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原文传递多台电梯的智能群控装置及其控制方法

专利名称：	多台电梯的智能群控装置及其控制方法
摘要：	本发明一种多台电梯的智能群控装置及其控制方法，属于工业自动化领域，本发明是以罗克韦尔PLC控制器为核心设计的多台电梯智能群控方法及控制装置。本发明提出了基于模糊推理的电梯群控优化控制方法。结合平均乘梯时间少、平均候梯时间少、长时间候梯率低等三个评价指标的加权平均值作为评价函数，在此基础上，采用模糊推理方法实现了电梯群控系统的优化调度。采用罗克韦尔PLC设计并开发了多台电梯的控制系统。控制程序主要包括电梯的组态模块、电梯运行检查模块、电梯运行方向和指示灯标志模块、电梯开关门模块、电梯群控派梯模块等，并完成了多台电梯监控界面的设计。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	辽宁;21
申请人：	辽宁工业大学
发明人：	白锐
专利状态：	有效
申请日期：	2019-01-28T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-02T00:00:00+0800
申请号：	CN201910078923.1
公开号：	CN109956376A
代理机构：	沈阳之华益专利事务所有限公司
代理人：	汪洋
分类号：	B66B1/18(2006.01);B;B66;B66B;B66B1
申请人地址：	121001 辽宁省锦州市古塔区士英街169号
主权项：	1.一种多台电梯的智能群控装置，其特征在于：由计算机、罗克韦尔公司的PLC控制器、网络模块、监控模块以及输入/输出模块组成，通过以太网和控制网网络模块(1756-ENBT和1756-CNBT)连接两层网络，实现计算机、监控模块、控制器、输入/输出模块的通信。 2.根据权利要求1所述的多台电梯的智能群控装置，其特征在于：电梯群的实时控制由控制层ControlLogix的Logix5000(PLC控制器)统一调度实现；系统运行时，输入模块不断采集位置传感器和限位传感器等电梯运行信息，并不断扫描外呼梯和内呼梯按钮；当有召唤信号产生时，电梯运行信息和召唤信号经Logix5000(PLC控制器)运算处理，通过控制变频器，实现电梯的启停、上行、下行、开关门等动作，同时送输出模块显示楼层和上下行信息等；电梯群控系统中，输入、输出信息较多，以5层电梯为例，具备基本功能的单梯需要的输入点为32个，输出点为32个，故选用分布式FLEX I/O模块。 3.根据权利要求1所述的多台电梯的智能群控装置，其特征在于：控制装置的硬件设计为PLC外接220V交流电，经电源模块1756-PA72/C处理后为+24V、2.5A的直流电，为平台上各通讯模块供电；直流开关电源可将220V交流电转换为+24V、6A的直流电，其质量较高，可为I/O模块供电。 4.根据权利要求1所述的多台电梯的智能群控装置，其特征在于：本系统采用1756-L61CPU。 5.根据权利要求1所述的多台电梯的智能群控装置，其特征在于：本系统中选用的数字量输入模块为1756-IB16，其工作电压为DC24V；控制器的高低电平信号无法直接传送给被控设备，须经数字量输出模块进行信号处理，转换为工业现场设备可接受的的控制信号，实现启动、停止等控制功能；本系统所选数字量输出模块型号为1756-OB32，属于晶体管输出模块。 6.根据权利要求1所述的多台电梯的智能群控装置，其特征在于：控制系统中各传感器输入信号为电流信号，所选的模拟量输入模块的型号1756-IF8和1756-IF16；模拟量输入模块的功能就是对来自远程现场各种传感器的模拟量信号就行转换处理，使其能被PLC控制器所识别。 7.根据权利要求1所述的多台电梯的智能群控装置，其特征在于：控制装置的软件设计包括以下两种： 1)单梯控制程序本文采用Control-Logix控制器对单梯系统进行控制，系统能实现将各楼层外的上、下召唤信号与轿箱内的召唤信号统一集中控制，从而能使电梯自动确定运行方向和控制乘客所要去的目的楼层，常用于学校、居民楼、宾馆等场合；在系统运行中，电梯将同方向上的所有召唤信号和目的楼层全部完成后，转换运行方向，完成反方向上的所有召唤信号和目的楼层，就是所谓的方向优先和顺向截梯。 2)群控电梯控制程序采用罗克韦尔的Windows环境下的梯形图开发软件RSLogix5000编写五层电梯模型控制系统梯形图程序，然后，将电梯控制程序和PLC的设置通过电缆一同下载到PLC的CPU中。 8.根据权利要求1所述的多台电梯的智能群控装置，其特征在于：多台电梯的智能群控方法如下：基于模糊控制的电梯群控算法根据厅层召唤等候时间、电梯轿厢剩余容量、轿厢利用率计算乘客平均候梯时间、平均乘梯时间、长时间候梯率，根据专家经验确定各种权重系数，获得电梯群控的评价函数，并求解求出目标值，然后派梯； 1)评价函数的确定电梯群控系统的好坏由下面三个因素决定：乘客平均乘梯时间(ART)、乘客平均候梯时间(AWT)、长时间候梯率(LWP)； ART：乘客平均乘梯时间是描述电梯群控系统的重要因素。影响乘客乘梯时间的主要因素是电梯的启停时间及轿厢内乘客的人数； AWT：它是指从乘客按下呼梯按钮至电梯到达该楼层为止，乘客等候电梯的时间。影响平均候梯时间的主要因素是：乘客到达率、轿厢的剩余空间；当轿厢的剩余空间较小时，电梯可能没有足够的剩余容量来承载新的乘客，会使乘客的候梯时间大大加长； LWP：一定时间内候梯时间超过90s的乘客占总乘客的百分比；影响其因素是：电梯召唤的频繁程度、长候梯时间和剩余容量；当有呼梯信号时，系统应自动派遣长候梯率最小、轿厢容量较大的电梯响应召唤；综合以上三个评价标准，设定电梯的评价函数如式(1)所示：其中，ωi：根据专家经验确定的权重系数，ωi∈(0，1)，且 Zi：评价函数值，表示第i台电梯响应召唤信号的可信度；平均乘梯时间短的可信度，其值越大说明乘梯时间短的可能性越大；平均候梯时间短的可信度，其值越大说明候梯时间短的可能性越大；长时间候梯率低的可信度，其值越大说明长时间候梯率低的可能性越大；通过输入变量SC和EU来确定的隶属度；通过FCWT、SC和EU来确定的隶属度；通过FCWT和SC来确定的隶属度为第i台电梯评价函数的推理结构；各个评价指标的隶属度可以由三个输入变量推理出来，这样总的隶属度Zi就能够被计算出来； 2)输入变量的计算电梯召唤分配要考虑以下因素：轿厢召唤的目的楼层及运行方向、电梯的运行状态、未来的轿厢召唤信号；电梯的评价标准ART、AWT、LWP，其模糊推理的输入变量是FCWT、SC和EU；下面分析计算每台电梯的各个输入变量： FCWTi：从乘客登入召唤信号开始到第i台电梯到达该目的楼层所等待的时间；其包括轿厢运行时间和轿厢停靠时间两部分； FCWTi＝moving-time+stop-time (2) moving-time＝floor×ut+cc×at (3) stop-time＝et+p×pt (4) moving-time为轿厢运行时间；stop-time为轿厢停靠时间；floor为电梯运行楼层数；ut为电梯常速运行一层所用的时长；cc为响应召唤信号停靠次数；at电梯加减速的延迟时间；et为电梯停站时间；p为电梯进出人数；pt为单人进或出所用的时长； SCi：电梯群控系统中第i台电梯在响应新呼梯信号后，其对未来呼梯信号的剩余容量；其值越大，则电梯对新召唤信号的响应能力越强，其值与乘客进出电梯的流量有关；在计算时，取其额定容量的80％为轿厢容量； EU：在上行或下行的电梯轿厢利用率；在客流总量相同的情况下，电梯群轿厢的利用率越高，则电梯群运行的总距离越小，特别是空载或少载的距离减小，电梯群的启停总次数也相应减少，电梯群能耗会相应降低；但随着电梯群轿厢利用率的增加，乘客平均乘梯时间、平均候梯时间会相应增加；轿厢利用率如式(5)所示：式中，NF为建筑物总层数，SC0为电梯轿厢额定容量，NPi为第i次厅层召唤人数，NFi为第i次召唤目的楼层与起始楼层的层数差，n为该次运行电梯响应同方向召唤的总次数，并取80％的轿厢额定容量； 3)输入变量模糊化各输入变量的模糊化即隶属函数的确定，要根据各输入变量的取值范围、对模糊概念的理解和电梯群控系统的规律来确定；下面分别确定各输入变量的隶属函数： (1)FCWT的模糊化：乘客候梯时心理烦躁程度是与候梯时间的平方成正比的，通常当候梯时间在0到20秒内乘客的心理状态是好的；当候梯时间在20到40秒时是可以接受的；当候梯时间在40到60秒时人们会开始变的烦躁；当候梯时间大于60秒时人们就会开始抱怨了，甚至无法忍受了，用PVS、PS、PM、PB、PVB分别表示适应度成的逻辑变量“很小、小、中、大、很大”； (2)SC的模糊化一般来说，轿厢载客人数一般不应超过轿厢容量的80％，当轿厢内人数小于轿厢容量的20％时，轿厢内乘客会感觉很舒适；当轿厢内人数达到轿厢容量的20％到60％时，轿厢内乘客也可以接受；当超过60％时，乘客会变得心情烦躁；分别用“PS、PM、PB”表示轿厢剩余容量隶属于模糊设定值“小、中、大”； (3)EU的模糊化由公式(1)知，其值小于等于1。一般来说，当其值小于0.2时，电梯轿厢利用是较低的；当其值大于0.6时，轿厢利用率可以认为较高。用“PS、PM、PB”表示其逻辑变量“小、中、大”； 4)输出变量模糊化用输入变量FCWT、SC和EU来获得AWT的隶属度；由SC和EU来获得ART的隶属度；由FCWT和SC来获得LWP的隶属度；将评价指标AWT、ART和LWP的隶属度用五个模糊变量“很大(PVB)、大(PB)、中(PM)、小(PS)、很小(PVS)”来表示； 5)模糊推理 (1)平均候梯时间AWT少的隶属度ZAWT模糊推理规则：规则1：If FCWT is PVS and SC is PB EU is PB Then ZAWT is PB；规则2：If FCWT is PVS and SC is PB EU is PM Then ZAWT is PVB；规则3：If FCWT is PVS and SC is PB EU is PS Then ZAWT is PVB；规则4：If FCWT is PVS and SC is PM EU is PB Then ZAWT is PM；规则5：If FCWT is PVS and SC is PM EU is PM Then ZAWT is PVB；规则6：If FCWT is PVS and SC is PM EU is PS Then ZAWT is PVB；规则7：If FCWT is PVS and SC is PS EU is PB Then ZAWT is PS；规则8：If FCWT is PVS and SC is PS EU is PM Then ZAWT is PVB；规则9：If FCWT is PVS and SC is PS EU is PS Then ZAWT is PVB；规则10：If FCWT is PS and SC is PB EU is PB Then ZAWT is PM；规则11：If FCWT is PS and SC is PB EU is PM Then ZAWT is PVB；规则12：If FCWT is PS and SC is PB EU is PS Then ZAWT is PVB；规则13：If FCWT is PS and SC is PM EU is PB Then ZAWT is PS；规则14：If FCWT is PS and SC is PM EU is PM Then ZAWT is PB；规则15：If FCWT is PS and SC is PM EU is PS Then ZAWT is PVB；规则16：If FCWT is PS and SC is PS EU is PB Then ZAWT is PVS；规则17：If FCWT is PS and SC is PS EU is PM Then ZAWT is PB；规则18：If FCWT is PS and SC is PS EU is PS Then ZAWT is PB；规则19：If FCWT is PM and SC is PB EU is PB Then ZAWT is PS；规则20：If FCWT is PM and SC is PB EU is PM Then ZAWT is PB；规则21：If FCWT is PM and SC is PB EU is PS Then ZAWT is PVB；规则22：If FCWT is PM and SC is PM EU is PB Then ZAWT is PS；规则23：If FCWT is PM and SC is PM EU is PM Then ZAWT is PM；规则24：If FCWT is PM and SC is PM EU is PS Then ZAWT is PB；规则25：If FCWT is PM and SC is PS EU is PB Then ZAWT is PVS；规则26：If FCWT is PM and SC is PS EU is PM Then ZAWT is PS；规则27：If FCWT is PM and SC is PS EU is PS Then ZAWT is PM；规则28：If FCWT is PB and SC is PB EU is PB Then ZAWT is PS；规则29：If FCWT is PB and SC is PB EU is PM Then ZAWT is PM；规则30：If FCWT is PB and SC is PB EU is PS Then ZAWT is PB；规则31：If FCWT is PB and SC is PM EU is PB Then ZAWT is PVS；规则32：If FCWT is PB and SC is PM EU is PM Then ZAWT is PS；规则33：If FCWT is PB and SC is PM EU is PS Then ZAWT is PM；规则34：If FCWT is PB and SC is PS EU is PB Then ZAWT is PVS；规则35：If FCWT is PB and SC is PS EU is PM Then ZAWT is PVS；规则36：If FCWT is PB and SC is PS EU is PS Then ZAWT is PS；规则37：If FCWT is PVB and SC is PB EU is PB Then ZAWT is PVS；规则38：If FCWT is PVB and SC is PB EU is PM Then ZAWT is PS；规则39：If FCWT is PVB and SC is PB EU is PS Then ZAWT is PM；规则40：If FCWT is PVB and SC is PM EU is PB Then ZAWT is PVS；规则41：If FCWT is PVB and SC is PM EU is PM Then ZAWT is PVS；规则42：If FCWT is PVB and SC is PM EU is PS Then ZAWT is PS；规则43：If FCWT is PVB and SC is PS EU is PB Then ZAWT is PVS；规则44：If FCWT is PVB and SC is PS EU is PM Then ZAWT is PVS；规则45：If FCWT is PVB and SC is PS EU is PS Then ZAWT is PVS。平均候梯时间AWT少的隶属度ZAWT随着SC的增大而增大，随着FCWT和EU的增大而减少。因而在同等条件下，当轿箱容量SC越大、召唤等待时间FCWT和电梯利用率EU越小，那么该电梯的平均候梯时间少的隶属度ZAWT越大，选择该电梯的可能性也越大； (2)平均乘梯时间ART少的模糊推理规则：规则1：If SC is PS and EU is PS Then ZART is PM；规则2：If SC is PS and EU is PM Then ZART is PS；规则3：If SC is PS and EU is PB Then ZART is PVS；规则4：If SC is PM and EU is PS Then ZART is PB；规则5：If SC is PM and EU is PM Then ZART is PM；规则6：If SC is PM and EU is PB Then ZART is PS；规则7：If SC is PB and EU is PS Then ZART is PVB；规则8：If SC is PB and EU is PM Then ZART is PB；规则9：If SC is PB and EU is PB Then ZART is PM； ZART随着EU增大而减小，随SC增大而增大；因而当电梯响应某召唤的EU值越小、SC值越大，该电梯响应该召唤平均乘梯时间少的隶属度ZART就越高，那么选择该电梯的可能性就越大； (3)长时间候梯率LWP小的模糊推理规则：规则1：If FCWT is PVS and SC is PS Then ZLWP is PB；规则2：If FCWT is PVS and SC is PM Then ZLWP is PVB；规则3：If FCWT is PVS and SC is PB Then ZLWP is PVB；规则4：If FCWT is PS and SC is PS Then ZLWP is PM；规则5：If FCWT is PS and SC is PM Then ZLWP is PB；规则6：If FCWT is PS and SC is PB Then ZLWP is PVB；规则7：If FCWT is PM and SC is PS Then ZLWP is PS；规则8：If FCWT is PM and SC is PM Then ZLWP is PM；规则9：If FCWT is PM and SC is PB Then ZLWP is PB；规则10：If FCWT is PB and SC is PS Then ZLWP is PVS；规则11：If FCWT is PB and SC is PM Then ZLWP is PS；规则12：If FCWT is PB and SC is PB Then ZLWP is PM；规则13：If FCWT is PVB and SC is PS Then ZLWP is PVS；规则14：If FCWT is PVB and SC is PM Then ZLWP is PVS；规则15：If FCWT is PVB and SC is PB Then ZLWP is PS。 ZLWP随着轿箱的剩余容量SC的增大而增大，而随着厅层召唤响应时间FCWT的增大而减少，因而在同等条件下，SC越大，FCWT越小，其长时间候梯率低的隶属度ZLWP越大，选择该电梯的可能性也越大； 6)清晰化以上通过模糊推理得到的是模糊量，而对于实际的控制则必须为清晰量，因此需要将模糊量转换成清晰量；输入变量采用单点模糊化，模糊推理采用max-min推理方法，输出采用重心反模糊化方法；得出平均候梯时间ZAWT、平均乘梯时间ZART和长时间候梯率ZLWP隶属度的计算公式：式中：yn为输出隶属函数的中心值；Fj为输入变量的模糊集合；xj为各个输入变量；利用模糊推理得出平均候梯时间ZAWT、平均乘梯时间ZART和长时间候梯率ZLWP的清晰值，再根据公式(3.1)可最终获得响应召唤信号的n台电梯的可信度Zi，然后从所有可信度中选出最大的电梯去响应召唤信号； Ze＝max(Z1,Z2...Zn) (9) 其中e为响应召唤信号的电梯号。 9.根据权利要求8所述的多台电梯的智能群控装置，其特征在于：厅层呼梯信号的最终分配如下：当有厅层间的呼梯信号时，根据专家经验给出当前权重系数ω1、ω2、ω3权值，然后计算每台可能响应召唤信号的电梯i，对于该召唤信号的模糊推理的各输入变量值，并将其模糊化，再通过模糊推理计算出各评价指标的模糊值，然后根据当前对应的重权系数，计算出每台电梯对于该召唤信号的总体可信度Zi，最后对每台电梯的总适可信度值Zi进行比较，选取可信度最大的Ze电梯响应该层站召唤，从而实现电梯的最优调度。
所属类别：	发明专利