【導(dǎo)讀】elevators.safety-criticalissue.showedinFigure1.

　　

【正文】 2 到 9 層下行外呼叫 1 到 9 層內(nèi)呼叫 1 到 9 層到達傳感器 電梯門開按鈕 電梯門關(guān)按鈕 電梯門關(guān)平層按鈕 電梯門開平層按鈕 上行傳感器 下行傳感器 防火開關(guān) 運行操作開關(guān) 觸摸面板開關(guān) 超載 強迫變速開關(guān) 滿載 , , 表 2 輸出點 描述 地址 16 1 到 8 層上行外呼叫燈 2 到 9 層下行外呼叫燈 1 到 9 層內(nèi)呼叫燈 上行燈 下行燈 七段 LED 顯示 電梯的位置 電梯門開 電梯門關(guān) 上行 下行 滿載燈 高速運行 低速運行 加速開始 減速制動 蜂蜜器報警 , 關(guān)于軟件設(shè)計，我們采用模塊 化方法去寫梯形圖程序。 該模塊之間的信息傳輸 是通過 PLC 的中間寄存器 實現(xiàn) 的。 整個 項目 主要由 10 個模塊 組成 ： 外 呼叫注冊和顯示模塊， 轎廂內(nèi)呼叫 注冊和顯示模 塊 信號組合模塊， 外 呼 叫取消 模塊，電梯定位顯示模塊， 樓層 選擇模塊， 運 動方向控制模塊，門打開 /關(guān)閉模塊， 維護操作模塊和 在并聯(lián)運行模式 下的 調(diào)度 模塊。 該典型模塊的設(shè)計描述如下 ： 外呼叫與 顯示 在電梯中 有兩種類型的呼叫： 外呼叫 和 轎廂內(nèi)呼叫 。 當(dāng)有人 在電梯的控制面板上 按 下 一個按鈕 時，該信號將被注冊并且相應(yīng) 的燈將 被 照亮。 這就是所謂的 外呼叫登記 。 當(dāng)乘客在電梯轎廂內(nèi)按下一個按鈕式，該信號將被注冊 并 且 相應(yīng)的 燈照明。這就是 所 謂的 轎廂內(nèi)呼叫 登記 。 圖 2 顯示了外呼叫上行注冊和顯示的梯形圖。 自鎖原理是用來保證了 呼叫 的連續(xù)顯示。 17 圖 2 外呼上行注冊和顯示 呼叫的集體選擇 這里 是 集體選擇控制規(guī)則的使用。如 在圖 3 顯示 的， ， 和 都是 PLC 的 輔助繼電器。他們 分別 表示了 一到九層的請求 停止 的信號。 輔助繼電器 表示該電梯 運行 的操作信號。 當(dāng)某層有呼叫時 ， 相應(yīng)的樓層 停止信號將 被輸出。當(dāng)電梯由驅(qū)動程序操作 時 ， 外呼叫將 不會被 響應(yīng)，并且 電梯不能通過 乘客要下的 樓 層。 呼 叫 的 取 消 該模塊方案可以使 電梯 響應(yīng) 與當(dāng)前電梯運行方向相同的外呼叫 ， 并且當(dāng) 一個外呼叫被 響應(yīng)了 ，其注冊將被取消。 外呼叫上行的取消的梯形圖如圖 4。 圖 3 組合的呼 叫 18 圖 4 上行呼叫的取消 在 圖 4 中 ，輔助繼電器 標(biāo)志著電梯 向上移動 。當(dāng) 電梯的當(dāng)前運行的方向是向上時， 的 觸頭關(guān) 閉，相反，當(dāng)電梯 的當(dāng)前運行的方向 是向下 時 ， 的觸頭 打開。 至 指 2 到 8 層的內(nèi)呼叫停止信號。 這個方案有兩個功能： 1 當(dāng)電梯下行時能夠使電梯正常的響應(yīng)外呼叫下行，并且當(dāng)一個外呼叫被響應(yīng)了，其 注冊能夠被取消。 2 當(dāng)電梯上行時所經(jīng)過的樓層的外呼叫下行信號不被響應(yīng)并且該信號能被保存。下行 外呼叫和上行外呼叫取消的信號被取消 電梯的方向 電梯可向上或向下移動，這取決于 外呼叫和內(nèi)呼叫 的組合 。下面的圖 5 中的 梯形圖表明電梯將上行。 19 圖 5 電梯的上行 圖 5 表明了當(dāng)相應(yīng)的呼叫樓層高于當(dāng)前的電梯位置時，電梯將上行。這里輔助繼電器 是用作電梯上行的標(biāo)志。當(dāng)電梯正在上行是，上行的燈被照亮，所以 置一。 當(dāng)電梯到達頂層時，上行燈被關(guān)掉，同時定時器開始計時。 秒以后， 置 零，上行顯示關(guān)閉。這里我們用 代替 能夠增加取消的可靠性。 電梯樓層 止 圖 6 的 梯形圖 顯示了 電梯的 樓層 停 職 功能。 正如圖 6 表明， 是 樓層停車信號的標(biāo)志。 是派出由驅(qū)動程序樓 層停 止 信號。 M 是由防火 開關(guān) 發(fā)送 防火信號。 是被迫變速信號。 當(dāng)這些接觸器中的一個動作時，系統(tǒng)將發(fā)送樓層停車信號。 4 最低 等待 時間算法 在電梯 交通 系統(tǒng) 中 ， 通常 有兩種類型的 控制任務(wù) 。 一 個是指揮電梯上下移動，停止或 啟動并打開和關(guān)閉門 的 基本的控制功能。 另一種是控制電梯群 組 。 一 個群 組控制系統(tǒng) 在服務(wù)中 的主要要求 是 不管在轎廂內(nèi)或轎廂外，都應(yīng)該為一個樓的 每個樓層的提供服務(wù)，減少乘客等待電梯花的時間，減少乘客從一層到另一層所花的時間，在給定的時間內(nèi)盡可能的為更多的乘客服務(wù)。 20 圖 6 電梯的樓層?？? 有很多 電梯群組控制的 調(diào)度算法 。 如最近鄰算法 ，該電梯總是服務(wù)于鄰近的隱蔽的需 求。 分區(qū)算法 是 通過分析人 們 要求派遣電梯與 樓層 不 協(xié)調(diào)的 電梯交通系統(tǒng) ； 以及奇偶規(guī)則 是 其中一 個 電梯只服務(wù)于奇數(shù)樓層和 另一個 只服務(wù)于 偶 數(shù)樓層 。 最近鄰算法 把 該電梯空移動到下一個請求 的長度減小到 最小 。它通常有很小的平均等待時間，但是個別的等待時間會 變得很大。 分區(qū)算法通常用于 有 繁忙的情況 的建筑 如在午餐時間 的 辦公樓 。 相較于辦公樓 和 商場， 住宅樓的交通流 量甚至在每個樓層都 相對較低 。 其次，人們 通 常認為 電梯是純功能性對象和 大多數(shù)人 乘坐電梯的 經(jīng)驗就是 等待的時間。 此外，當(dāng)電梯去 試圖滿足所有要求 時就 存在著巨大的問題 。 考慮到上述原因，我們采取了 “ 最小 的等候時間 ”的算法來實現(xiàn) 了 2 組 電梯的并行運行 。 評價函數(shù) 而 “最 小 等候時間 ”算法的目標(biāo) 是根據(jù)所有呼叫去 預(yù)測每個電梯的響應(yīng)時間 ，并選擇具 有 21 最短響應(yīng)時間的電梯 去 服務(wù)。 當(dāng) 有呼叫 時，系統(tǒng) 將 計 根據(jù) 式 (1)和式（ 2）的 評價函數(shù) 去 算出 每個電梯的函數(shù)值： ( ) [ (1 ) , ( 2) , ... , ( ) ]J M in J J J n?? (1) ( ) ( ) ( ) ( )r d OJ i T i K T i K T i? ? ? i=1,2,...n, (2) ()Ji 是每個電梯的評價指標(biāo) 。 ()rTi表明電梯按照相應(yīng)的最近的呼叫從當(dāng)前樓層直接運 動到目的地的時間； ()OTi表明電梯在一個樓層的停止的額外加速和減速時間；()dTi表明乘客上電梯和電梯?？康钠骄鶗r間； K 是外呼叫和內(nèi)呼叫的和；但當(dāng)外呼叫和內(nèi)呼叫的樓層是相同時， K 只計算一次。 最小等待時間的計算 在方程（ 2） 中 ， K 是一 個 定值， OT 和 dT 可 通過 統(tǒng)計方法 的 得到 。 rT =T*L，其中 T 表 示電梯經(jīng)過一層電梯的平均時間。 L表示電梯從當(dāng)前樓層到外呼叫的樓層直接所需要的樓層數(shù)。 為了計算的 L 的 值 ， 我們定義了 2 個 電梯分別是 A 和 B 。 AY , BY 分別表示電梯 A 和電 梯 B 的當(dāng) 前電梯樓 層。 H 是黨一個外呼叫按鈕被按下時的關(guān)鍵值，并且 H 等于外呼叫樓層的層數(shù)。 我們 為 PLC 的實現(xiàn) 定義 了 4 個表：外呼叫上行登記表，外呼叫下行登記表，電梯 A 的 內(nèi)呼叫登記表，電梯 B 的內(nèi)呼叫的登記表。當(dāng)某個呼叫按鈕被按下時，它的樓層的值就被記錄在相應(yīng)的表中。 這里我們以 A 作為一個例子。首先，定義可變值 AM , BM , WM .其中 AM , BM 分別表別 電梯 A 和 B 相同方向的內(nèi)呼叫的極值。 當(dāng)電梯 A 上行時，設(shè) AM 等于在內(nèi)呼叫登記表 A 中的最大值；當(dāng)電梯 A 下行時，設(shè) AM 等于在內(nèi)呼叫登記表 A 中的最小值。 WM 表示和 A 的運動方向相同的內(nèi)呼叫的極值。 22 當(dāng)電梯 A 上行和外呼叫上行值大于等于 AY 時，設(shè) WM =0；否則設(shè) WM 等于在外呼叫上 行登記表 A中的最小值。當(dāng)電梯 A下行和外呼叫上行值小于等于 AY 時，設(shè) WM =0，否則設(shè) WM 等 于在外呼叫下行登記表 A 中的最大值。 所以我們可以根據(jù) AY , H, AM , WM 去判斷 L的值。有三種情況 ： （ 1） 當(dāng)外呼叫的方向與電梯 A 的運動方向相反時： A A AL Y M M H? ? ? ? （ 3） （ 2） 當(dāng)外呼叫的方向與電梯 A 的運動方向相同并且它在電梯 A 的前方時： AL Y H?? （ 4） （ 3） 當(dāng)外呼叫的方向與電梯 A的運動方向相同并且它在電梯 A的后方時： A A A W WL Y M M M H M? ? ? ? ? ? （ 5） 所以 i 層的樓層的最小等待時間可以有下面的公式 6 計算得到： ( ) ( ) ( ) ( )dOT ime i T L i KT i KT i? ? ?i=1,2,...n （ 6） 當(dāng)在電梯運行過程中呼叫變化時，系統(tǒng)計算每個電梯的最小等待時間。然后把當(dāng)前的 呼叫分配給具有最小值的電梯。當(dāng)兩個電梯的值相同時，優(yōu)先將當(dāng)前的呼叫分配給電梯 A。 當(dāng)電梯 出現(xiàn) 錯誤或 不在 服務(wù) 時，系統(tǒng)可以退出調(diào)度算法和轉(zhuǎn)向一 單電梯運行模式。 算法的實現(xiàn) 相對于單電梯運行模式， 并聯(lián)運行模式主要 的 不 同是在對外呼叫的 加工方法 的不同。 前者使用 集體選擇性的控制方法，而后者使用 調(diào) 度規(guī)則結(jié)合集體選擇性控制 方法。 這里的系統(tǒng)是控制一個 9 層的建筑，所以我們 選擇 2 個 西門子 S7 200 的PLC（ CPU226）和其 廣泛的模塊來 分別 控制單個電梯 。并利用 PPI 協(xié)議來 實現(xiàn) 2個 PLC 之間的通信。 PPI 協(xié)議采用主從式通信模式，因此我們定義 電梯 作 A 作 為主電梯和電梯B 作為 從 電梯 。 通過 傳遞信息 ， 2 個 PLC 可以交換 信息 ，例如當(dāng)前的位置， 內(nèi)呼叫或外呼 23 叫的運行和運行方向。 然后通過使用 “最 小 等候時間 ”算法，該系統(tǒng)實現(xiàn)了 2 部電梯 的 優(yōu)化調(diào)度。 圖 7 表示了計算電梯 A 的內(nèi)呼叫的極值的梯形圖。 在圖 7 中， VB121VB130 是每個電梯的相應(yīng)的電梯 A 的內(nèi)呼叫的紀(jì)錄地址， 是電梯 A 的上行燈，并且內(nèi)呼叫的極值保存在 VB120 中。 圖 7 電梯 A的內(nèi)呼叫的極值的計算 在本文中，我們已采用 PLC 改善了舊 的 電梯控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了 2 組 電梯 的控制。 新的控制系統(tǒng)已經(jīng)運行了 1 年，其 運行 情況如下： （ 1） 下行高峰 這種交通狀況出 現(xiàn)在 上午 7 時至上午九時 之間人們出大樓時 。 （ 2） 上行高 峰 這種狀況 出現(xiàn)在 下午五時至晚上七時之間人 們 進入大 樓時 。 （ 3）其他 它涵蓋了每天除了 2 種 上述情況 外， 從 6:00 到 0:00。在這種情況下，只有一個電梯運行。 24 結(jié)果是通過對收集 在 表 3 和 表 4 中的 一個平均 等待 時間和最大等待時間（秒考慮 在內(nèi) ） 陳述 的。 表 3 平均和最大等候時間（改 進 前） 平均 最大 下行高峰 上行高峰 其他 表 4 平均和最大等待時間（改進后） 平均 最大 下行高峰 上行高峰 其他 由于改 進 前的非平行運行，所以 下行高峰和上行高峰的 平均等候時間 和 最大等待時間 比改進后的時間長很多 。 實踐結(jié)果表明，改進 后 的控制系統(tǒng)性能更好。