基于PLC的电梯群控调度系统设计及其交通模式仿真

徐秀萍，李成良

(大连海洋大学 应用技术学院， 辽宁 大连 116300)

0 引言

为实现算法的电梯群控调度功能，需在最后对其算法性能开展验证测试，由此判断调度算法稳定性并综合评价各项性能参数指标[1-2]。利用电梯群控系统仿真方法可以实现对电梯群控调度的仿真测试，同时该系统可以将电梯运行控制过程的所有参数显示在人机交互界面上，用户可以非常方便得获得电梯的各项运动参数，能够全面记录电梯群的运行状态数据与客流信息，按照群控算法派梯方式来达到电梯群的调控目的[3-5]。可以将电梯群控过程看成是一类优化调度的分析过程，由控制器对所有楼层发送的呼梯信息、轿厢位置与运行参数、各电梯任务分配程度等进行分析，同时设置某一最优指标作为控制条件，从而得到最佳的电梯群轿厢分配条件，对于控制器来说，进行决策前需接收特定召唤指令，并在此基础上响应电对召唤指令[6-7]。

深入探讨电梯群控系统运行方式及其控制过程具有非常重要的意义，确保电梯能以更高效率运行，尤其是为高层建筑提供快速客流疏散能力并使电梯充分满足运载需求[8-10]；此外还应对不同楼层电梯的能耗占比进行了统计分析，通过优化处理电梯群控算法来构建智能楼宇以及创建绿色建筑，这在一定程度上也体现了节 约型社会的建设目标；最后，有助于促进国产电梯品牌逐渐建立自己的独创性产权，实现企业快速成长，突破原先由外资企业占据主导地位的电梯群控装置市场，实现控制技术的快速进步[11-12]。对于上述情况，本文重点以电梯 群控系统作为研究对象，同时引入模糊控制方法对目的预约型电梯群优化过程进行了深入分析。

1 总体设计

本文选择SIMATIC S7-1200型号的PLC来构建系统硬件，实现对Elevator Simulation模型的控制过程，以此实现对单梯控制方式的可靠性进行验证；利用SIMATICWincc构建上位机的组态结构，由此实现模拟电梯群控的过程，在此基础上统计了每项控制指标，同时对群控算法的特点进行了分析。PLC控制程序通过TIAPortal软件进行编写，对各项硬件参数与算法运行过程进行了综合分析，此外为获得具备更大差异性的性能指标，专门构建三梯联控模型来模拟电梯群控系统的运行过程，只需利用有限数量的电梯约束参数便实现精确调度的目的，显著改善系统优化能力。

在运行仿真系统之前应先设置各项初始化参数，之后以手动方法输入客流数据，也可以按照随机方式得到，根据实际逻辑条件运行电梯群模块，由此获得电梯实际运行状态，在电梯群模块中利用群控算法对乘客的呼叫信息进行接收，之后以群控算法处理得到分配结果再将其传输至电梯群模块中，以此完成运载乘客的过程，利用性能指标模块循环方法计算各项指标并将结果传输至相应的窗口。电梯群控仿真过程的具体结构,如图1所示。

图1 电梯群控仿真程序总体结构图

2 PLC控制系统设计

利用TIAProtal编写S7-1200PLC程序，同时为提高程序可靠性并简化维护操作，采用TIA来实现结构化编写的过程，用户程序通过“块”的方式进行单独编写。同时完成不同模块的调用,如图2所示。

图2 程序模块间关系调用结构图

当指令到达群控算法模块时将被分配到各个对应的电梯，实现单梯控制的过程，之后利用集选控制模块来按成指令的响应处理。同时在集选控制模块中存在电梯的目的层刷新以及程序启动分析的不同子模块，可以看到具体的控制流程,如图3所示。

3 仿真分析

3.1 参数配置

本文在设计仿真环境中完成对最小时间调度法以及目的层预约模糊算法的仿真对比，第一步先设定各项仿真参数与具体模型结构，各项默认的参数,如表1所示。

图3 控制模块程序流程图

表1 默认参数配置表

3.2 仿真比较

对电梯群控实施优化调度可以实现对各类交通模式的性能优化。进行仿真时根据高层写字楼中的实际客流信息进行分析，同时选择其余交通模式来完成群控算法的仿真，利用客流模块来自主获得不同模式的乘客数据流。

(1) 整个仿真过程需花费2 h，所有乘客的具体信息,如表2所示。

电梯群的各项性能控制指标,如图4所示。

到达高峰客流段时，采用本群控方法达到了最短候梯与乘梯的时间都比传统时间更少，依次降低7.2 s与7.5 s，考虑到在该客流模式下会产生大量的乘客，要求此时电梯群具备快速疏散乘客的功能，从而产生大量能源消耗并导致轿厢过度拥挤，上述群控模式处于客流高峰阶段的运行效果基本相同。

表2 上行乘客数据信息

图4 上行性能指标

(2) 仿真2 h，乘客的各项信息参数,如表3所示。

电梯群的各项特性参数,如图5所示。

采用层间交通模式时可以降低高峰段的乘客人数，并且这两种方式都表现为较低的平均乘梯时间。选择乘客候梯时间指标作为最短等待时间，确保乘客能够快速乘上电梯，从而获得更优的时间指标，但这种方式会导致其中某一轿厢过多停靠而另一轿厢出现空载的结果，并且也未充分考虑能源消耗与轿厢的拥挤状态。由此获得一个合适的时间指标，从而减小能源消耗，实现群控系统优化的效果。

经仿真测试发现，在各类交通模式下可按照实际条件把权值赋予评价指标函数，从而达到各交通模式下都能获得最佳电梯群性能。

表3 层间交通模式的乘客数据信息

图5 层间交通模式的性能指标

4 总结

(1) 选择SIMATIC S7-1200型号的PLC来构建系统硬件，实现对Elevator Simulation模型的控制过程，以此实现对单梯控制方式的可靠性进行验证。利用TIAProtal编写S7-1200PLC程序，采用TIA来实现结构化编写的过程，用户程序通过“块”的方式进行单独编写。

(2) 进行仿真时根据高层写字楼中的实际客流信息进行分析，选择其余交通模式来完成群控算法的仿真，利用客流模块来自主获得不同模式的乘客数据流。采用层间交通模式时可以降低高峰段的乘客人数，并且这两种方式都表现为较低的平均乘梯时间。在各类交通模式下可按照实际条件把权值赋予评价指标函数，从而达到各交通模式下都能获得最佳电梯群性能。