一种具有优化调度的电梯群控系统的制作方法
本发明涉及电梯领域，具体涉及一种具有优化调度的电梯群控系统。
背景技术：
最近十几年以来，随着我国经济的飞速发展，人民生活水平的迅速提高，人们身边的大楼越盖越多，这些大楼内部的交通方式变得越发复杂。电梯作为大楼内最主要的垂直运行的交通工具，与人们的关系越来越模切，有时候一座大楼仅仅用一部电梯来维持远远不够，往往需要一部甚至几部电梯来服务。为了提高高层建筑的客流转移速度，又必须满足乘客需求等一系列条件，比如等待电梯的时间尽可能少，对于资金能源方面又希望运转时耗能减少。
技术实现要素：
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种具有优化调度的电梯群控系统，详见下文阐述。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：一种具有优化调度的电梯群控系统，其包括井道部分、机房部分、门厅部分以及云平台，井道部分包括平衡配重、轿厢、内招控制板、传感器、图像识别装置、导向机构、安全防护设备、缓冲器，机房部分包括牵引机、限速器、总控制台、电源、牵引机编码器、牵引机驱动系统，门厅部分包括电梯门装置、外招控制板，牵引机通过缆绳牵引平衡配重和轿厢，轿厢通过随行电缆与总控制台连接，电梯门装置、外招控制板通过通讯总线与总控制台连接，总控制台通过驱动系统对牵引机实现控制，传感器和图像识别装置安装在轿厢内，云平台通过通信装置与总控制台连接，云平台制定运行策略，通过总控台实现对电梯的运行控制，
总控制台具有目的层预约功能，实现对m台电梯在n楼层之间的群控调度，协调每台电梯的运行，总控制台的逻辑控制部分接收楼层请求、超载信号、关门中断、警报清除信号进行处理后，向拖动控制部分发送指令进行电梯运行操作、电梯门操作、向附属控制部分发送指令进行安全防护和电梯门控制，
外招控制板、内招控制板、总控制台的控制板通过can通信相连，数据传输，外招控制板发送呼梯信号，分布在各个楼层，显示有上下行按钮和/或楼层按钮，在电梯到达的楼层范围内，最底层只有向上的按钮，最高层只有向下的按钮，通过楼层按钮向总控制台的控制板发送呼梯楼层的地址码，实时记录乘客的起始楼层、目标方向和/或目标楼层；内招控制板用来采集并发送乘客的目标楼层信号，包含输入、输出和通讯子端，每个轿厢只安装一个，显示板上有选择楼层按钮、人工开关门按钮和信号铃等，设有对讲装置，当有乘客被困在轿厢内，利用对讲装置与总控制台通话，报告当前电梯故障情况；总控制台的控制板利用内置的调度算法实现最优化的轿厢调度。
其中，调度的具体过程如下：
步骤1，初始化状态；
步骤2，循环扫描呼梯请求，判断是否存在未分配的请求，如果存在则进入步骤3，否则继续循环扫描呼梯请求；
步骤3，获取各个电梯的状态；
步骤4，计算各项性能指标；
步骤5，交通模式分类；
步骤6，权值分配；
步骤7，建立综合评价指标函数，计算各个电梯的综合评价指标，选择具有最优综合评价指标的电梯响应呼梯请求，生成派梯调度方案。
有益效果在于：
1、本发明的电梯群控系统以最优的方式达到乘客的呼梯效果来提高运输效率，从而达到减少乘客等待时间，提高电梯性能的目的。电梯群控系统运行过程很简单也很复杂，一般先要搜集大量的原始数据，如乘客数量、早高峰和晚高峰时间段、电梯各个时段的运行状态等，这就是所谓的电梯调度的输入信号，再由各个种类的交通模式，采取与其相适应的算法输入到电梯控制器中。
2、使用节能系统有效利用牵引机的多余动能，实现了电梯制动电能的反馈.极大的降低了能耗；
3、电梯门电机的曲线运行的开关门方式，使电梯门开关既高效又安全稳定，电梯门电机可以在任何不同门宽的情况下调整门宽数据，为电梯门机的曲线运行提供参数保证；
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的立体结构示意图；
图2是本发明的电梯门电机系统简化图；
图3是本发明的门机控制器的硬件结构图；
图4是本发明的节能系统构成图；
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
一种具有优化调度的电梯群控系统，其包括井道部分、机房部分、门厅部分以及云平台，井道部分包括平衡配重、轿厢、内招控制板、传感器、图像识别装置、导向机构、安全防护设备、缓冲器，机房部分包括牵引机、限速器、总控制台、电源、牵引机编码器、牵引机驱动系统，门厅部分包括电梯门装置、外招控制板，牵引机通过缆绳牵引平衡配重和轿厢，轿厢通过随行电缆与总控制台连接，电梯门装置、外招控制板通过通讯总线与总控制台连接，总控制台通过驱动系统对牵引机实现控制，传感器和图像识别装置安装在轿厢内，云平台通过通信装置与总控制台连接，云平台制定运行策略，通过总控台实现对电梯的运行控制，
总控制台具有目的层预约功能，实现对m台电梯在n楼层之间的群控调度，协调每台电梯的运行，总控制台的逻辑控制部分接收楼层请求、超载信号、关门中断、警报清除信号进行处理后，向拖动控制部分发送指令进行电梯运行操作、电梯门操作、向附属控制部分发送指令进行安全防护和电梯门控制，
外招控制板、内招控制板、总控制台的控制板通过can通信相连，数据传输，外招控制板发送呼梯信号，分布在各个楼层，显示有上下行按钮和/或楼层按钮，在电梯到达的楼层范围内，最底层只有向上的按钮，最高层只有向下的按钮，通过楼层按钮向总控制台的控制板发送呼梯楼层的地址码，实时记录乘客的起始楼层、目标方向和/或目标楼层；内招控制板用来采集并发送乘客的目标楼层信号，包含输入、输出和通讯子端，每个轿厢只安装一个，显示板上有选择楼层按钮、人工开关门按钮和信号铃等，设有对讲装置，当有乘客被困在轿厢内，利用对讲装置与总控制台通话，报告当前电梯故障情况；总控制台的控制板利用内置的调度算法实现最优化的轿厢调度。
其中，调度的具体过程如下：
步骤1，初始化状态；
步骤2，循环扫描呼梯请求，判断是否存在未分配的请求，如果存在则进入步骤3，否则继续循环扫描呼梯请求；
步骤3，获取各个电梯的状态；
步骤4，计算各项性能指标；
步骤5，交通模式分类；
步骤6，权值分配；
步骤7，建立综合评价指标函数，计算各个电梯的综合评价指标，选择具有最优综合评价指标的电梯响应呼梯请求，生成派梯调度方案。
其中，步骤4具体为：性能指标包括候梯时间、乘梯时间、电梯能源消耗量、电梯轿厢拥挤度；
(1)候梯时间为电梯ej完成所有任务所需总时间为fhf(ej)，结合单梯运行规则，
fhf(ej)＝(|p2-p1|+|p3-p2|+|p4-p3|)×tv+ns×ts+np×tp
响应新到来的指令信号所需时间fht(ej)为：
其中，tv表示单层运行时间；ns为所需停靠的楼层总数；ts表示单层停留时间，其中包含加减速用时与开关门用时；np表示进出轿厢的乘客总数；tp表示每位乘客的平均转移时间，单位乘客的转移时间根据经验可选为1.2s；pnew为新产生的服务请求，在产生新的指令信号后将该信号依次分配给m个电梯，分别计算出每个电梯的预计候梯时间fhf(ej)，
其中，p1指向电梯当前所在楼层，p2指向轿厢保持当前行驶方向所服务的最远楼层，p3指向反向行驶所服务的最远位置，p4指向经过两次反向运行后仍未响应召唤的楼层。
(2)乘梯时间是指乘客乘梯之后电梯关门完毕之后开始计时，电梯经过若干次的启动加速、匀速运行、制动减速过程之后在目的层停稳开门的时间，乘客进入电梯ej后直到到达目的层所经历的乘梯时间fct(ej)为：
fct(ej)＝|fnew-f′new|×tv+ncts×ts+np×tp，
其中，ncts为乘客进入电梯开始到抵达目的层为止所需停靠的次数，fnew为新产生的乘客起始楼层位置，f′new为新产生的乘客目的楼层位置，其计算范围为(fi-f′i)dj＞0且(fnew-f′new)dj＞0，取值为：
fi表示乘客的起始楼层位置，f′i表示乘客的目的楼层位置，dj为轿厢当前运行方向，取正时表示上行方向，取负时表示下行方向，fk为第k层停靠指令，即第k层是否需要停靠，
(3)电梯能源消耗量fxh(ej)为除去在电梯运行过程中由起始层到目的层所需要的必要动能外在电梯启动加速和停车减速阶段电梯能源的消耗，用电梯完成当前所有任务所需的停靠次数代表，计算方式如下：
(4)电梯轿厢拥挤度。轿厢拥挤度对乘客心理舒适度有很大的关联，同时也对电梯停靠次数、乘梯时间有一定影响，将轿厢拥挤度控制在一定范围内也是群控系统做出派梯策略的重要指标。
轿厢拥挤度表示电梯在运行至该呼叫层时轿厢内乘客数量的比例。按照正常乘梯流程，乘客仅进入运行方向与需求方向相一致的电梯，即乘客进入电梯时轿厢内的人数是乘坐方向一致，且目的层位于该乘客行进区间内的较早乘客人数之和，
轿厢拥挤度fyj(ej)，对符合条件(fi-f′i)(fnew-f′new)＞0的乘客进行计算：
其中，nf为轿厢额定承载人数。
其中，步骤4具体为：当选取不同权重的评价因子时，根据之前的隶属函数的选择原则，对该群控系统的派梯结构进行分析；
其中，步骤5具体为：不断对乘客人数、起始层数、目的层数等数据的采集，通过这些信息进行分析得出相应的特征量，每隔一段时间周期(5分钟)即对当前交通流进行一次交通模式识别，
基于模糊逻辑算法对交通模式进行判断，对客流交通类型进行判断，输入电梯人数百分率、乘客离开电梯的百分率、楼层交通的乘客百分率等；输入交通类型和交通强度两个变量，识别分析主流交通模式类型下的交通模式；
对电梯运行的交通模式分为了12类
其中，步骤6具体为：在不同种类的交通模式下，四个评价指标的权重值是不相同的，权重值是由专家或者技术人员经过大量试验之后给出的，不同交通模式下权重系数为
其中，步骤7具体为：将四个评价指标进行融合得到电梯调度综合评价指标，对四个指标进行线性加权组合是常用的融合方法，其权重系数可根据不同的交通模式、不同的楼宇需求进行设置以达到不同的调度效果，综合评价指标f(ej)为：
通过比较各个电梯ej的综合评价指标，选择最小值作为响应信号的电梯，即
ej＝min{f(e1)，f(e2)，......，f(em)}。
总控制台的电路硬件包括：主dsp，从dsp，fpga，电源管理电路，信号隔离输入端，通信接口，信号调理器，pg模块，h态缓冲模块，继电器。
其中，主dsp，从dsp，fpga分别对应实现了逻辑控制部分、拖动控制部分和附属控制部分三个功能部分，
主dsp与总控制台的其他模块进行数据交换，其他模块间接或者直接地受控于主dsp，主dsp通过can接收外招控制板的外招指令和内招控制板的内招指令，获取随行电缆的电梯控制信号，经过综合判断决策形成正态速度曲线，实时更新牵引机速度信号，并号传递给从dsp，完成牵引机速度位置的控制，主dsp监控电梯门开关口到位信号，到站信号，超载信号及轿厢照明通风信号。
从dsp实现了牵引机控制和节能控制，接受主dsp更新速度的指令作为给定的速度，同时采集编码器速度、位置信息以及驱动系统的电压电流信号，利用pid控制算法和矢量控制算法，完成对牵引机的速度、电流双闭环控制，通过电压电流传感器，采集节能系统的直流变换器电压电流信息以及直流母线的信号，决定节能系统的工作模式，得到节能系统的控制量。
fpga为辅助单元，完成信号的逻辑判断功能：完成故障信号处理，实时保护电梯运行安全，主从dsp之间的数据交换；对从dsp输出的牵引机控制pwm信号进行逻辑判断后送给驱动系统，起保护作用；接收随行电缆的电梯安全回路控制和检测信号，综合判断后形成输出信号，通过继电器控制强逻辑信号。
其中，节能系统在牵引机工作在制动状态时，将牵引机反馈的能量储存起来，而在牵引机工作在电动状态时，将存储的能量回馈，维持直流母线电压水平，实现能量的双向流动，节能系统包括电容模组、直流变换器、霍尔电压传感器、电流传感器、继电器、逆变器、光耦隔离器、驱动电路，
直流变换器根据从dsp输出的两路pwm信号经过驱动电路后驱动信号，完成在降压模式和升压模式之间的切换，实现对对电容模组分别进行充电或者放电。
当电容模组的工作电压不高于牵引机的直流母线侧的电压时，直流母线向电容模组充电，直流变换器工作在降压模式；若电容模组向直流母线反馈能量，则直流变换器工作在升压模式。
本发明高速电梯牵引机的控制方式提高电容模组的工作效率，优化电路的设计结构，实现了省电节能。
其中，总控制台由逻辑控制部分、拖动控制部分和附属控制部分三个功能部分组成。
逻辑控制部分完成电梯各种信号的采集和处理，拖动控制部分是执行完成电梯的运动状态；附属控制部分实现了对安全防护设备和电梯门装置的控制，对安全防护设备是应对电梯故障时保证安全性能的装置，牵引机为电梯运行提供动力，使电梯正常运行；导向机构是由导轨、导靴、导轨架三个部分组成的，电梯轿厢按照设计好的导轨做完成上行和下行要求；轿厢由厢架和厢体组成，完成上行和下行的输送任务；电梯门装置控制电梯门的开合；
传感器包括陀螺仪、加速度传感器、温度传感器、电流传感器、电压传感器，
陀螺仪获取电梯的运动姿态，加速度传感器用于获取电梯的运动加速度，温度传感器获取电梯的环境温度，并将传感器将数据上传至总控制台。
图像识别装置包括摄像头、信号处理模块、视频采集模块和红外照射模块，
陀螺仪和温度传感器通过数据采集器与信号处理模块连接，将传感器数据传输给信号处理模块，摄像头通过视频采集模块与信号处理模块连接，将视频数据传输给信号处理模块，信号处理模块与红外照射模块连接，并控制红外照射模块发射红外光束，信号处理模块与总控制台连接，从而与云平台连接，实现数据的上传。
信号处理模块对接收到的视频数据，依次进行图像处理，检测电梯门的开关状态，进行视频编码及缓存后与接收传感器信号一起传输给总控制台，总控制台将相关数据上传云平台实时显示，并在发生异常时进行报警；
红外照射模块通过感光元件负责感应外部环境，当光照亮度较暗时通知信号处理模块，由信号处理模块控制打开红外灯阵完成辅助照明的功能；
视频采集模块用于通过摄像头对电梯门开关检测、电梯内环境曝光异常检测并实时采集电梯运行过程中电梯内的视频画面数据，并发送给信号处理模块；
摄像头用于获取电梯内部实施画面；
其中，当采集到的陀螺仪数据显示电梯出现非常规的振动或制动时、温度数据发生过高温度时或者视频数据中发生较大的环境曝光偏差时，视为电梯发生异常。
在正常情况下，当电梯工作时，其加减速度和勾速的过程都是连贯完成的，电梯内的乘客不会感受到明显的振动，当电梯运行发生异常时，而这恰恰是最近几年电梯故障时最频繁出现的问题。由于电構环境巧有一定的照明亮度，因此当该现象发生时，电梯内的照明将会出现一定的摇摆，是系统感受得到的环境曝光出现一定的偏差。
通信装置采用gprs无线传输的方式，其由数据采集终端、数据传输模块组成，其中数据采集终端包括can模块、检测数据模块、at89s52单片机，数据传输模块包括msp430f149单片机以及gprs模块，
其中，can模块用于采集包括电梯方向、电梯所在楼层、电梯预定楼层、电梯开关门在内的电梯运行数据，检测数据模块用于通过总控制台采集电梯的传感器数据以及视频数据，at89s52单片机接收can模块、检测数据模块的数据，通过rs23串口通讯模块与数据传输模块的msp430f149单片机进行数据通信，经过处理后，控制gprs模块与云平台进行数据通信。
其中，电梯门装置包括电梯门、主动轮、从动轮、传送带、电梯门电机、门机控制器、电源、速度开关、极限开关、上坎、支架、减速机构、门导轨、滑轮，两扇电梯门分别连接到传送带的上下两侧，电梯门电机连接传送带从而带动电梯门运动，电梯门上安装有滑轮，滑轮沿门导轨滑动，主动轮安装在支架下的上坎上，当门机控制器接收到总控制台的开门信号，控制电梯门电机做逆时针旋转并且对电机速度进行控制，当检测到开门完全到位就停止开门；当门机控制器接收到总控制台的关门信号，门机控制器控制电梯门电机顺时针旋转并控制其关门速度，若关门过程中检测到有障碍物的信号时就停止关门转而开门，当电梯门关门完全到位时会给控制发出信号，总控制台会做出相应的判断并将门锁死不让门随意打开。
在电梯门开关的过程中，门机编码器对电梯门电机的速度以及位置进行检测，总控制台获取门机编码器的数据并对电梯门电机的转矩进行监控，通过对输出转矩的检测判断开关门到位情况和对障碍物进行安全保护。
直驱模式中电机通过传送带直接带动轿门水平运动，与间接驱动模式相比，减少了齿轮减速机构，使整个系统的结构得到简化，提高门机系统的效率和减小减速机构中的能量损耗，直接驱动已经逐渐取代间接驱动模式成为主要驱动模式。
门机控制器采用闭环控制结构，从内环到外环分别为电流环、速度环和位置环，
电流环在门机控制器的内环，其同步电梯门电机定子电流经电流采样之后得到电流反馈，通过坐标变换得到电流矢量的分量，与预先给定的电流相减得到电流偏差，经电流环调节器输出电压给定值，通过svpwm模块的算法调制将控制信号输入到逆变器来控制电梯门电机，实现电流环控制；
速度环是门机控制器中间的控制环，速度环通过检测得到速度值，与速度设定值比较得到的差值，经过速度环调节器得到输出电流给定，完成速度环的调节，速度环的响应速度要低于电流环；
位置环作为门机控制器的最外环，其响应速度比速度环更低，位置环检测得到位置反馈，与预先给定的位置相减得到位置差值，再然后经过位置环调节器输出期望的电流值。
门机控制器主要包括通信模块、开关、dsp处理器、整流模块、ipm逆变器、保护电路、驱动电路以及电流检测模块，
交流电源经过整流后提供给ipm逆变器为电梯门电机提供稳定的电力，电流检测模块检测电梯门电机的电流变化并提供给dsp处理器，门机编码器检测电梯门电机位置变化并提供给dsp处理器，dsp处理器结合保护电路反馈的来自整流模块、ipm逆变器之间的电流，控制驱动电路向ipm逆变器提供驱动，dsp处理器通过通信模块的串口与总控制台通讯。
采用dsp作为门机控制器的核心，dsp强大的数字处理能力能有效完成精确的速度控制。
其中，dsp处理器使用正态速度曲线控制方式对电梯门的开关进行控制，实现电梯门在开关运行到终点时不发生碰撞，通过对距离和速度的检测该来控制电机使电梯门平稳的运行和开关，正态速度曲线是指在关门速度的变化是呈现正态分布的曲线形状，正态速度曲线有利于电梯门在快速关门的同时不会对处于电梯门的人产生伤害。
正态速度曲线的控制方式：以当前电梯门所在位置、速度和加速度，计算当前速度对应加速段还需距离和减速段运行所需的距离，与当前位置的剩余距离比较。当剩余距离大于所需距离，就以规划的正态速度曲线继续进行；当剩余距离小于所需距离，则转成减加速度段或进入减速段。由此可以得出，需要实时对所需距离和所剩距离相比较，以此来判断下一步正态速度曲线的运行方式。
门机控制器的速度环给定速度更新周期时间为t(1ms)，以这个时间周期来离散化速度控制曲线。在实际运用中，加速度不是每个周期都需要变化的，为使得正态速度曲线变得更加平滑，电梯门电机运行得更加平稳，在速度每个周期(t)更新一次的基础上设定加速度每k步(即kt)改变一次。
没有转子的初始位置就无法精确的控制电梯门电机的运行。如何得到电机转子的初始位置，本发明采用一种区间估计结合震动定位的方案来解决这个问题。
其中，电梯门电机为永磁同步电机，门机编码器为与电梯门电机转子同轴的混合式增量编码器，门机编码器有六个输出信号，使用u、v、w三路信号，这三路信号每转变化n×360°，转子空间被分成n个电信号周期。
其中，u、v、w的状态变化将转子空间分成六等分即在一个信号周期内分成：010、011、001、101、100、110，在一个信号周期内它们各代表一个60°空间，转子本身分成n等分，机械角度为60°/n，用u、v、w三路信号的状态确定转子在电梯门电机刚启动时所在电角度空间的对应区间，通过u、v、w确定的一个区间，进而估计出转子的区间位置，
电梯门电机刚启动的初始定位时速度为零，给定的速度是零，但是门机控制器会按照矢量控制的要求向电梯门电机给定交轴电流，电梯门电机产生正向旋转的趋势，门机编码器检测到速度信息和电梯门电机的转动方向，门机控制器产生与先前设想的交轴电流相反的电流时电机反转，电梯门电机受到两个相反方向的交轴电流交替作用而在初始位置上产生微震，通过测量微震位置确定转子的初始位置。
安装电梯门电机，门机控制器记录电梯开关门的终点位置和运行的宽度，保存原始的门宽数据，电梯门电机重新上电时，通过门机编码器记录电梯门电机完整执行开关门的脉冲数从而测量门宽，电梯门在接到门机控制器的记录指令时以低速关门，当电机转矩急剧增加发生堵转时就说明关门到位，这时的位置就是关门的终点位置，门机控制器就会让电梯门电机低速开门，同样当检测到转矩激增发生堵转说明开门完全，此时的位置就开门终点位置，记录总共的脉冲数，来回几次计算平均值得出门宽数据。
不同建筑中电梯门的宽度是不一样的，即使设计统一标准的电梯在实际的工作运行中也会偏差。而且随着环境变化，机械老化等因素都会使门宽发生变化。为使电梯门平稳的开关门，门机系统应该要能够适应不同的门宽，这就需要门机系统有自学习获得不同电梯门宽度的能力。电梯门电机在初始上电时，门宽数据重新学习获得，这样可以使电梯门电机运行在正确的正态速度曲线上。本发明设计一种门宽自学习方案。
其中，电梯门工作流程如下：
步骤1，门机控制器上电，系统初始化；
步骤2，初始化完成后，故障检测；
步骤3，门机控制器与总控制台进行信息交互；
步骤4，门机控制器监测是否有命令输入，有则进入步骤5，无则进入步骤2；
步骤5，执行命令，返回步骤2；
其中，在步骤2到步骤5执行的过程中，门机控制器判断是否有中断，如有，则执行相应的动作，动作完成后退出中断，在中断开始的地方进入主循环。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
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