控制電梯組的方法
2023-07-20 16:44:26
專利名稱：控制電梯組的方法
技術領域：
本發明涉及一種電梯組控制方法，用於以旨在提供設定的乘客服務等級的方式來向電梯車廂分配登梯呼叫。
在電梯控制系統的許多不同的任務中，它的基本功能是分配登梯呼叫。呼叫分配中的目的是以優化描述系統的特徵的方式向電梯車廂分配呼叫。傳統上，最常使用的特徵與呼叫時間和乘客等待時間相關。在典型的解決方案中，從這些特徵計算平均和分布。
對於登梯呼叫的分配有多種方法，每個電梯公司有其自己的實現這個任務的方法。但是，所有這些不同方法的共同特徵是它們包括作為每種方法的特徵的多個參數，這些參數被用於影響所使用的方法的操作。有可能使用這樣的一種配置，其中在不同的運輸量情況下，應用對於這個情況適當的參數集。在此，目標是使得系統能夠適應在建築物中的普遍的運輸量情況。
在現有技術的控制系統中，運輸量檢測器監視電梯系統的操作和狀態，確定普遍的運輸量類型和密度。要監視的事情一般是登梯呼叫、車廂呼叫、電梯負載等。根據所檢測的運輸量類型，應用對這種運輸量類型定製的參數集。例如，在向外的峰值運輸量期間使用的參數集可以向其去往方向是進入樓層的登梯呼叫、提供比從進入樓層發出的呼叫更高的加權。在尖峰時間，可以向在電梯車廂中的乘客的行程時間提供更大的加權。當目的是同時最小化兩個或更多的量的時候，所採用的程序被稱為多目標優化。
在上述方法中的問題是難於限定與每種運輸量情況對應的參數集的實際值，所述參數集被存儲在參數庫中。這些參數對下列因素敏感建築物類型、樓層數量、在建築物的不同樓層之間的乘客的分布、在電梯組中的電梯數量和電梯的特性。而且，在建築物中的實際運輸量是可變的，人員分布從長遠的觀點看是不固定的，運輸量檢測器的操作容易受到不準確度、檢測誤差和檢測延遲的影響。
實際上，在參數庫中的參數集需要被分配在多數運送中可以合理地起作用的折中值而不用獨立的設置。例如可以基於模擬操作或基於專家經驗來設置這些參數值。顯然象這樣的平均參數值不帶來每個建築物和電梯組情形的最佳操作。
根據運輸量類型改變參數集的另一個問題是要加權的數量的選擇和加權的評估。可以發現要優化的多個量，諸如呼叫時間、所估計的乘客等待時間、乘梯時間(riding time)、行程時間、停止次數、車廂負載、同時的車廂和登梯呼叫次數等等。這些量的哪些應當被加權以及在每個運輸量情況下加權多少？如果預先選擇和固定這些量和加權，則這是由設計者進行的預先選擇，它與建築物的擁有者的需要不是必然一致。另一方面，如果不預先固定要優化的量，則一種可能的方式是允許建築物的操作人員有一些自由度並且讓他們自己確定在不同運輸量情況中的加權。但是，由於總體的調整和複雜度，這不是合理的選擇方案。
本發明的目的在於消除上述的一些缺點。本發明的一個具體目的是公開一種新型的控制電梯組的方法，其中有可能優化彼此相反的兩個目標，並且獲得整體的最佳結果，這依賴於這些相反的目標如何彼此相關地加權的每種情況。
關於本發明的特有的特徵，參見權利要求。
在本發明的電梯組控制方法中，為了分配登梯呼叫，向電梯組的給定服務時間分配目標值。隨後分配登梯呼叫使得平均獲得服務時間的分配目標值，從而降低了電梯組的能量消耗。用作服務時間的量可以是例如呼叫時間、乘客等待時間、行程時間或乘梯時間。
換句話說，在本發明的方法中，優化彼此相反的兩個不可同單位度量(non-commensurable)的量，即時間和能量消耗。在本發明的方法中，為了使得這些量可同單位度量和相互可比較，電梯的路徑R的選擇最好使得成本項J＝WT·TN(R)+WE·EN(R)(1)最小。TN(R)是路徑選擇R的呼叫時間的標準化和，相應地，EN(R)是與路徑選擇R相關的標準化能耗。WT和WE是上述的成本項的加權係數，因此0≤WT≤1和WE＝1-WT(2)單獨的等待時間是指數分布的，但是它們的和T(R)近似地遵照正態分布，這意味著它們允許應用標準化TN(R)＝(T(R)-μT)/σT。類似地對於能量項EN(R)＝(E(R)-μE)/σE。期望值μ和平均分布σ是目標的整體集的、即可以應用到當前呼叫情況中的路徑選擇的特徵數量。實際上，因為路徑選擇的數量隨著有效登梯呼叫的數指數增長，因此必須設法應付採樣量替代期望值，使用採樣平均值T和E，並且取代標準偏差，使用採樣標準偏差ST和SE。這得到TN≈(T(R)-T(R))/ST(R)和EN(R)≈(E(R)-E(R))/SE(R)，其中R是隨機產生的路徑選擇的數量，它足夠產生對μ和σ的可靠估計。在標準化之後，兩個優化目標大致示出了分布N(0，1)，因此它們無疑可以被求和。
當以這種方式分配登梯呼叫的時候，可以在系統的操作中觀察到兩個極點，即WT＝1和WE＝0的情況及WT＝0和WE＝1的情況。在第一種情況下，優化過程找到電梯路徑以便呼叫的總等待時間儘可能短。在第二種情況下，優化過程設計路徑以便最小化電梯的能耗。
圖1圖解了這些情況。
在圖1中，水平軸表示與電梯組的理論傳輸容量相比的相對運輸量密度。運輸量類型是純粹的流出運輸量。可以從曲線看出等待時間優化和能耗優化是彼此相反的目標當僅僅一個目標被優化的時候，另一個目標受到影響。對於不同的運輸量類型，曲線的形式和絕對值彼此不同，但是操作的基本性質保持相同。
圖1圖解了在系統的操作中的兩個極點。顯然可能通過按照公式2選擇加權係數WT和WE而在這些極點之間無級地移動。對於等待時間和能耗，可獲得的操作範圍限於在兩個曲線之間的區域。作為示例，在60％密度的點可獲得的操作範圍由圖1的箭頭指示。原則上，有可能為任何任意選擇的運輸量類型和密度描繪獨立的特徵曲線，該曲線描述系統從純能量優化到純等待時間優化的無級轉換。
雖然現在僅僅存在兩個要優化的量並且有可能通過改變各個加權係數而從純等待時間優化無級地移動到純能耗優化，但是存在困難的問題如何確定加權係數WT和WE。應當在什麼基礎上設置用於給定的檢測運輸量類型的加權係數以便適合於這種特定的建築物？任意設置的加權係數的問題是不存在比較高級的應該針對的目標；相反，僅僅存在多個或多或少不相關的要優化的量。在本發明的方法中，開始點目標是以使得諸如等待時間的給定平均乘客服務時間保持在某個水平而不管運輸量情況和密度如何的方式來分配登梯呼叫。在圖1中包括的是描述其中平均乘客等待時間被定義為20秒的情況的曲線。
通過選擇適合於普遍運輸量情況的係數WT和WE，有可能達到關於等待時間的設置目標並且同時節省乘客運送所需要的能量。在圖1中的兩個曲線清楚地示出了可以保持目標時間達到幾乎100％的運輸量密度，同時乘客運送所需要的能量減少。這種減少在低於60％的運輸量密度是顯著的。隨著運輸量密度的增加，最終達到一個點，在此即使經由純等待時間優化也不能達到所設置的目標。
我們已經因此發現了一個連接原則，由此可以利用要優化的、或多或少不相關的量來達到比較高級的目標，即平均等待時間。但是，仍然存在如何確定在不同運輸量情況下WT和WE的實際值的問題。
在本發明的方法中，優選的是，通過控制工程中已知的手段來有效地消除運輸量的檢測和與其相關的參數集。在控制工程中，目標是控制一個過程以便所控制的量儘可能近地保持在其目標值。思路是將受控的量與設置的值比較並且從它們之間的誤差形成一個控制信號，通過這個控制信號可以適當地指導系統的操作以便消除在設置值和受控量之間的誤差。
圖2圖解了適合在電梯組中分配登梯呼叫的受控過程，其中，按照本發明，消除了獨立的運輸量檢測，並且使得系統不受到在過程本身中兩個變化和外部因素的影響。這自然僅僅適用於過程能夠達到所設置的目標的限制內。
在乘客運送過程中，要控制的量最好是行進在系統中的乘客的平均等待時間。經由登梯呼叫按鈕來獲得這個量的測量。當已經進入系統的乘客發出呼叫的時候激活一個呼叫，並且當將呼叫分配給它的電梯開始減速以停在目的樓層的時候滅活該呼叫，從而復位該呼叫。如此實現的單獨等待時間與設置的目標時間相比較。
因為這個測量包括很多噪聲，換句話說，所實現的單獨呼叫時間變化在從零到高達超過90秒的值，因此在三個可能的PID控制器塊中，僅僅使用積分塊。積分塊將平均誤差改變為零。在本發明的方法中，有必要選擇積分時間常數，使它足夠長來保證單獨的噪聲測量對控制信號u不能具有太強的影響，但是還足夠短來保證系統將對發生在運輸量類型和密度中的改變有反應。
從積分控制器獲得的控制信號u按照公式2被轉換為等待時間優化係數WT。誤差e的積分驅動所述過程沿著它的特徵曲線到達誤差e變為0的點。例如，如果所實現的呼叫時間的平均值趨向於落在目標之後，這表示系統例如由於低運輸量密度而服務得太好，則誤差e正向增加。結果，加權係數WT提高而WE降低，因此等待時間的特徵曲線向更長的等待時間發展，換句話說，在路徑選擇的選擇中的能耗的重要性增加，而等待時間的重要性降低。
圖3示出了加權係數如何自動取值，在這些值，實際的等待時間的長期平均值對應於目標值。在圖3中，加權係數在前40個呼叫期間取後面範圍的一個值。此後，控制器能夠將等待時間的長期平均值相對精確地保持在目標值。查看在這個穩定點之後服務的第40-180個呼叫，各個等待時間的平均值被發現是20。相反，因為等待時間測量噪聲很大，不能避免短期本地運輸量變化。這也不是最後的目的，而目的是使服務的長期平均值成為設置的水平，並且這個目的被如此清楚地實現。
通過使用用於控制電梯組的本發明的方法，有可能當受控的目標時間是20秒時實現30-40％的能量節省。因此，本發明的電梯組控制方法帶來了能耗的很大節省而不實質地削弱電梯組整體的服務水平。
通過本發明的方法實現的出乎意料的大節能是基於在本發明中發現的下列事實。電梯組被設計成適合建築物中的峰值運輸量情況中的運送需要並且在峰值運輸量的時間期間提供可接受的服務等級。在其它的運輸量情況中，傳統的電梯組在乘客仍然儘可能有效地被服務的意義上控制產生過量的容量。這導致很短的等待時間和高的能耗。如果在比較輕的運輸量的時間期間應用了低服務等級，即如果不總是儘可能快地提供服務，則這個過量的容量可以被轉換為能耗上的節省。
本發明的方法實現的節能的最終原因是電梯運動的不對稱性。電梯被設計使得當車廂運載半負載的時候車廂和配重平衡。在實際的乘客運送中，車廂負載僅僅很少地具有與電梯平衡的重量，即一般地電梯在一個方向移動比在另一個方向更輕，換句話說，在一個方向移動電梯比在另一個方向移動需要更少的能量。
在輕度運輸量時間期間，車廂一般以很小的負載來移動，換句話說，車廂和配重遠遠達不到平衡狀態。既然本發明的方法減輕了乘客應當總是儘可能快地被搭乘的要求，在建築物中的電梯的路徑可以如此設計和安排使得電梯通過能耗方面儘可能有利的路徑來移動，但是目的在於實現設置的目標時間。
通過本發明的方法，可以使得整個電梯組在完全的控制下。通過本發明的方法，有可能指定電梯系統將為乘客產生的服務等級而不管運輸量情況如何，並且在較輕運輸量時間期間將電梯組和它的控制系統的過量容量轉換為節能。通過控制工程手段，所述方法可以被實現為閉環的，它消除了內部和外部因素的影響並且穩定了系統的服務等級。因此，在本發明的方法中，可以簡單地通過限定諸如等待時間的期望的平均服務時間來限定服務等級。
由於在本發明的方法中要設置的目標具有足夠普遍的特性並且合理和容易明白，因此有可能對其建立一個簡單的用戶接口，甚至使得可以由建築物的人員來設置目標等待時間。對目標時間，也可能準備用戶可編程的日程表，使得可以對一星期的不同日和一天的不同時間設置不同的服務等級。
權利要求
1.用於分配登梯呼叫的電梯組控制方法，其特徵在於一個目標值被分配到電梯組的一個給定服務時間，並且對各電梯分配登梯呼叫使得所述服務時間的所述分配目標值以平均值實現，從而降低了所述電梯組的能耗。
2.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於對各電梯分配所述登梯呼叫使得所述各電梯的運送路徑的所述能耗被最小化，並且所述給定的服務時間的長期平均值滿足所述目標值。
3.按照權利要求1或2所述的方法，其特徵在於使用的所述服務時間是呼叫時間、乘客等待時間、行程時間或乘梯時間。
4.按照權利要求1-3中的任何一個所述的方法，其特徵在於在所述方法中，所述電梯路徑的選擇使得成本項J＝WT·TN(R)+WE·EN(R)最小，其中TN(R)是路徑選擇R的呼叫時間的標準化的和，EN(R)是從選擇路徑選擇R的選擇產生的標準化的能耗，而WT和WE是TN(R)和EN(R)的加權係數，因此0≤WT≤1和WB＝1-WT。
5.按照權利要求4所述的方法，其特徵在於通過一個控制器經由積分來確定WT和WE，在所述控制器中，將所述實際服務時間與所述目標值相比較，並且它們之間的誤差被積分，從所述控制器獲得的控制信號u被轉換為加權係數，用於服務時間優化當u＝WE時，WT＝1-WE。
6.按照權利要求1-5的任何一個所述的方法，其特徵在於限定所述目標值使得它基於目的時間、星期的日和/或假期而改變。
全文摘要
用於分配登梯呼叫的電梯組控制方法，在此方法中，一個目標值被分配到電梯組的給定服務時間，並且對電梯的分配登梯呼叫使得以平均值實現服務時間的分配目標值，從而降低了電梯組的能耗。
文檔編號B66B1/20GK1492829SQ02805206
公開日2004年4月28日 申請日期2002年2月19日 優先權日2001年2月23日
發明者塔普奧·蒂尼, 賈裡·伊利尼恩, 伊利尼恩, 塔普奧 蒂尼 申請人:通力股份公司