考虑等待时间的电梯运行模拟测试与节能分析

考虑等待时间的电梯运行模拟测试与节能分析

陈阳王陈欢

（浙江省特种设备检验研究院浙江杭州310000）

摘要：近年来，各地的高层建筑物不断涌现，有些超高层的建筑高度甚至超过500m。由于人们生活和工作都在高层建筑里，因此对电梯的调度要求也越来越高。电梯群控系统有一些常见评价标准，如最小的乘客平均候梯时间，或者最小的电梯能耗等。这些标准有时候是相互矛盾的。比如，减少电梯的数量，就可以有效地降低能耗，但这样会导致乘客候梯时间的延长。本文分析了考虑等待时间的电梯运行模拟测试与节能内容。

关键词：等待时间；电梯运行模拟测试；节能

一般而言，乘客的不满情绪，会随着候梯时间的增加而增加。但是，乘客对于候梯时间是有一个容忍底限的，称为容忍阈值。本研究在满足容忍阈值的基础上，设计了一种节能的电梯群控系统，在减少乘客的侯梯时间的同时，也降低电梯的能耗。

1系统分析

电梯呼叫信号有两种类型，即外呼信号和内呼信号。当外呼信号发生后，电梯控制系统就会选择一台合适的电梯来运载乘客。本研究设计的控制系统由一个成本估算单元，外呼分配单元和一个控制单元组成。当外呼信号发生后，成本估算单元首先计算每台电梯轿厢从所在楼层到要求楼层所需的候梯时间和能耗，然后将计算值被输送到外呼分配单元，外呼分配单元选择一台综合成本最小的电梯来执行任务，并且把计算信息传输到控制单元。根据这些信息，控制单元监管系统的平均候梯时间，并实时地调整能耗及平均候梯时间在控制系统中所占的比重。系统管理员根据建筑物和使用者的特征，来设置这两个因素的初始比例。

2模拟测试平台

2.1测试平台。为定量获取考虑等待时间的电梯运行节能调度规则的节能效果，开发了电梯模拟运行测试程序。程序把电梯派梯算法写成线程，根据上行队列和下行队列中的客流数据模拟电梯运行情况，运行过程中如果有新的乘客加入队列则采用中断处理。在随机产生相同客流情况下计算加和不加等待时间的电梯运行能耗数据，以便分析节能效果。程序设计时考虑了3类，即电梯类、乘客类、任务类。电梯类的成员变量包括电梯数量、楼层高度、任务队列、额定人数等；乘客类的成员变量包括请求层、目的层、呼梯时间等，每个乘客类都会使电梯类产生两个任务类：停靠该用户等待层的任务和停靠该用户目标层的任务，任务类的成员变量包括任务的停靠层、任务的性质（是停靠等待层还是停靠目标层）、任务是否完成等。测试时，采用随机产生客流及请求层、目的层、呼梯时间等运行参数的方式。在随机产生相同客流情况下，计算加和不加等待时间的电梯运行能耗数据，以分析节能效果。

2.2测试方案。采用最小距离派梯算法模拟电梯运行调度。如果等待时间设置过短，电梯载客率变化不大，节能效果不明显；设置过长，乘客会感到焦躁。这就需要在效率和节能之间进行合理平衡。研究表明，乘客候梯时间的心理容忍度一般为60s。因此电梯等待时间应设置在60s范围内。典型的办公大楼根据其客流量分布特点可分成6种交通模式：上行高峰交通模式、下行高峰交通模式、两路交通模式、空闲交通模式、四路交通模式以及层间交通模式。在基于等待时间的电梯节能调度算法中，可简化为高峰模式和非高峰模式两种。高峰模式包括上述的上行高峰和下行高峰模式；非高峰模式包括除去高峰模式和空闲模式之外的其他交通模式。在高峰模式时，以提高电梯服务效率为主，不加入等待时间，电梯按正常的电梯调度算法运行；而在非高峰模式时，兼顾效率与节能，即在电梯调度算法中加入等待时间，通过适当加入等待时间，以减少电梯的启停次数和运行里程，从而实现电梯运行节能。将办公大楼非高峰交通模式的时段范围设定为8：30—11：30和14：00—17：00，每次启动程序模拟电梯一天中6小时非高峰时段的运行，共测试3次（3天）以获取平均值。电梯模拟运行测试时需先输入一些常量参数：如建筑物高度（或建筑物楼层数及楼层高度）、电梯额定载客数，和一些变量参数：如电梯台数、等待时间、5min乘客集中率CEa，以及由程序预先自动产生的电梯“客流文件”中随机客流数据（包含电梯随机客流量和楼层流向数据）。

3测试结果与节能分析

3.1加入等待时间可明显减少电梯启停次数和运行里程，从而减少电梯能耗。其原因是由于在非高峰模式下，加入等待时间可提高电梯载客率，进而减少电梯的运行里程，且电梯载客率的增加还能增大同梯到达相同目标楼层乘客数量的可能性，从而减少电梯启停次数。在随机产生客流时，节能效果相对最优发生在5%<CEa<10%，加入等待时间为40s时，1天6小时非高峰模式下运行节能效果达21.48%。

3.2在CEa各档范围内，加入等待时间越长，节能效果越好。在CEa各档范围之间，加入10s等待时间，最高节能为1.63%，效果不明显。加入等待时间30s的节能效果（约在7.5%~9.8%）与加入20s的节能效果（约在5.8%~9.3%）差不多。

3.3节能效果达10%以上的情况都出现在等待时间为40s时，但在10%<CEa≤15%时的节能效果只有约10.7%，与CEa其他两档的节能效果（约16.2%和21.5%）相差较大。这是因为CEa取值越大（即客流量越大），虽然加入等待时间可使电梯载客率增加，但由于候梯人数较多，可能出现电梯满载而需电梯多次往返的情况，导致电梯运行距离增加，能耗增大，节能效果反而受到一定影响。

本文介绍了一种新的电梯群控系统，此系统目标是在节约能耗的同时，减少平均候梯时间。在此系统中，系统管理员可以通过设置控制因素，来控制电梯群组的运行。控制因素能够根据平均候梯时间与能耗所占的比重，而做相应的调整。考虑等待时间的电梯节能调度规则，由于在非高峰模式加入了电梯等待时间，明显减少了电梯启停次数和运行里程，实现了电梯节能运行。

参考文献：

[1]李醒飞，张国雄，张晨阳，等．电梯导轨表面轮廓的在线检测与分析系统［J］．光电工程，2014，31（2）：37－39．