【正文】 e lift to reach a more satisfactory control effect. In this paper, the design of the elevator by the elevator when pared with the traditional, in the run with good fort, in life can save energy, and achieved good economic and social benefits to achieve the desired purpose. The elevator control system has a mean layer, the Office of calls to the layer selected, manual and automatic functions with a set of features to control the election. In introducing the basic structure of the lift on the basis of the depth analysis of the working principle of the elevator, on the merits and characteristics of PLC, the focus of an analysis of the lift hardware design and software design, research and PLC based control system designed to lift the achievement of the program, Finally, the study of this thesis are summarized and prospects.Keywords elevator Fuzzy algorithm PLC control Simulation第1章 緒論在現(xiàn)代社會(huì)和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中，電梯不僅是代步的工具，也是城市物質(zhì)文明的一種標(biāo)志。信息化時(shí)代的到來，推動(dòng)了智能建筑的發(fā)展，人們對(duì)電梯的服務(wù)質(zhì)量也提出了越來越高的要求。所謂電梯群控系統(tǒng)是指將建筑物中的多部電梯根據(jù)大樓的功能及樓層人口分布狀況組成梯群，由微機(jī)控制系統(tǒng)統(tǒng)一管理電梯群的召喚和指令信號(hào)，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的優(yōu)化目標(biāo)和建筑物中的實(shí)際交通狀況產(chǎn)生最優(yōu)派梯決策的控制系統(tǒng)。人工智能的出現(xiàn)使人們?cè)谘芯糠较蛏献龀隽艘欢ǖ霓D(zhuǎn)變，從過去研究電梯交通系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)特性到如今更多地利用人工智能技術(shù)來研究電梯交通系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，其目的是更好地提高電梯群控系統(tǒng)的運(yùn)行效率。但在電梯群控方面，仍有許多理論及技術(shù)問題急待解決，因此開展電梯群控算法研究具有重要的理論意義和實(shí)際意義，這對(duì)于電梯群控系統(tǒng)性能是十分必要的，同時(shí)也可以改變我國目前電梯技術(shù)主要依賴于進(jìn)口的不利局面。人工智能的出現(xiàn)，使人們?cè)谘芯糠较蛏献龀隽艘欢ǖ霓D(zhuǎn)變：從過去研究電梯交通系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)特性到如今更多地利用人工智能技術(shù)來研究電梯交通系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。 電梯群控系統(tǒng)的起源隨著高層建筑的出現(xiàn)和建筑面積的擴(kuò)大，需要并排設(shè)置幾臺(tái)電梯，以完成大樓內(nèi)的垂直運(yùn)輸任務(wù)，這樣便存在著電梯相互聯(lián)結(jié)的問題。在這樣的系統(tǒng)中，廳層召喚按鈕對(duì)所有并聯(lián)電梯來說是共有的，監(jiān)控系統(tǒng)確定梯群中哪一臺(tái)電梯去應(yīng)答廳層召喚信號(hào)。簡單的兩臺(tái)電梯組成的梯群，粗略的分區(qū)是兩臺(tái)電梯分別服務(wù)于交替的樓層。靜態(tài)分區(qū)時(shí)，一定數(shù)目的廳層組合在一起構(gòu)成一個(gè)區(qū)域；也可將相鄰的上行廳層召喚安排到若干向上需求領(lǐng)域，相鄰的下行廳層召喚安排到若干獨(dú)立的向下需求區(qū)域，由此定義方向區(qū)域。動(dòng)態(tài)分區(qū)是在正常的電梯運(yùn)行期間定義的，按事先定義好的規(guī)則產(chǎn)生新的分區(qū)，并且是不斷連續(xù)變化的。動(dòng)態(tài)分區(qū)的算法比較復(fù)雜，因此主要以靜態(tài)分區(qū)法為主。隨著集成電路的發(fā)展和應(yīng)用，1970年以后，廳層呼叫分配系統(tǒng)開始發(fā)展起來。這就把群控系統(tǒng)和單臺(tái)電梯控制器簡單地聯(lián)系在一起，提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和服務(wù)質(zhì)量。它在后來的十幾年里非常流行，目前國內(nèi)的部分群控電梯使用這種系統(tǒng)。最初時(shí)使用繼電器，接著集成電路的應(yīng)用使系統(tǒng)更完善，直到今日發(fā)展成為應(yīng)用計(jì)算機(jī)的現(xiàn)代化電梯群控階段。交通模式分為上行高峰期、下行高峰期、非高峰期等，控制方式采用時(shí)間間隔控制。這種系統(tǒng)的缺點(diǎn)是硬件復(fù)雜、可靠性低、維修困難、效率低、不能進(jìn)行較復(fù)雜的邏輯推理。現(xiàn)代電梯群控系統(tǒng)的第二代是1982年至1988年，這一代群控系統(tǒng)取得較大發(fā)展。這一功能提高了對(duì)電梯群運(yùn)行狀態(tài)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率，減小了長候梯發(fā)生率。當(dāng)呼梯信號(hào)發(fā)生后，電梯群控系統(tǒng)根據(jù)交通情況和梯群的狀態(tài)，對(duì)每個(gè)轎廂的多個(gè)性能指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，從中選出最適合的轎廂去響應(yīng)呼梯信號(hào)。這主要?dú)w功于對(duì)交通需要的學(xué)習(xí)功能和綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)系統(tǒng)。人工智能技術(shù)作為二十世紀(jì)的新興技術(shù)，已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域取得顯著成就，對(duì)解決復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題比傳統(tǒng)的控制方法有著無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。 國內(nèi)外電梯群控算法的研究現(xiàn)狀早在1949年，紐約聯(lián)合國大廈首次使用繼電器邏輯組成的電梯群控系統(tǒng)，經(jīng)歷了由當(dāng)初的預(yù)選控制到后來的分區(qū)控制。同時(shí)國際上各大電梯公司相繼推出了與自己群控系統(tǒng)相適應(yīng)的控制算法。近幾年我國在這方面的工作主要表現(xiàn)在引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)和產(chǎn)品上，在此基礎(chǔ)上力爭(zhēng)推出自己的產(chǎn)品。因此國內(nèi)這方面的研究仍落后于國外，有待進(jìn)一步趕上。電梯群控系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)已有三十多年，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了人工智能技術(shù)在電梯群控系統(tǒng)中的應(yīng)用。這些綜合因素包括乘客心理因素以及環(huán)境因素等，對(duì)應(yīng)到乘客候梯時(shí)間、乘客乘梯時(shí)間、擁擠度和能耗等優(yōu)化目標(biāo)，因此群控系統(tǒng)的作用是對(duì)多元目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化控制。 專家系統(tǒng)的應(yīng)用在電梯控制中，電梯群控系統(tǒng)的特性不能完全用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行精確描述，控制經(jīng)驗(yàn)就顯得十分重要，因此專家知識(shí)對(duì)電梯群控系統(tǒng)的性能具有很大作用。專家系統(tǒng)的功能就是有效地將一些電梯專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)直接融合到系統(tǒng)的派梯優(yōu)化過程中，從而對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生積極影響。 模糊控制的應(yīng)用模糊控制建立在人類思維模糊性的基礎(chǔ)上，是目前控制領(lǐng)域所采用的控制方法中最有實(shí)際意義的智能控制方法之一。實(shí)際中經(jīng)常根據(jù)群控原則來響應(yīng)廳層召喚，而群控原則大多是一些模糊概念，例如乘客候梯時(shí)間的長短、廳層客流量的大小、轎廂內(nèi)乘客人數(shù)的多少以及電梯響應(yīng)召喚的快慢等，這些模糊概念難以用明確的數(shù)量界限定義，也難以用普通的邏輯規(guī)則綜合考慮，這時(shí)就可以采用模糊數(shù)學(xué)中的隸屬函數(shù)將復(fù)雜的模糊問題轉(zhuǎn)化為簡單清晰的形式求解。為了使電梯系統(tǒng)得到最優(yōu)配置，該系統(tǒng)根據(jù)電梯交通狀態(tài)和運(yùn)行情況，利用30多種不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)完成了多級(jí)決策。 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用從1994年起，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被引入電梯群控系統(tǒng)，用于描述電梯群控系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。帶有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電梯群控系統(tǒng)克服了模糊群控系統(tǒng)無自學(xué)習(xí)能力的缺點(diǎn)，能靈活應(yīng)付建筑物中變化的交通流，對(duì)誤差進(jìn)行校正。遺傳算法應(yīng)用于電梯系統(tǒng)始于FI—340G，于1993年推出新產(chǎn)品。由于遺傳算法的搜索求解過程時(shí)間較長，因此如何在電梯群控實(shí)時(shí)控制環(huán)境中進(jìn)行應(yīng)用還存在一定的難度，這就需要對(duì)編碼、遺傳操作以及搜索停止條件等問題進(jìn)行合理安排，才能獲得較為理想的結(jié)果。安裝在一起的多臺(tái)電梯要求單臺(tái)電梯的控制系統(tǒng)相互聯(lián)動(dòng)，且具有監(jiān)控系統(tǒng)。對(duì)于電梯群的協(xié)調(diào)調(diào)度，要根據(jù)轎廂內(nèi)的人數(shù)、上下方向的停站次數(shù)、層站及轎廂內(nèi)的呼梯信號(hào)以及轎廂所在位置等因素來分析實(shí)時(shí)客流的變化情況，自動(dòng)選擇最適合客流的情況的輸送方式。電梯群控系統(tǒng)是通過對(duì)電梯群的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與分析，再根據(jù)不同的實(shí)際情況對(duì)各電梯進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度和合理分配，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電梯系統(tǒng)對(duì)乘客的服務(wù)質(zhì)量和服務(wù)效率的改善和提高的目標(biāo)。項(xiàng)目目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)電梯控制系統(tǒng)的分布式微機(jī)控制并為小區(qū)監(jiān)控做好準(zhǔn)備。電梯群控的最主要目的是提高對(duì)乘客的服務(wù)質(zhì)量和降低系統(tǒng)的能耗，故群控的控制目標(biāo)為多目標(biāo)，主要有：(l)平均等候時(shí)間要短：平均等候時(shí)間為所有乘客的侯梯時(shí)間和乘梯時(shí)間的平均量。(2)長時(shí)等待率要低：長時(shí)等待率為在一定時(shí)間內(nèi)等待時(shí)間超過1分鐘的乘客占總乘客的百分比。當(dāng)?shù)却龝r(shí)間超過1分鐘時(shí)，乘客的心理煩躁程度急劇上升，所以應(yīng)盡量減少長時(shí)等待的發(fā)生。電梯群控系統(tǒng)要節(jié)能則要合理安排和調(diào)度電梯群對(duì)呼梯信號(hào)的響應(yīng)，盡量減少電梯系統(tǒng)不必要的起停次數(shù)。現(xiàn)今國內(nèi)的多臺(tái)電梯控制水平還不理想，有待進(jìn)一步發(fā)展，存在不少問題需要進(jìn)一步研究：(l)國內(nèi)使用的先進(jìn)的電梯群控系統(tǒng)大多數(shù)都是國外電梯公司制造的，或由國外電梯公司提供其控制系統(tǒng)部分，而國內(nèi)自主版權(quán)的控制方法和技術(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用極少。盡快學(xué)習(xí)和掌握這些先進(jìn)的控制技術(shù)，對(duì)國內(nèi)電梯工業(yè)以及其它行業(yè)的發(fā)展會(huì)有極大的促進(jìn)作用。例如如何把更先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用于電梯群控之中，以進(jìn)一步提高現(xiàn)有電梯系統(tǒng)的運(yùn)行效率，滿足乘客的需求，仍需要進(jìn)一步探索和研究。(2)對(duì)電梯群控系統(tǒng)調(diào)度算法的確定進(jìn)行了詳細(xì)研究，并對(duì)交通模式的具體實(shí)現(xiàn)過程做了定量分析。(4)應(yīng)用了PLC的梯形圖編程和step 7進(jìn)行仿真。 電梯群控系統(tǒng)的特性電梯群控系統(tǒng)是多臺(tái)電梯的調(diào)度問題，但是它又有自己的特點(diǎn)，是一個(gè)復(fù)雜的調(diào)度問題。 多目標(biāo)性電梯群控系統(tǒng)是用來管理多臺(tái)電梯并對(duì)建筑物內(nèi)所有乘客提供服務(wù)的系統(tǒng)，它所包含的事件在時(shí)間和空間上都是離散的，其控制目標(biāo)體現(xiàn)在服務(wù)質(zhì)量、服務(wù)數(shù)量和節(jié)能三方面。平均候梯時(shí)間是指所有候梯時(shí)間的平均值。(2)長候梯率要求低：長候梯時(shí)間一般是指候梯時(shí)間超過1分鐘的候梯時(shí)間。統(tǒng)計(jì)表明，乘客的心理煩躁程度是與候梯時(shí)間的平方成正比的，當(dāng)候梯時(shí)間超過60秒即所謂長候梯時(shí)，其心理煩躁程度急劇上升，所以應(yīng)盡量減少長候梯的發(fā)生。如最初的電動(dòng)機(jī)一發(fā)電機(jī)組能耗比較大，效率較低。所以電梯群控系統(tǒng)節(jié)能主要依靠群控系統(tǒng)合理地安排與調(diào)度梯群對(duì)呼梯信號(hào)的響應(yīng)，盡量減少起停次數(shù)，同時(shí)起停次數(shù)的減少也會(huì)延長梯群的整體壽命。乘客乘梯時(shí)間的增長往往會(huì)使乘客感覺不舒服、煩躁。(5)乘坐電梯的舒適度要求高：舒適度主要是指轎廂內(nèi)擁擠度以及乘坐環(huán)境。以上幾點(diǎn)是系統(tǒng)的主要性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，可知電梯群控系統(tǒng)是一個(gè)多目標(biāo)控制系統(tǒng)，而且各個(gè)目標(biāo)之間是相互矛盾的。平均候梯時(shí)間短則會(huì)使長時(shí)候梯發(fā)生率高。這些不確定性的存在給群控系統(tǒng)確定交通模式，預(yù)測(cè)轎廂到達(dá)目的層時(shí)間等造成極大的障礙，使系統(tǒng)不能對(duì)某一特定情況給出最優(yōu)控制。(2)所能分配的轎廂數(shù)目是有限的，受系統(tǒng)所有轎廂數(shù)目限制。(4)轎廂會(huì)在運(yùn)行中頻繁改變方向。這會(huì)導(dǎo)致對(duì)轎廂內(nèi)擁擠度和對(duì)候梯時(shí)間的預(yù)測(cè)不準(zhǔn)確，增加系統(tǒng)控制的難點(diǎn)。(3)乘客進(jìn)入轎廂前，其目的層是不可知的。綜上所述，電梯群控系統(tǒng)具有多目標(biāo)性、非線性、不確定性、擾動(dòng)性和信息的不完備性等特點(diǎn)。如何更好地響應(yīng)廳層呼叫和處理轎廂內(nèi)選信號(hào)，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率和效益是需要解決的重要問題。一個(gè)高效的電梯群控系統(tǒng)應(yīng)以最少的電梯數(shù)目應(yīng)付最大的交通客流量，而且要具有良好的用戶管理功能。(2)盡量減少乘客的長候梯幾率，即盡量避免產(chǎn)生長時(shí)間的候梯過程。(4)電梯運(yùn)行時(shí)要滿足人體的生理適應(yīng)性，使乘客感覺舒適，加速和減速要平穩(wěn)，一般應(yīng)使加速度不大于2 s。(6)選擇能源消耗最少的方式，盡量降低能耗。在考慮單梯運(yùn)行舒適、安全的前提下，運(yùn)用先進(jìn)的控制方法和策略，如：模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)和遺傳算法等人工智能控制方法，以保證系統(tǒng)具有最佳的性能。因此，選擇一個(gè)較客觀合理的系統(tǒng)性能指標(biāo)用以估計(jì)控制器所產(chǎn)生的效果就顯得尤為重要。 運(yùn)行距離s： 指電梯的當(dāng)前位置到外呼信號(hào)的位置的距離。 候梯時(shí)間t： 指從外呼信號(hào)發(fā)出到電梯到達(dá)的時(shí)間，那么侯梯時(shí)間t 乘梯時(shí)間：指電梯當(dāng)前層到到達(dá)目的層的時(shí)間，那么乘梯時(shí)間 平均乘梯時(shí)間：指插入一個(gè)外呼信號(hào)后電梯的目的信號(hào)中比插入的外呼信號(hào)高的信號(hào)的乘梯時(shí)間的平均值。 長侯梯率L：指在電梯已響應(yīng)的信號(hào)中侯梯時(shí)間超過60s的信號(hào)的比率。BP網(wǎng)絡(luò)是目前應(yīng)用最為廣泛一種網(wǎng)絡(luò)模型，通常BP算法是通過一些學(xué)習(xí)規(guī)則來調(diào)整神經(jīng)元之間的連接值，學(xué)習(xí)的規(guī)則和網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不變。合理的選擇網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以加快了網(wǎng)絡(luò)的收斂速度，改善了學(xué)習(xí)速率和網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)能力。如果把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)看成輸入到輸出的映射產(chǎn):，則這個(gè)映射是一個(gè)高度非線性映射。但是在隱層和輸出層之間的激活函數(shù)可以是線性的。它是目前求解前饋網(wǎng)絡(luò)中使用得最多的一個(gè)算法，具有堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，推導(dǎo)過程嚴(yán)謹(jǐn)，所得到的公式形式對(duì)稱優(yōu)美，通用性好。多層前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有如下特點(diǎn):(l)能夠以任意精度逼近任何非線性影射，給復(fù)雜系統(tǒng)的建模帶來了一種新的非線性的表達(dá)工具。(3)它可以學(xué)習(xí)和自適應(yīng)未知信息，如果系統(tǒng)發(fā)生了變化可通過修改網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接值而改變控制效果。 整體的控制系統(tǒng)圖 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊 模糊集合和模糊規(guī)則的確定因?yàn)槌颂轁M意度只和乘梯時(shí)間和擁擠度有關(guān)。他們之間的模糊規(guī)則表如下所示乘梯滿意度乘梯時(shí)間擁擠度短中長低很滿意很滿意一般中很滿意一般不滿意高一般不滿意不滿意因?yàn)楹钐轁M意度只和侯梯時(shí)間和長侯梯率有關(guān)。他們之間的模糊規(guī)則如下表所示：侯梯滿意度侯梯時(shí)間長侯梯率短中長低很滿意很滿意一般中很滿意一般不滿意高一般不滿意不滿意因?yàn)槟芎臐M意度只和啟停次數(shù)和運(yùn)行距離有關(guān)，我們把啟停次數(shù)化分為（少、中、多） 運(yùn)行距離劃分為（短、中、長） 能耗分為（低、中、高）他們之間的模糊規(guī)則如下表所示：能耗滿意度運(yùn)行距離啟停次數(shù)短中長少很滿意很滿意一般中很滿意一般不滿意多一般不滿意不滿意 模糊隸屬函數(shù)的確定我們根據(jù)實(shí)際情況選取高斯隸屬函數(shù)他們分別如下1 乘梯時(shí)間的隸屬函數(shù)2 侯梯時(shí)間的隸屬函數(shù)3 擁擠度的隸屬函數(shù) 4 長侯梯率的隸屬函數(shù)5 啟停次數(shù)的隸屬函數(shù)6 運(yùn)行距離的隸屬函數(shù)7 乘梯滿意度