电梯，更有利于节约时间，更合理地利用电梯内部空间，但是由于电梯空间变窄，导致舒适度降低。所以，群控电梯只能尽可能达到最优化，在减少能源过多损耗的情况下，提供最大限度的舒适度。

1.4 扰动性

电梯在运行过程中，难免会受到各种因素的干扰，比如，按错电梯楼层，导致电梯出现不必要的停站，或者电梯门口杂物堆积，导致电梯门无法自动关闭，延长了电梯门自动关闭的时间[3]。

2 群控电梯系统的控制算法

群控电梯系统的控制算法是将一栋房子内的所有电梯通过一台中央设备处理器连接起来，群控电梯算法能够根据实际情况以及乘客的要求，控制每一台电梯的正常运行，实现电梯的最优化服务水平。目前，国内外现有的主流控制方法有以下几种：

专家系统控制技术，即建立在传统经驗基础上，通过借助计算机进行复杂运算的控制算法。专家系统将一类知识进行系统性总结，并将其存储在存储器内部，通过合理推理得到控制方案。该控制方法时针对固定的问题进行指令调节。在群控电梯中，该控制方法通过对总结的经验罗列选出应对各种可能最有效的派梯方式。利用专家系统控制技术可以缩短响应的时间、系统服务的时间、乘客候梯的时间。

模糊控制方法，即神经科学领域衍生的新型控制方法，由控制领域逐步过渡到智能控制领域。在群控电梯系统中，模糊控制算法先对交通模式进行简单筛选处理，由于群控电梯具有不确定性（时间、人数等）这一基本特征，应用模糊控制方法可以根据群控电梯的性能指标建立一种良好的数学模型。

群控电梯具有多目标性，各个目标相互矛盾，建立一个函数可以更好地分析群控电梯的性能，实现电梯的最优化。但是，乘客需求存在差异，因此得到函数的解向量应该不唯一。

神经网络技术，即模仿大脑的神经系统所产生的神经网络控制，群控电梯系统的不确定性，非线性，多目标性，可以利用网络总线技术构建完整的控制网络，在群控电梯技术中可以有效缩减候梯时间[4]。

扫描算法（SCAN算法）又被称为调度算法，即在系统具有有限的资源的条件下，当有多个需求发出时，必须按照一定的调度原则来进行资源的分配。从系统角度来看，调度算法更具公平性。从用户角度来看，响应速度快，减少等待时间，具有及时性。调度算法能够满足电梯的基本需求，比如单梯梯内调度、多梯的梯内调度、单梯梯外调度、多梯的梯外调度。

除了上述控制技术，还有遗传算法控制技术、Petri网控制技术等。算法多种多样，其最终目的都是为了更好地优化电梯调度派梯的方案，根据不同的建筑物条件，设计不同的优化方案，找到适中的方案[5]。

3 群控电梯系统的软硬件

群控电梯系统相当复杂，需要对成百个信号进行接收及处理，群控系统主要由硬件以及软件算法编程组成，电梯硬件主要由PLC、电机、继电器等组成，软件部分包括单梯运行程序及主要的控制调度程序。各部电梯运行时对外界的干扰具有一定的抵抗作用。

3.1 硬件构成

电梯内部具有目的楼层按钮、指示灯按钮以及报警按钮，轿厢外只有上下行按钮，最底层只有上行按钮，最高层只有下行按钮。群控电梯系统的核心是群控制器，群控制器的核心作用根据收集到信息选择合适的派遣电梯。群控电梯系统功能主要分为四部分，分别是群控控制器进行数据的采集，单部电梯的独立运行以及之间的数据通信，群控控制器对单部电梯运行的控制功能，群控系统的核心即预算估计的功能。

群控电梯的群控控制器主要用来接收外部信号，经过一定的算法将得出最优路径，完成派遣任务。单部电梯的独立运行主要是完成群控电梯派遣的接送乘客到达目的楼层的任务。

3.2 可编程序控制器

可编程序控制器（Programmable Logic Controller，簡称PLC）是数字控制的电子系统的一种。PLC通过可编程序的存储器，在其内部存储基本的指令，运行运算逻辑、定时、算数和计数等操作指令。PLC作为“工业计算机”，在一定程度上必须应用范围广，适应能力强，还应同时具备很强的抗干扰的能力。

PLC的工作原理的实质是PLC投入运行的核心内容，大致可以分为三个阶段，即输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段[6]。

4 群控电梯系统的发展与展望

目前，群控电梯系统的相关理论也在不断的发展，现如今，大多数的电梯企业采用专家控制系统或者模糊控制系统等，相比之下也存在各自的优缺点。如果技术持续发展，希望能够结合这几种技术并将其引进到电梯的发展系统中，设计出群控电梯更好的控制模板。同时，应提高电梯的自适应学习的能力，在保证电梯安全可靠的前提下，使电梯向节能化、绿色化、智能化方向迈进。

总体来说，需要进一步完善关于电梯的法律法规，不断利用先进技术，促进电梯研究，有效降低电梯运行过程中可能出现的一系列故障问题，科学合理地增加电梯的防护措施，实现电梯的安全运行[7]。

参考文献

[1] 魏赏标.复杂高层与超高层建筑结构设计要点研究[J].工程技术：文摘版，2017（1）：59.

[2] 刘林飞.基于PLC的群控电梯设计[D].南昌：华东交通大学，2020.

[3] 骆彬，刘震霆.利用PLC实现对步进电机的控制[J].军民两用技术与产品，2007（6）：41，43.

[4] 徐深.浅谈电梯群控系统的特征[J].黑龙江科技信息，2010（13）：76.

[5] 姜玉莲.多智能体理论及其在电梯群控中的应用研究[D].沈阳：东北大学，2009.

[6] 吴丽.基于PLC的群控电梯仿真系统设计[J].机电工程技术，2010，39（9）：24-27.

[7] 徐鹏.浅谈PLC技术在电气设备自动化控制中的应用[J].经济技术协作信息，2016（22）：59.