浅谈基于物联网的智能电梯群控系统

程诚周彦晖

（西南大学，重庆 400715）

浅谈基于物联网的智能电梯群控系统

程诚周彦晖

（西南大学，重庆 400715）

随着社会的发展，高层建筑如雨后春笋般涌现，电梯作为重要交通工具也被广泛使用。本文结合电梯群控系统的实际操作，通过运用物联网技术，设计出基于物联网的智能电梯群控系统，提出具体系统流程，使电梯群控在不需要人为的操作下，大幅度提高电梯的智能化与可靠性水平。

智能电梯群控系统 传感器 物联网

1 引言

随着社会的发展，国内城市化进程的加快，越来越多的高层建筑如雨后春笋般涌现。作为高楼大厦内部重要的交通工具，电梯已经被广泛使用。随着科技智能化技术的不断发展，人们对电梯的性能需求和服务质量提出了越来越高的要求[2]。现如今的电梯群控系统虽已相对比较成熟，但在乘客的平均等候时间、平均乘梯时间无法满足现代城市人的时间观念及使用需求。因此，加强对电梯群控系统核心技术的研究，开发更多满足用户需求的智能化电梯群控系统已迫在眉睫。而电梯群控系统的最优控制是一种基于时间最短、运力最优、所消耗的能量最优的动态综合最优的策略[5]。但现存系统最大的问题就是没有达到此最优策略，远远不能满足用户的需求。下面将举例列出其现存问题：以某大学第25教学楼（简称25教）为例进行剖析，25教电梯最多装载21人、1600kg，运行楼层共19层（负一层至18层），电梯两部（简称电梯1、电梯2）。其主要存在的问题为：①高峰期时（早8点上课、下午2点30上课、晚7点上课等），电梯从一楼上行。有时会出现下述情况：当电梯1在一楼，若从2楼以上有人需上行，这时电梯2就不会下到一楼，尽管只有一个人乘坐电梯2上行；②高峰期时（中午晚上饭点，下课）电梯从高层下行。经常会出现这样的情况：电梯常常已经接近超载，电梯仍依旧满足所有请求，凡是有请求的楼层都把门打开，浪费了电梯里外用户的时间；③当电梯1在一楼等待时，电梯2正在下行（还未经过你发出请求的楼层），这时候你发出上行请求，电梯2只有经过你发出请求的楼层后，电梯1才会上行，增加了用户的等待时间，是由于电梯内部按键与外部按键并未相连起来综合分析用户请求；④当电梯外用户发出请求后，由于等待时间过长或者其他原因，用户并未取消请求就离开，电梯依旧执行了用户发出的请求。同样的，若电梯内的用户提前离开电梯，电梯里已无用户，但其依旧执行完电梯内部用户发出的请求。

由上知，现电梯的调度增加了用户等待时间、乘梯时间、能源消耗等，究其原因，均是由于电梯不够智能化而导致。本文将如今比较火热的物联网技术运用在电梯群控系统中，使系统调度电梯更加智能化和合理化。

2 基于物联网的智能电梯群控系统

基于物联网的电梯群控系统主要利用的是物联网技术中的传感器技术，解决现如今电梯存在的问题和不足。具体如下述所示：

①用户发出请求后，电梯口的重量传感器会将数据实时传给系统总控中心，直到电梯到达发出请求的电梯口后取消外部按键亮灯，传感器停止发送数据。电梯只会一次取消一种请求，即上行或下行请求，只要其中的一种请求存在，重量传感器就不会停止发送数据，直到所有请求都完成。设置每楼层的电梯口重量传感器是并联的，即同一层的重量传感器数据是同一个编号，每次发送数据是一个整体发送，系统总控制中心收到的该楼层重量是该楼层重量传感器数据的总和。而不同楼层间的重量传感器是串联的，即不同楼层间的重量传感器是无关的，数据是单独发送给系统总控制中心的。

②系统总控制中心在收到各电梯位置信息、载重信息、内部请求信息和运行方向信息后，结合发送来的电梯口的重量传感器数据，综合分析调度最适宜的电梯前往执行用户请求。基本执行优先级为，若存在电梯内部有同样的请求（电梯当前位置到请求位置中间间隔请求不大于3）且电梯运行方向一致的优先执行；若等待重量大于电梯最大载重量的一半且等待时间大于电梯从最低楼层到最高楼层运行时间的5倍，有空闲的电梯无论在何处优先执行这个请求；电梯内部下行请求楼层低于外部发出上行请求的楼层，空闲的电梯上行执行外部发出的请求（反之同理）；两部电梯同一个方向一起达到某个楼层，电梯内部未完成请求少且电梯内部剩余载重量大于外部等待载重量的电梯执行该楼层的请求，若无法满足的则按电梯剩余载重量大的执行该楼层请求；其余的沿用如今比较常用的电梯调度。

③当电梯外部发出请求，重量传感器若发送的数据多次为0时，外部自动取消按键的请求，按键灯灭，电梯不执行该请求。当电梯执行内部请求时，电梯内部监控摄像头红外侦测信号若长时间发出无人信号，电梯内部按键请求灯灭，自动取消按键请求。当电梯速度异常，电梯速度检测传感器立即发出异常报告，并对电梯发出减速运行指令，保证电梯安全。

3 基于物联网的智能电梯群控系统设计

3.1 系统总体框架

电梯群控系统由系统总控制中心控制，用户输入模块向控制中心发送请求，控制中心向显示模块发送相应的显示，传感器模块向控制中心发送数据，控制中心通过电梯群控调度算法对电梯进行调度。系统总体的架构如图1所示，系统的电梯内部控制流程如图2所示，系统的电梯外部控制流程如图3所示。

图1 电梯总体架构图

图2 电梯内部控制流程图

图3 电梯外部控制流程图

3.2 系统指标

在电梯群控系统中，电梯运行时，控制器需从各种传感器搜集数据与信息，综合根据数据信息控制电梯运行，从而实现相应的功能。系统部分指标为：

①电梯外部用户输入的请求后，无线传感器将信息传输给系统总控制节点，该控制节点接收到数据与发生请求时间间隔不应大于500 ms；

②系统总控制节点接收到电梯位置传感器信息时间间隔不应大于100 ms；

③系统速度测量传感器检测出速度异常，时间间隔不应大于100 ms，将异常上报系统总控制节点并由系统总控制节点发出减速运行指令时间间隔不应大于100 ms；

④电梯运行速度不应大于30 m/s，大于此速度电梯速度测量传感器应该发出报警，将异常上报系统总控制节点；

⑤电梯载重量应为电梯牵引缆绳所能承受的重量减去电梯本身重量内；

⑥电梯外部重量传感器能准确测量出用户的重量，并能在100ms内将数据发给电梯总控制中心；

⑦电梯门上的红外传感器能检测出电梯是否有人在进出。

3.3 系统测试方案

以25教学楼为基本测试场地，电梯群控系统测试方案采用的是黑盒测试。部分测试用例如表1所示：

表1 系统测试方案

4 系统存在的问题

经测试后，发现系统存在下述问题：

（1）不能区分相应重量虽增加了压力传感器和视频监控设备，但若在一个可上行可下行的楼层发出上行和下行的请求，电梯群控系统重量传感器并不能判断区分出上行人和下行人的重量。

（2）电梯的成本增加

据资料表明：重量传感器的价格为百元到上千元，保守估计一部电梯每楼层添置重量传感器需增加1000元，将电梯内部的枪机监控摄像头换成带红外传感器报警的枪机摄像头，需增加约500元。一个拥有3部电梯的十层楼，大概得增加5万元左右的花费。考虑机器耗损速度，使用频率较高的1楼估计每1～2年就需更换。

（3）用户体验与电梯速度不能同时满足

电梯在保证安全和人体无感觉的范围内尽量以最快速度运行，即接近用户发出请求的楼层时会有一个提前减速，类似火车进站前的减速，但有时会让用户很无奈。例如一部电梯正从11楼下行，若此时在10楼发出下行请求，电梯不会在10楼停止，这好比“一只煮熟的鸭子飞了”。

5 结束语

由于高楼大厦越来越多，用户时间观念的强化和对电梯依赖性的加强，使得电梯的不合理调度成为老生常谈的话题之一。随着物联网技术的不断发展及应用，将会给电梯的制造企业带来巨大的挑战。本文设计了基于物联网的智能电梯群控系统，提出具体系统流程和指标，其内容将在进一步的工作中补充和完善。

[1]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.

[2]刘文昭.基于图像识别的电梯群控系统研究[D].成都:电子科技大学,2012.

[3]廖晓生.基于CAN总线的分布式智能电梯群控设计[J].2011,

[4]张进进.浅谈电梯群控技术的现状与发展方向[J].城市建设理论研究（电子版）,2013(12):

[5]刘天明,王炳健,郑佳,等.智能电梯控制系统[J].机电工程, 2011,28(4):461-463.

[6]宗群,童玲,薛丽华.电梯群控系统智能优化调度方法的研究[J].控制与决策,2004,19(8):939-942.

[7]唐陶鑫,李浩,粘来霞.智能电梯模型系统设计[J].机电工程技术,2005,34(10):32-34.

[8]李小康,范延滨.基于LM3S6432的电梯故障采集器设计[J].现代电子技术,2014,38(3):110-113．

Discussion on Intelligent Elevator Group Control System Based on Internet of Things

CHENG Cheng,ZHOUYan-hui
(Southwest University,Chongqing 400715,China)

With the development of society,high-rise buildings have sprung up.As an important transport tool,the elevator is widely used.In this paper,combining with the actual operation of the elevator group control system,the intelligent elevator group control system is designed based on the Internet of things,and the system processes are described.The elevator group control system can significantly improve the intelligence and reliability of elevator without human operation.

intelligent elevator group control system;sensor;internet of things

T319

A

1008-1739（2015）12-69-3

定稿日期：2015-05-26

国家科技支撑计划课题项目号：2012BAH77F04、2012BAH77F05