文献综述-电梯运行状态的VB仿真.doc

杭州电子科技大学毕业设计（论文）文献综述毕业设计（论文）题目电梯运行状态的VB仿真文献综述题目电梯控制系统概述学 院电子信息学院专 业电子信息科学与技术姓 名班 级学 号指导教师电梯控制系统概述电梯控制系统是一个复杂的实时多任务系统，具有输入变量多、随机性、对输出响应有实时性要求等特点。本文摘录了电梯相关文献中的几个方面：(1)电梯发展史；(2) 有关于电梯控制系统顶层状态图建模方法及状态图；(3)电梯控制系统的智能化技术；(4)电梯群控系统的历史及基本概况。一、电梯发展史人类利用升降工具运输货物、人员的历史非常悠久。早在公元前2600年，埃及人在建造金字塔时就使用了最原始的升降系统，这套系统的基本原理至今仍无变化：即一个平衡物下降的同时，负载平台上升。早期的升降工具基本以人力为动力，1203年开始出现以驴子为动力的起重机，英国科学家瓦特发明蒸汽机后起重机装置开始采用蒸汽为动力，紧随其后威廉汤姆逊研制出用液压驱动的升降梯。在这些升降梯的基础上，一代又一代富有创新精神的工程师们在不断改进升降梯的技术。在1853年，美国人艾利莎奥的斯（Elisha Otis）发明自动安全装置，大为提高钢缆曳引升降机的安全，至此人类历史上第一部安全升降梯研发完成。1880年，德国人西门子发明使用电力的升降机，从此名副其实的“升降机”正式出现。1887年，美国奥的斯公司制造出世界上第一台电梯，它采用直流电动机为动力，通过蜗轮减速器带动卷筒上缠绕的绳索，悬挂并升降轿厢。1892年，美国奥的斯公司开始采用按钮操纵装置，取代传统的轿厢内拉动绳索的操纵方式，为操纵方式现代化开了先河。1900年，以交流电动机传动的电梯开始问世。现代化的电梯结构包括四大空间和八大系统。四大空间分别是：机房部分、井道及地坑部分、轿厢部分、层站部分。八大系统分别是：曳引系统、导向系统、轿厢、门系统、重量平衡系统、电力拖动系统、电气控制系统、安全保护系统。除了四大空间和八大系统，现代化的电梯还具有八大应用技术：全数字识别乘客技术、数字智能型安全控制技术、第四代无机房电梯技术、双向安全保护技术、快速安装技术、节能技术、数字监控技术、无线远程控制及报警装置。生活在继续，科技在发展，电梯也在进步。150年来，电梯的材质由黑白到彩色，样式由直式到斜式，在操纵控制方面更是步步出新手柄开关操纵、按钮控制、信号控制、集选控制、人机对话等等，多台电梯还出现了并联控制，智能群控；双层轿厢电梯展示出节省井道空间，提升运输能力的优势；变速式自动人行道扶梯的出现大大节省了行人的时间；不同外形扇形、三角形、半菱形、半圆形、整圆形的观光电梯则使身处其中的乘客的视线不再封闭。如今，以美国奥的斯公司为代表的世界各大著名电梯公司各展风姿，仍在继续进行电梯新品的研发，并不断完善维修和保养服务系统。调频门控、智能远程监控、主机节能、控制柜低噪音耐用、复合钢带环保一款款集纳了人类在机械、电子、光学等领域最新科研成果的新型电梯竞相问世。二、电梯控制系统顶层状态图建模电梯控制系统的多种特点使其成为软件工程技术(包括实时系统软件技术)文献中常用的建模案例。而状态则是系统运动(行为)中相对不变的情况或时间段。在此情况下或时间段内，一些不变量维持系统完成某些活动，或者系统等待某些外部事件。处于某种状态表明系统只响应所有允许输入中的一部分，只产生所有可能响应的一个子集，且改变状态只是转换到所有可能状态中的某些状态。所以与经典状态机相比，状态图引入了层次嵌套状态，即组合状态。组合状态是隐藏内部细节的理想机制，把复杂性隐藏在组合状态内部，可以在高抽象层次上更容易地理解并控制系统。为便于说明，我们忽略超重、过载、报警、到达响铃、关门阻挡等信号，不考虑电梯轿厢启停的速度控制，使用安装在在每层的行程开关检测平层停车位置。考虑的输入信号包括轿厢内目的楼层请求按钮、每层的上升招唤按钮、每层的下降招唤按钮、每层的楼层行程开关、开门按钮、关门按钮、开门行程开关、关门行程开关。输出信号包括目的按钮指示灯、上行招唤按钮指示灯、下降招唤按钮指示灯、轿厢上升(曳引电机正转控制)、轿厢下降、到达楼层数字显示灯、开门(门控电机正转控制)、关门、当前电梯状态显示灯(下升态、上降态或空闲态)。目前已有多种电梯控制系统模型，一种基本的电梯控制状态图如图l所示，但该模型未考虑电梯调度算法，且不便实现。电梯调度算法描述如下：电梯在运行中服务于同方向上的请求，中途不改变其运动方向，除非它完成了所有同方向上的请求任务。例如，在电梯在上升态时，轿厢一直向上运动，或停止并开门以服务客户。轿厢停止并开门共分为3种情况：(1)在大于当前层且上升招唤按钮被按下的楼层停止并开门；(2)在大于当前层且轿厢内目的楼层请求按钮被按下的层停止并开门；(3)当大于当前层且下降招唤按钮被按下的楼层是所有召唤中最高的楼层时，在该层停止并开门。考虑到电梯调度算法和简化状态图，去掉图1中上升态与下降态之间的转换以及状态到自身的转换，加上初始态和原点复归操作，改进的电梯控制状态图如图2所示。空闲态向上升态转换的条件如下：有大于当前层的楼层上的上升招唤按钮、下降招唤按钮或轿厢内目的楼层请求按钮被按下。上升态向空闲态转换的条件如下：完成所有上升任务，即没有大于当前层的楼层上的上升招唤按钮、下降招唤按钮或轿厢内目的楼层请求按钮被按下。图3、图4分别给出了空闲态和上升态的控制状态图。一般电梯系统的工作模式可以看成是客户请求，即电梯服务模式。一个轿厢对多个客户的服务是共享的、异步的，即先登记后服务。客户通过各层的上行请求、下行请求和轿厢内目的楼层请求按钮输入请求。当客户按下按钮时，控制系统点亮与上行请求、下行请求、轿厢内目的楼层请求按钮对应的指示灯，响应客户请求。此时的响应实际上是系统通知客户系统已经注册客户请求。控制系统按客户请求移动轿厢，到达有请求的楼层时停止移动轿厢并自动开门，完成对客户的服务。此时熄灭相应指示灯并注销请求。为提高共享服务效率，控制系统对客户请求的注册和通知是实时的，电梯控制系统在运行过程中不断接受客户请求，控制系统对请求按电梯调度算法进行扫描服务。三、电梯控制系统的智能化技术人工智能技术包括模糊逻辑、专家系统和神经网络等，在机器人、冶金、化工等已有许多应用。在电梯交通系统中的应用比较落后，例如神经网络技术从1994年起才开始应用在电梯交通配置中。用人工智能技术描述电梯交通系统的非线性、模糊性和扰动性等的动态特性，是为了实现电梯交通系统智能自动化，又是实现计算机群控， 即现代电梯群控的理论基础。我们知道：兴建智能建筑已成为当今世界跨世纪性的开发热点，也是各国综合国力的具体表征。随着智能建筑的不断出现和高层建筑物的日益增多，电梯交通系统在近二十多年来也不断的智能化，即人工智能技术不断地应用在电梯交通系统中。应用人工智能技术研究电梯交通系统的动态特性，是智能建筑中楼宇自动化的一项新技术，目的是为了获取电梯交通配置的新原理、新技术和新方法。研究电梯交通配置的智能自动化，从国民经济和社会发展中看是重要的科技题目；从国内外研究现状看, 此课题有开创性的学术价值和广泛的应用前景。现代化电梯的控制系统大致可分为：自动开关门控制、轿内指令和层站召唤控制 、选层定向控制、安全保护系统、消防控制等部分。每部分又可具体分为多种基本控制功能。下面简单介绍下电梯控制的各项基本功能：单台电梯功能可以有：司机操作、集选控制、下行集选、独立操作、特别楼层优先控制、停梯操作、编码安全系统、满载控制、防止恶作剧功能、清除无效指令、开门时间自动控制、按客流量控制开门时间、开门时间延长按钮、故障重开门、强迫关门、光电装置、光幕感应装置、副操纵箱、灯光和风扇自动控制、电子触钮、灯光报站、自动播音、低速自救、停电时紧急操作、火灾时紧急操作、消防操作、地震时紧急操作、初期微动地震紧急操作、故障检测等等，大多数微机控制电梯都具有这种功能。群控电梯的特点是多台电梯集中排列，共有厅外召唤按钮，按规定程序集中调度和控制的电梯。除了上述单梯控制功能外，还可以具有下列功能：最大最小功能、优先调度、区域优先控制、特别层楼集中控制、满载报告、已起动电梯优先、“长时间等候”召唤控制、特别楼层服务、特别服务、高峰服务、独立运行、分散备用控制、主层停靠、几种运行模式、节能运行、近距避让、即时预报功能、监视面板、群控备用电源运行、群控消防运行、不受控电梯处理、故障备份等等，由于篇幅有限，功能只做概述，不予展开介绍。电梯作为载人工具，安全第一。电梯保护网络是关系到电梯安全运行的关键，可分为常规机械式保护（如安全钳、缓冲器等）、硬件保护（通过敏感元件对电执行器的直接控制）和软件保护（由电脑进行逻辑判断后执行）。电梯的正常保护包括超速保护、越位保护、门锁保护、超载保护和关门保护等。微处理器的应用使电梯保护趋向智能化，其功能也多样化。现举出一些当代电梯软件智能化保护的例子：防噪扰操作，又称顽信号，防止个别乘客特另小孩乱按轿内登记按钮如乘客重不足的，而登记个以上信号就要予以警告。盲层功能，有时为了保密和特殊需要（如某层楼为金库），不允许电梯停在该层，可用软锁形式由专职人员来确定有否必要停在该层。 停电救援, 当停电时采用蓄电池通过逆变器带动轿厢缓缓移动就近平层开门疏散乘客。抗震逃脱功能，遇地震达到一定级时，通过安装在井道里的传感器报告电脑作软件规定的救援运行。防火救援功能, 大楼某层发生为灾, 烟火传感器给出信号作右图运行。平层蠕动功能, 当楼高超过100m时，其钢绳的重力伸长要补偿为了提高平层精度，要用蠕动方式进行再平层。总之，电梯保护要实现智能化，并通过软件技术使其多样化。四、电梯群控技术简介近年来，随着经济的快速发展和人们生活水平的不断提高，城市中出现了越来越多的高层建筑和智能化建筑。而电梯做为这些建筑中的最重要的垂直交通运输工具，人们对其的运输能力、服务质量和工作效率也提出了越来越高的要求，单台电梯已不能满足人们的需求。为了缩短人们的候梯时间、乘梯时间、减少能量损耗，需要安装多台电梯并对其进行集中统一的控制。这种对多台电梯优化调度的系统就是电梯群控系统(EGCS)。当前各高层建筑由于建筑面积大，客流量多，所以在同一区域都具有并列的多台电梯一般在台以上均可组成群控组，对这一组梯群进行合理调度集中控制，以便提高电梯运行效率、减少电梯机械摩损、节约能源和获得乘客相对短的候梯时间为了实现群控，当前都采用二级计算机控制，计算机能根据客流量及客流流向对每台电梯前方停层站进行仲裁和状态分配管理机预先存人梯群基本参数如台数、客量、速度挡级、层站数等，以及现场状态信号包括厅招唤、轿厢登记、轿厢位置、轿厢运行方向等，通过接输人管理机，管理机根据这些信号按群控管理软件来分派各电梯。国外从1975年起建立了现代电梯群控系统，1988年将人工智能技术引入电样群控系统中,1994 年引入神经网络技术, 目的都是为了研究电梯交通系统的非线性、模糊性和扰动性, 但无其体和详细的报道。国内时此课题刚刚开始研究，有这方面的专利技术，但无原理性的研究。国外从本世纪二十年代起到七十年代中期（1974年），人们研究的基本属于电梯交通的统计特性，研究的电梯群控系统未使用计算机，属于继电器顺序控制群控系统和集成电路群控系统。这些研究为现代电梯群控系统打下了基础。1975年进入计算机电梯群控系统研究之后，日本的Hotoshi Aoki 等人又把人工智能技术（主要是模糊逻辑和专家系统）引入电梯群控系统，建立了专家系统知识库和模糊规则。1990年，棚桥澈等人研制出带有模糊控制的人工智能电梯群控系统ELEX系列，平均候梯时间比常规系统减少15%20%。1994年，Kita H S Markon等人首次将神经网络技术引入电梯群控系统中。接着日本东芝公司开发使用神经网络的电梯群控装置EJ-1000FN，以适应各种建筑物的交通条件变化，表明带有神经网络的电梯群控系统已进入实