电梯群控节能技术与优化研究

曹鉴桥

摘要：当前伴随经济飞速发展，建筑施工工艺持续更新，城市常住人口增多，高层、超高层建筑占比增大，推动城市化发展的同时，也给建筑电梯运行带来一定压力，单部电梯已经无法满足建筑使用需求，如何通过技术革新提升电梯群運行效率，实现舒适感与环保性的统一，开始成为众多从业者关注的焦点问题。基于此，本文引入PLC技术，对电梯群控系统节能技术进行了优化探讨。

关键词：电梯群控;节能;技术优化

前言：在经济新格局持续转型背景下，各行各业迎来了高速发展的繁荣阶段，带来国民经济跨越式增长的同时，也使得能源耗竭问题日益突出，节能环保开始作为世界性话题登上时代舞台。据相关数据显示，在我国社会终端能耗当中，建筑耗能占比可达20.7%以上，因此必须将之作为节能减排的攻坚对象。当前在建筑节能技术的研究进展中，电梯群控节能技术仍处于相对薄弱状态，有必要加强关注。

1电梯群控节能技术研究背景

电梯群控系统EGCS是在自动化技术基础上衍生和发展而来的，主要是为了解决当代大型、高层建筑住户出行困难的问题，其设计和布局与楼层、客流状况等都有一定的关联。当用户有乘梯需求时，只需在当前楼层发出呼叫请求，电梯群控系统会自动收集和判别，并对轿厢运行状况、位置等进行匹配，生成最佳调度方案，从而减少等待时间，提升使用体验的同时，也能有效减少能量损耗。该技术最早起源于20世纪40年代，最初以继电器为控制中心，在时序控制的基础上，并行了预选分区控制，前种控制模式下，电梯并不直接响应请求，必须先经过基站才能到达指定楼层，不合理的基站返回设计提升了空载概率，很容易造成能源浪费。后者则按照楼层对电梯群进行分组，不同组别电梯只在固定楼层运行，这种方式虽然能够有效控制能耗，但会降低使用体验，适用性较低。进入70年代，集成电路技术应用逐渐广泛，能够使用更加复杂的逻辑运算，也正是从此开始，电梯群控系统进入智能化发展阶段。当用户发出呼叫信号时，系统可以直接响应并自发采用调度策略，候梯时间是该阶段调度的主要依据。在1975年之后，计算机技术兴盛，电梯群控系统也找到了新的发展思路，控制策略修改起来更加便捷，当前又进一步增加了节能降耗的内在要求，电梯群控系统已经能够实现集选控制、待载休眠等一系列节能功能，但在调度响应层面，仍旧存在较大的节能优化空间，有极大的探讨研究价值。

2系统设计逻辑分析

在节能环保成为时代主命题的当下，电梯群控系统ECGS节能技术也受到了部分研究者的关注，王皓夫（2017）聚焦模糊控制理论，综合神经网络算法进行设计，将相关指标进行整合，搭建出可用于综合评价的函数，提升了系统的自适应能力，使之能够更加自如地应对各种扰动，从而为合理调度奠定基础，实现能耗控制。刘清则引入人工蜂群算法，当用户发出呼叫请求时，控制器会自动接收信息，并将管辖区域内的电梯轿厢转化为蜜源，搭建起优化模型。这种方式简化了算法流程，能够显著提升响应速度，从而实现节能降耗，但实际载频测试时，表现出的误差不是很理想[1]。基于此，本次设计中引入PLC技术，结合模糊控制法进行调度计算，对从站及主站能源消耗、系统损耗等进行综合分析，并在此基础上讨论优化设计路径。项目研究中，选取一栋24层建筑为试验对象，内设3部电梯，选取三菱FC系列PCL系统，以内嵌方式置于电梯内部，以控制其垂直运动，3台系统之间采用ZigBee无线局域网完成连接，优化后的群控系统应当满足如下要求：

首先，初始状态下电梯随意停留在某一楼层，能够根据乘客请求，正确判断电梯内选、外部信号，并跟随指令到达请求楼层。停留之后应当及时打开，留出5s的空白时间，供乘客上下，减少非自动控制模式下的等待时间。其次，当超载问题发生时，电梯门应当始终保持敞开，待到超载信号消除后，再行关闭，在任一电梯停留楼层，乘客按下外呼按钮后，电梯门都应当直接打开，避免其它电梯调运造成的能源浪费。第三，在满足常规运行及节能需求的同时，还应当配备有安全防护措施，当电梯未到达平层时，内选、外呼按钮应当处于失效状态。考虑到电梯存在极限位置，可以在兼顾节能需求的同时，安装光电感应器、安全触板等，当PCL系统感知到危险信号时，要能够及时执行开门指令。第四，根据建筑人流状况灵活设置基站，当电梯长时间处于空载状态时，直接返回基站，减少调运耗能，同时轿厢关闭环境下，若超过8s未收到请求信息，风扇、照明等设备停止工作，待到信号出现后，自动恢复正常，其系统运行逻辑可见图1。

3系统软硬件设计

减少主站、分站能源消耗，提升运行精准度，是群控系统节能技术的关键所在，因此在核心设计环节引用了PLC自动控制技术，整个系统需要配备低压电器、控制终端、变频器以及传感器等。软件设计环节，则需要根据建筑电梯使用实况，合理编写内外呼梯程序、平层检测程序等，同时考虑超载、安全等因素，编写开门程序、加速程序，在保障安全的前提下，进一步优化运行效率。

3.1低压电器设计

低压电器是电梯控制系统中较为关键的装置，接触器是其中最为常见的种类，与继电器一同装置于控制柜中，节能技术下，用PCL装置取代继电器，与行程开关、指示灯等一同装设于轿厢内部，控制照明、消防等系统。接触器则分为主/辅两种，负责抱闸控制，当电梯遇到紧急情况时，也由其负责急停控制，设计时可以采用集成思路，以PLC技术为依托进行整合，减少能源消耗。行程开关主要位于轿顶、井道之中，负责上、下门区的检测，对极限值进行提示。

3.2控制终端设计

PLC是自动化技术高速发展的产物，其生产制造引入了微电子技术、通讯技术等高端科技，能够取代传统继电器，在工业生产中执行逻辑、记时等任务，从而满足远程控制需求。由于PLC核心系统无法直接识别脉冲信号，因此AD模块进行转换支持，出于简化接线构造的考虑，本次优化设计中，主要应用DS18B20外围结构的AD模块，信息采样以32bit模式为主，遵循交叉编译控制逻辑，提升系统智能性。为实现节能目标，指令转换模块主要采用周期运转模式，以自由振荡为基准，借助高速A/D转换器进行转化，芯片型号为AD9225，通道宽度为12bit，转换速率为25MSPS，整体转换速度极高，几乎可实现瞬时转换。整个信号处理是在嵌入式环境下完成的，ADSP-BF537BBC-5A芯片为核心，完成原始信息的采集，接着总线负责加载指令，并发起电压冲击响应，完成调试后，在通信协议的支持下，完成信息集成传输。

3.3传感器设计

信息采集是传感器模块的主要职责，但同时其也具备组网控制的能力，应用时可以在ZigBee的协议范畴内，对该模块进行优化设计，使其与上位机建立联系，自动执行节能指令。设计中还引入了高通滤波电路，这样不仅可以增强其节能效果，还可以实现高低电压保护，使之更好应对浪涌电压等状况[2]，提升安全性和稳定性。信息输出模块是电梯群控系统的重要组成部分，能够控制节能系统的信息输出程序，同时为传输协议的优化提供通道，在程序加载环节中，还可以对指令进行转化。本次设计的输出模块主要结合了PIC总线理念，以嵌入式开发为基准，采用EE-NOTE68振荡器，各部件采集、生成的電子信号可以在该模块的支撑下，实现重复再现[3]，完成交流信号的生产。在信号传输上，采用了ZigBee无线连接网络，在满足高效传输需求的同时，还能显著降低能耗，采用的碰撞避免机制，使得信息传输质量更佳可靠，避免了与其他网络的干扰与碰撞。同时该系统持续运作的时间也较短，即使电梯为间歇运作模式，它也能在较短的时间内启动和运行，从而使电梯群控系统在联网状态下，达到节能效果。

3.4软件设计

软件程序以总线形式串联，该模块主要以控制对象为通讯信号，在电梯群控系统中，以功能为依据，可将这些信号群分为两类，一类是起到控制功能的信号，由微处理器发出，存储器、执行等负责装置接收，读写信号就是常见的类型，在电梯出现异常时，还会发出终端相应信号。由其他部件向CPU发出的信号也处于该范畴，比如复位信号、就绪信号等，双向性、灵活性使其最大特征。另一类则为时序信号，主要负责计时，是自动化功能实现的重要支撑。本次设计中，仍旧以ADSP21160为中心，在完成传感识别后，借助A/D转换器，实现总线控制，可视化处理以LCDDMA为技术支撑，方便达成中央控制，同时满足上位机通信需求。

4应用效果分析

调试环节对电梯进行了优化参数设置，载频数值为500Hz，低频控制在15Hz，指令输入环节，设置了2个14bit的通道，相对误差计算在合理范围之内，说明系统稳定性控制较好。在此基础上与前述神经网络算法等进行了比较，变速运动状态下，设计系统耗能大致为500Kj，人工蜂群算法下，耗能大致为856Kj，采用神经网络算法的电梯群控系统中，耗能则为975Kj;在匀速运动状态下，三者的耗能测试结果分别为214Kj、1023Kj以及1254Kj，充分说明本次设计节能效果优质，可满足多数建筑中电梯群控系统的节能需求。

结论：综上所述，电梯是现代智能建筑中重要的工具设备，在保障住户出行安全，提升舒适感等方面意义重大。本次研究重点关注了电梯群控系统节能降耗问题，以PLC技术为基础，引入高速A/D转换器，同时结合ZigBee技术完成信息的采集、生成与传输，经过实地调试和测验后发现，该系统不仅能够显著提升节能效果，还可以减少乘客候梯时间，优化乘坐体验，总体来说实用价值较高。

参考文献：

[1]蔡碧贞.电梯群控节能技术的优化提升[J].电子技术与软件工程，2021（14）：229-230.

[2]刘爱云.基于PLC的电梯节能群控系统研究[J].电子测量技术，2019，42（17）：95-100.

[3]刘清，关榆君.电梯群控系统节能优化调度控制[J].计算机仿真，2018，35（10）：340-344.