基于最小等待时间的电梯群控调度算法研究与仿真

摘 要 针对电梯的安全运行及高效调度需求，本文以西门子S7-1200PLC为控制器，对多台电梯群控调度系统算法进行研究。以乘客等待时间最短，乘梯时间最短为前提;电梯运行距离最短，能耗最低为基础;电梯在早中晚高峰时，接送乘客数最多为目标;完成电梯群控调度系统设计。通过电梯模型仿真，证明算法有效。

关键词 电梯群控;调度算法;最小等待时间;PLC

随着社会的发展与进步，电梯在人们生活中随处可见，人们对于电梯的依赖程度也越来越大。特别是在宾馆、商场、医院、高层住宅等建筑中，电梯已经成为其重要的组成部分。如何使电梯高效服务于人类，多台电梯群控调度研究很有必要。

本文以六部十层电梯群控调度算法为载体进行研究，以乘客的候梯时间与乘梯时间最短，提升乘客乘梯舒适度，电梯运行距离最短，降低能耗，在乘梯高峰时间，接送乘客最多，从而提高电梯的运输效率，提升电梯群的服务质量。

1系统分析

1.1 电梯模型

电梯三维模型主要包括：电梯整体（包括轿厢、电机、限位开关等）、各个楼层按钮（上下行呼梯按钮及指示灯等）、电梯内部设备（轿厢开关门按钮、轿厢选层按钮及指示灯等）。电梯模型采用6部十层结构。

1.2 设备选型

本系统选用西门子S7-1200 DC/DC/DC系列PLC 作为控制器， 被控对象为电梯仿真模型。在整个控制系统中，工控机与PLC，电脑直接通过以太网连接，通过以太网相连，实施自动控制。

1.3 用户模型

用户模型指软件系统将模拟各楼层出现的用户数量以及每位用户对电梯的操作行为，如每一名用户按下期望到达的目标楼层按钮。用户行为模型可以模拟现实情况下大量用户使用电梯时的具体用例，从而观察PLC所控制的电梯的行为是否符合要求[1]。

2乘梯最小等待時间算法

本文研究的群控调度方法为乘梯最小等待时间调度方法。即当有外呼梯信号时，在考虑先按定向，同向响应，顺向截梯，最远端反向截梯后，通过预估计算电梯当前所在楼层至电梯到达外呼目标楼层所需的时间，时间最短的电梯去响应召唤。

2.1 呼梯距离算法

（1）电梯运行方向与呼叫方向相同，且呼叫楼层在电梯运行前方时，呼梯距离=ABS（IN2-IN3）。

（2）电梯运行方向与呼叫方向相同，且呼叫楼层在电梯运行后方，呼梯距离= ABS（IN2-IN4）+ABS（IN1-IN4）+ABS（IN1-IN3）。

（3）电梯运行方向与呼叫方向相反，呼梯距离=ABS（IN2-IN1（或IN4））+ABS（IN1（或IN4）-IN3）。

（4） 电梯没有运行方向时，呼梯距离=ABS（IN2-IN3）。

其中变量：IN1电梯向上楼层最大值，IN2电梯当前所在楼层，IN3外呼楼层，IN4电梯向下楼层最小值。

2.2 呼梯中间停靠次数算法

（1） 电梯运行方向与呼叫方向相同，且呼叫楼层在电梯运行前方时，则电梯所在楼层和呼梯楼层 之间有停梯需求时，则通过累加器累计中间停靠次数。

（2）电梯运行方向与呼叫方向相同，且呼叫楼层在电梯运行后方时，则电梯所在楼层和向上最大楼层间有停梯需求，和向上最大楼层与向下最小楼层间有停梯需求，外呼楼层和向下最小楼层间有停梯需求进行累加，得出中间停靠次数。

（3）电梯运行方向与呼叫方向相反时，则电梯所在楼层和向上最大楼层（或向下最小楼层）间有停梯需求，外呼楼层和向上最大楼层（或向下最小楼层）间有停梯需求进行累加，得出中间停靠次数。

（4）电梯没有运行方向时，则中间停靠次数为0。

2.3 等待时间算法

通过预估电梯每行驶一层所花的时间，每停靠一层，包括开关门所花的时间，可以预估得出电梯到达乘客呼梯楼层所需时间值，即乘客等待时间值。

等待时间值=呼梯距离*5S+中间停靠次数*14S

最小等待时间即取各梯到达呼梯楼层预估时间的最小值。

在该群控系统中，每台电梯均采用优先响应同一运行方向上的呼梯信号的运行策略，即电梯在运行过程中可以应答同一方向所有层站呼梯信号和轿厢内的选层指令信号，并自动在这些信号指定的层站平层停靠。外呼信号则由调度模块进行电梯分配[2]。

3电梯调度

3.1 外呼信号登记

当有外呼信号或者外呼信号指示灯显亮时，说明该楼层有乘梯需求，将该需求进行登记。

3.2 电梯派发

对每梯到达登记的外呼请求楼层时间估算，最小等待时间且不满载情况下最优派发。并将该外呼信号存储在最优派发电梯下，然后本扫描周期内需求登记取消。

最小等待时间=T（min）（1梯到达外呼时间t1，2梯到达外呼时间t2，3梯到达外呼时间t3，4梯到达外呼时间t4，5梯到达外呼时间t5，6梯到达外呼时间t6）。

3.3 外呼信号消除

当电梯到停靠请求楼层，并且运行方向与外呼方向一致时，轿厢门锁打开，外呼信号消除，外呼指示灯熄灭[3]。

4系统仿真运行分析

依托电梯仿真平台，进行了六部十层电梯群控系统最小等待时间调度算法仿真运行。由于客流的随机性，得到的指标值会有所不同，平均候梯时间约为25.01S;运行乘客数与总乘客数比值为215/220。

5结束语

从仿真数据可以得出如下结论： 该算法综合考虑了乘客候梯时间、运行效率以及安全运行等指标，较好地兼顾了电梯的服务质量和系统能耗，在规定时间内，完成了接送乘客数量目标。运用FC块的调用使程序设计简单明了，对于电梯群控的全局性问题具有重要的参考意义。

参考文献

[1] 于欣韵.电梯群的优化控制研究[D].成都：西南交通大学，2010.

[2] 薛旭璐，张莉，高晴，等.基于最短距离的电梯群控改进算法研究[J].测控技术，2018，37（11）：138-143.

[3] 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）：132-133.

作者简介

任琪（1975-），女，湖南衡阳人;学历：硕士，职称：副教授，现就职单位：长沙民政职业技术学院电子信息工程学院，研究方向：自动控制理论、PLC技术。