电梯是怎样控制的

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对于上班族来说，电梯(elevator，不是escalator)是每天都要光顾的垂直运输交通工具。乘坐电梯的次数多了，大家是不是发现号称智能化控制的电梯有时候也十分“愚蠢”呢?例如，在5楼要下行，停在6楼的电梯不动，1楼的那个却跑上来：几乎满载的电梯还要频频开门；不管任何时候，所有的空闲电梯都会回到底层门厅；错按的楼层号不能取消……当然也有“聪明”的电梯，它们不仅会就近响应乘客的召唤，而且还能随机应变，在运动状态中自动调整运力。是什么原因造成了电梯“智力”的差异?这次《Geek》就来揭露隐藏在幕后的电梯控制技术。

最基本的电梯调度算法

现在的绝大多数电梯都是按照一定的规则自动运行的(所以电梯司机都下岗了……)，这个规则就是“电梯调度算法”。调度算法是人为制定的，其终极目标就让电梯更好地为人类服务。广大劳动人民在长期的生产实践中归纳出了一条最基本的电梯调度算法：电梯运行时，从轿厢当前位置沿移动方向选择最近的那个楼层的召唤来执行(通俗地说就是“接客”)，若该方向上无召唤时，就改变移动方向再选择。有点糊涂了?没关系，《Geek》来具体解释一下。

以《Geek》编辑部所在的5层写字楼的电梯为例，当查理蓝在3楼按下下行按钮时(术语叫厅内召唤)，如果这时候轿厢正在上行(目的地是4楼或5楼)，那么电梯暂时不会理睬查理蓝，经过3楼也不会开门。如果这时候轿厢恰好处于下行状态，那么又要分以下两种情况：轿厢当时在3楼以下，要为查理蓝服务就必须先上行再下行，这实在是太浪费时间了，所以电梯也会暂时忽视他的召唤；轿厢当时处于3楼以上，当它下行到3楼时就会开门顺便捎上查理蓝。我们假设查理蓝的目的地是-1楼的车库，当他进入轿厢后，自然按下了内部对应的楼层按钮(术语叫轿内指令)，因为轿厢处于下行状态(假设之前1楼有人按了上行钮)，所以电梯就会在到达-1楼时停止并开门放查理蓝出去；当然也不排除查理蓝在进人轿厢之后突然不去车库了，他毅然按下了5楼的按钮，但下行中的轿厢不会因为他的变卦而马上折返回5楼，只有在下到1楼接了其他人之后才会重新上行。简言之，电梯调度算法的中心思想就是同向优先，其次才是就近服务。这种简单的调度算法适用于单独一台电梯或两台电梯并联的情况。早期，当两台电梯并联时，它们使用继电接触控制，按照基本的调度算法实现系统的顺序运行。后来随着集成电路技术的发展和应用，这种电梯系统使用了PLC(可编程控制器)，可以进行一些更加复杂的逻辑运算，如动态分区(分区指两台电梯分别服务于交替的楼层)，进一步提高运行效率。

这么看来，要控制电梯变“聪明”应该很简单才对，似乎只要根据实际情况优化一下算法就可以了。然而事实并非如此。高层建筑通常不只设置两台电梯，有的超高层写字楼甚至有十余台并联的电梯同时运行，要实现效率最优，功能有限的PLC根本协调不过来。这样，能同时管理多台电梯的电梯群控系统就应运而生。

P.S.电梯运行原则

1、乘客的平均候梯时间要尽量短，商务楼一般要求在50s左右；

2、尽量减少乘客的长候梯率，即尽量避免产生长时间的候梯过程：

3、轿厢到达的预报准确率要高，减少乘客等待时的心理压力；

4、电梯运行要满足人体的生理适应性，使乘客感觉舒适，具体而言就是加速和减速要平稳，一般应使加速度不大于2m/s²；

5、电梯运送乘客的时间要尽量短，并合理分配电梯应答，防止聚堆和忙闲不均；

6、选择能源消耗最省的方式，尽量降低能耗。

电梯群控系统

所谓电梯群控系统，就是一种为了改善对乘客的服务和降低成本，而系统地管理一个组内的三台或三台以上电梯的控制系统，它由梯群、群控制器(中央控制器)和信号系统(包括厅内召唤和轿内指令)等构成。要把这套系统的技术细节介绍一遍，《Geek》增加到300页都讲不完，所以我们只讲重点，也就是群控系统所采用的调度算法。电梯数量一增加，为了保证它们的运行效率，工程师要考虑的因素就多得多了，乘客心理等待时间的长短、电梯响应呼梯的快慢、召唤厅站客流量的大小、轿厢内乘客人数的多少……这些繁琐而模糊的参数不是继电接触器或者PLC能应付得了的，所以现在的电梯群控系统已经引入了计算机技术。而决定一套电梯群控系统“聪明”与否，除了是否合理地划分单双层和高低层设置电梯联动停靠站模式外，它所采用的群控调度算法是否最优才是关键。

设计群控调度算法要用到数学建模的知识，在不同的交通模式下需要建立相应的数学模型，这样才能优化参数，进而从整体上提高运行效率。要实现前面提到的所有目标，需要建立的模型相当复杂。简单举个例，如果仅仅以最短候梯时间为目标，这个模型至少就要涉及到以下参数：电梯每层运行时间，一人进入电梯时间，一人走出电梯时间，电梯停靠时间，电梯启动时间，呼梯的所在楼层与人数以及要求到达的楼层，以及可使用电梯总数。对于某台电梯和某个呼梯者，电梯来到时间还要分为6种情况分析：电梯上行且电梯所在楼层位于呼梯者之上：电梯下行且电梯所在楼层和原要求到达楼层位于呼梯者之上；电梯下行且电梯所在楼层位于呼梯者之上而原要求到达楼层位于呼梯者之下：……然后再针对至少3种不同的电梯交通模式进行优化：上行高峰、下行高峰、平衡……即便看似如此周全，这个模型还存在着不小的缺陷。这么看来，要打造一套真正“聪明”的电梯系统谈何容易啊!

P.S.电梯交通模式

上行高峰交通模式：主要的客流是上行方向，即全部或者大多数乘客从建筑物的门厅进入电梯且上行；

下行高峰交通模式：主要的客流是下行方向，即全部或者大多数乘客乘电梯下行到门厅离开电梯；

二路交通模式：主要的客流是朝着某一层或从某一层而来，而该层不是门厅，二路交通状况发生在上午和下午休息期间或会议期间。

此外还有四路交通模式、平衡的层间交通模式、空闲交通模式等，不同的交通模式对电梯的运行方式有着根本的影响。

电梯群控智能系统

要提高电梯的“智商”，还是得下点猛药。东芝很早前就提出了电梯群控智能系统(EGSCS)，也就是把多台电梯作为一组，应用人工智能技术进行控制。目前主流的电梯智能控制方法有模糊控制、专家系统、神经网络、遗传算法等，关于每种算法的具体内容，《Geek》就不废话了，对这个感兴趣的Geek请自行学习自动化专业相关课程。有了这些先进的算法，电梯当然变得“聪明”多了，不过没有哪一种算法是万能的，它们各有各的适用情况，而且整个电梯系统的运行充满着不确定性和随机性，条件稍稍发生变化，智能化的电梯也可能“犯傻”。如果哪位Geek能提出套新的可行的算法，恭喜你，你的专业水平和自动化专业的硕士毕业生相当了。

所以，要想让电梯更“聪明”，还得设计电梯调度算法的人够聪明、专业知识够深厚才行。不过作为Geek，即使设计不了算法，去评价一套电梯群控系统的好坏还是可以做到的，只要抓住平均候梯时间、长候梯几率、平均乘梯时间和能耗这几个指标就行。看完这篇文章，你至少应该知道，下次等电梯的时候，不要骂电梯傻，而要骂生产和安装电梯的人傻才对。