电梯群控系统软件设计毕业论文

重庆理工大学毕业论文 电梯群控系统软件设计目录摘 要 Abstract 第1章 绪论11.1 电梯群控系统概述11.1.1 电梯群控系统的起源21.1.2 电梯群控系统的发展状况31.2 国内外电梯群控算法的研究现状41.2.1 专家系统的应用41.2.2 模糊控制的应用51.2.3 人工神经网络的应用51.2.4 遗传算法的应用61.3 课题背景、目的及意义61.3.1课题背景61.3.2 课题的目的及意义71.4 本论文研究的主要内容8第2章 电梯群控系统的网络结构设计及特征分析92.1 电梯群控系统的特性92.1.1 多目标性92.1.2 不确定性102.1.3 非线性102.1.4 电梯群控系统中信息的不完备性112.2电梯群控系统的性能评价指标122.2.1 运行距离s122.2.2 停站层数n132.2.3 候梯时间t132.2.4 乘梯时间T132.2.5 平均乘梯时间132.2.6 长侯梯率L142.2.7 拥挤度W14第三章 模糊神经网络的群控系统设计153.1 整体的控制系统图163.2 模糊神经网络模块163.2.1 模糊集合和模糊规则的确定163.2.2 模糊隶属函数的确定173.3 模糊BP神经网络的设计193.3.1 模糊BP神经网络结构的设计193.3.2 模糊神经网络的训练算法设计20第四章 程序设计224.1 PLC的编程语言224.2 程序设计常用方法224.2.1经验设计法234.2.2 逻辑设计法234.2.3 顺序控制法234.3 I/O点数的估算244.4 输入/输出的分配如下：254.5 群空器程序设计264.6 应用程序与之间的通信28第5 章电梯群控系统的仿真315.1 BP模糊神经网络的训练315.1.1 乘梯满意度的训练315.1.2 侯梯满意度的训练325.1.3 耗能满意度的训练335.2组态王6.5的简介345.3 定义I/O设备355.4 构造数据库355.5变量的定义及管理365.5.1 变量的类型36 5.5.2 定义串口类设备以及设置串口参数375.5.3 仿真PLC使用385.5.4 动画连接的概述385.5.5 组态王的命令语言395.6 图库及命令语言程序405.7 电梯在组态王中的仿真调试40第6章 总结与展望436.1全文总结436.2工作展望43谢 辞45参考文献46附件：483毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）指导教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）评阅教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格评定成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）年 月 日教学系意见：系主任： （签名）年 月 日摘 要在现代社会和经济活动中，计算机技术、自动控制技术和电力电子技术得到了迅速的发展，电梯已经成为城市物质文明的一种标志。特别是在高层建筑中，电梯是不可缺少的垂直运输设备。随着高层建筑飞速发展的今天，电梯行业也随之进入了新的发展时期,电梯控制技术已经发展到了调频调压调速，其逻辑控制也由PLC代替原来的继电器控制，其许多功能是传统的继电器控制系统无法实现的。本设计针对我国电梯业的现状，将可编程序控制器(PLC)应用于电梯进行逻辑控制，通过合理的选择和设计，不但提高了电梯可靠性、可维护性以及灵活性，同时延长了使用寿命，缩短了电梯的开发周期，并提高了电梯的控制水平，改善了电梯运行的舒适感，使电梯达到了较为理想的控制效果。本文所设计的电梯与传统的电梯相比，在运行上具有良好的舒适感，在生活中可以节约电能，取得了良好的经济效益和社会效益，达到了理想的目的。该电梯控制系统具有指层、厅召唤、选层选向、手动和自动等功能，具有集选控制的特点。在介绍电梯基本结构的基础上，深入分析了电梯的工作原理，阐述了PLC的优点及特点，重点分析了电梯的硬件设计和软件设计，研究并提出了基于PLC电梯控制系统设计的实现方案，最后对本论文的研究内容进行了总结与展望。关键词 电梯 模糊算法 PLC控制 仿真AbstractIn the modern social and economic activities, computer technology, automatic control technology and power electronic technology has been rapid development, the lift has become a symbol of urban material. Especially in the high-rise building, the elevator is not a lack of vertical transportation equipment. With the rapid development of high-rise buildings of today, the lift industry also has entered a new period of development, elevator control technology has been developed to the FM speed regulator, the logic control by the PLC to replace the original relay control, many of its functions traditional relay control system can not be achieved. The design for the status quo of Chinas elevator industry will be a programmable logic controller (PLC) used for elevator control logic, through the rational selection and design, not only to improve the reliability of the elevator, maintainability, and flexibility, while extending the of life and shorten the development cycle of the elevator and the elevator control to raise the level of the elevator operation to improve the comfort, so that the lift to reach a more satisfactory control effect. In this paper, the design of the elevator by the elevator when compared with the traditional, in the run with good comfort, in life can save energy, and achieved good economic and social benefits to achieve the desired purpose. The elevator control system has a mean layer, the Office of calls to the layer selected, manual and automatic functions with a set of features to control the election. In introducing the basic structure of the lift on the basis of the depth analysis of the working principle of the elevator, on the merits and characteristics of PLC, the focus of an analysis of the lift hardware design and software design, research and PLC based control system designed to lift the achievement of the program, Finally, the study of this thesis are summarized and prospects.Keywords elevator Fuzzy algorithm PLC control Simulation第1章 绪论在现代社会和经济活动中，电梯不仅是代步的工具，也是城市物质文明的一种标志。摩天大楼的高度限制，不仅是建筑技术上的困难，一个重要的因素是其受到电梯提升高度的限制，因此电梯技术的发展水平体现了社会的科学进步水平。信息化时代的到来，推动了智能建筑的发展，人们对电梯的服务质量也提出了越来越高的要求。单台电梯已经不能满足建筑物内的交通需要，合理安装多部电梯成为首选，因此出现了电梯群控系统(Elevator Group Control Systern，简称EGCS)。所谓电梯群控系统是指将建筑物中的多部电梯根据大楼的功能及楼层人口分布状况组成梯群，由微机控制系统统一管理电梯群的召唤和指令信号，根据系统设定的优化目标和建筑物中的实际交通状况产生最优派梯决策的控制系统。由于电梯群控系统能够有效地改善客流调度及运输效果而一直受到国际电梯业的高度重视，而作为电梯群控系统的核心群控算法的研究更是一个引人注目的课题。人工智能的出现使人们在研究方向上做出了一定的转变，从过去研究电梯交通系统的统计特性到如今更多地利用人工智能技术来研究电梯交通系统的动态特性，其目的是更好地提高电梯群控系统的运行效率。我国电梯配置与电梯系统特征的研究与国外相比还处于较落后的状态，直到1986年，国内才开始对电梯配置理论和电梯系统特性进行研究，到1990年开始对电梯系统的动态特性进行了研究。但在电梯群控方面，仍有许多理论及技术问题急待解决，因此开展电梯群控算法研究具有重要的理论意义和实际意义，这对于电梯群控系统性能是十分必要的，同时也可以改变我国目前电梯技术主要依赖于进口的不利局面。1.1 电梯群控系统概述自从电梯问世以来，从单梯运行到双梯并联运行，再到电梯群控系统运行，己逐步形成了电梯交通配置理论。人工智能的出现，使人们在研究方向上做出了一定的转变：从过去研究电梯交通系统的统计特性到如今更多地利用人工智能技术来研究电梯交通系统的动态特性。目的是更好地提高电梯群控系统的运行效率。1.1.1 电梯群控系统的起源随着高层建筑的出现和建筑面积的扩大，需要并排设置几台电梯，以完成大楼内的垂直运输任务，这样便存在着电梯相互联结的问题。安装在一起的多台电梯，要求单梯的控制系统相互联结，且装有监控系统。在这样的系统中，厅层召唤按钮对所有并联电梯来说是共有的，监控系统确定梯群中哪一台电梯去应答厅层召唤信号。这样就形成了电梯群控系统，统一分配呼梯信号，统一调度电梯。简单的两台电梯组成的梯群，粗略的分区是两台电梯分别服务于交替的楼层。可用静态和动态两种方法将厅层召唤进行分区。静态分区时，一定数目的厅层组合在一起构成一个区域；也可将相邻的上行厅层召唤安排到若干向上需求领域，相邻的下行厅层召唤安排到若干独立的向下需求区域，由此定义方向区域。动态分区时，区域的数目和每个区域的位置和范围，取决于各个轿厢运行的瞬时状态、位置和方向。动态分区是在正常的电梯运行期间定义的，按事先定义好的规则产生新的分区，并且是不断连续变化的。分区控制缩短了电梯的单台运行周期，运行效率有所提高。动态分区的算法比较复杂，因此主要以静态分区法为主。近年来，动态分区法的研究受到了重视。随着集成电路的发展和应用，1970年以后，厅层呼叫分配系统开始发展起来。当一个新的厅层呼叫产生时，选择一部最合适的电梯来响应呼叫，该呼叫就分配给电梯了。这就把群控系统和单台电梯控制器简单地联系在一起，提高了整个系统的可靠性和服务质量。这种系统使用了集成电路，可以进行一些更加复杂的逻辑运算，但对候梯时间预测的计算却无法精确进行。它在后来的十几年里非常流行，目前国内的部分群控电梯使用这种系统。1.1.2 电梯群控系统的发展状况电梯群控系统从二十世纪四十年代至今己经发展了几代。最初时使用继电器，接着集成电路的应用使系统更完善，直到今日发展成为应用计算机的现代化电梯群控阶段。1941-1971年，电梯群控系统的最初阶段使用的是继电器顺序控制，也称自动模式选择系统，它是根据特定时间段内的交通模式选择与之对应的运行方式。交通模式分为上行高峰期、下行高峰期、非高峰期等，控制方式采用时间间隔控制。时间间隔控制是指：为使梯群中的轿厢沿井道高度均匀分配，特别是在繁忙的交通需要期间，电梯群控系统以适当的时间间隔从层站楼层发出轿厢，就象公共汽车一样运行，群控系统从响应需求分配轿厢的意义上说，不依赖层站呼梯信号而工作，而是按照程序从层站楼层分派轿厢，这种控制方式的缺点是：轿厢在层站需要花费相当多的时间等待分配间隔周期，停在顶层层站常常是无用的，而且轿厢在等待分配是闲置着。这种系统的缺点是硬件复杂、可靠性低、维修困难、效率低、不能进行较复杂的逻辑推理。现代电梯群控系统的最初一代是1975年至1982年，在这一代电梯群控系统里，电梯到达楼层的预报准确度有了提高，但长候梯时间的发生率很高，控制方式是候梯时间预测控制。现代电梯群控系统的第二代是1982年至1988年，这一代群控系统取得较大发展。一是系统中加入了对交通需求的学习功能。这一功能提高了对电梯群运行状态预报的准确率，减小了长候梯发生率。二是这一代群控系统在派梯中使用了综合评价系统。当呼梯信号发生后，电梯群控系统根据交通情况和梯群的状态，对每个轿厢的多个性能指标进行综合评价，从中选出最适合的轿厢去响应呼梯信号。这一综合评价系统极大减少了乘客平均候梯时间、长候梯时间发生率等。这主要归功于对交通需要的学习功能和综合指标评价系统。随着智能建筑的兴起和对电梯群控系统的要求的提高，人工智能技术开始应用于电梯群控系统中，使电梯群控系统进入到现代群控系统的第三阶段(1988年至今)。人工智能技术作为二十世纪的新兴技术，已经在各个领域取得显著成就，对解决复杂系统的控制问题比传统的控制方法有着无法比拟的优点。这一阶段的电梯群控系统的智能化程度进一步提高，系统更趋完善，仍在进一步发展之中。1.2 国内外电梯群控算法的研究现状早在1949年，纽约联合国大厦首次使用继电器逻辑组成的电梯群控系统，经历了由当初的预选控制到后来的分区控制;随着计算机技术的迅速发展，计算机群控代替了传统的继电器群控。同时国际上各大电梯公司相继推出了与自己群控系统相适应的控制算法。在我国，电梯群控的研究最早见于1990年，主要研究电梯群控系统和人工智能。近几年我国在这方面的工作主要表现在引进国外先进技术和产品上，在此基础上力争推出自己的产品。虽然我国电梯业大量引进国外先进技术，但是很多停留在产品引进上，对关键电梯群控技术仍未能消化或根本未能引进。因此国内这方面的研究仍落后于国外，有待进一步赶上。电子技术的发展使得复杂控制成为可能。电梯群控系统采用计算机控制技术已有三十多年，计算机技术的发展推动了人工智能技术在电梯群控系统中的应用。电梯系统智能化，不仅是在概念上缩短人们的候梯时间，减少能量损耗，还要更多地考虑到乘客的心理候梯时间，对即将要发生的情况做出评价和决策。这些综合因素包括乘客心理因素以及环境因素等，对应到乘客候梯时间、乘客乘梯时间、拥挤度和能耗等优化目标，因此群控系统的作用是对多元目标进行优化控制。目前，电梯群控系统中主要采用了专家系统、模糊控制、人工神经网络以及遗传算法等人工智能技术。1.2.1 专家系统的应用在电梯控制中，电梯群控系统的特性不能完全用数学模型进行精确描述，控制经验就显得十分重要，因此专家知识对电梯群控系统的性能具有很大作用。专家系统在群控系统中应用较早，富士通的FLEX系列，日立的CIP52000系列，三菱的Al2100系列，都使用了专家系统。专家系统的功能就是有效地将一些电梯专家的知识和经验直接融合到系统的派梯优化过程中，从而对系统运行产生积极影响。由于专家经验及知识的局限性以及知识表达的不全面性，使得控制规则并不完善，因此用这种方法并不能很好地适应各种建筑物对电梯群控系统的不同要求。1.2.2 模糊控制的应用模糊控制建立在人类思维模糊性的基础上，是目前控制领域所采用的控制方法中最有实际意义的智能控制方法之一。电梯交通系统中存在着大量的不确定性，当系统的复杂程度很高而系统的状态又不易精确预测时，制定控制系统的精确模型就很困难，因此许多系统都应用了基于模糊理论的近似方法。实际中经常根据群控原则来响应厅层召唤，而群控原则大多是一些模糊概念，例如乘客候梯时间的长短、厅层客流量的大小、轿厢内乘客人数的多少以及电梯响应召唤的快慢等，这些模糊概念难以用明确的数量界限定义，也难以用普通的逻辑规则综合考虑，这时就可以采用模糊数学中的隶属函数将复杂的模糊问题转化为简单清晰的形式求解。1988年，富士通公司推出带有模糊控制技术的人工智能电梯群控系统FLEX8800系列。为了使电梯系统得到最优配置，该系统根据电梯交通状态和运行情况，利用30多种不同的评价指标完成了多级决策。对每一个决策步骤，知识库都含有预先编制的模糊规则文件，而且，带有模糊逻辑的电梯群控系统FLEX引入了最新呼梯分配方法，即在呼梯分配系统中增加一个全面评价系统，采用包括候梯时间、长时间候梯几率及预测误差几率在内的若干因素为评价指标。1.2.3 人工神经网络的应用从1994年起，神经网络技术被引入电梯群控系统，用于描述电梯群控系统的动态特性。神经网络学习的主要优点在于它可以通过调整网络连接权来得到近似最优的输入一输出映射，因此适应于难以建模的非线性动态系统，这就使得神经网络在电梯系统中有广泛的应用前景。带有神经网络的电梯群控系统克服了模糊群控系统无自学习能力的缺点，能灵活应付建筑物中变化的交通流，对误差进行校正。1.2.4 遗传算法的应用遗传算法是电梯群控系统中一种新的控制方法。遗传算法应用于电梯系统始于FI340G，于1993年推出新产品。电梯系统要求根据各个楼层的使用情况来改变系统的控制参数设定，使用遗传算法可以根据交通量的变化在线调整几十个控制参数，既保证了系统的稳定性，又可提高系统在使用情况发生变化时的跟随能力。由于遗传算法的搜索求解过程时间较长，因此如何在电梯群控实时控制环境中进行应用还存在一定的难度，这就需要对编码、遗传操作以及搜索停止条件等问题进行合理安排，才能获得较为理想的结果。1.3 课题背景、目的及意义1.3.1课题背景随着城市高层建筑和智能化建筑的增加，人们对电梯服务质量提出越来越高的要求，单台电梯往往不能满足建筑内的交通需求，为缩短人们的候梯时间，减少能量的损耗，需要合理安装多台电梯。安装在一起的多台电梯要求单台电梯的控制系统相互联动，且具有监控系统。但仅仅这种方式不能适应客流量的剧烈变化，无法改善在某段时间内必然出现的长候梯现象。对于电梯群的协调调度，要根据轿厢内的人数、上下方向的停站次数、层站及轿厢内的呼梯信号以及轿厢所在位置等因素来分析实时客流的变化情况，自动选择最适合客流的情况的输送方式。因此，多台电梯的优化调度系统，也即电梯群控系统应运而生。电梯群控系统是通过对电梯群的运行状态进行实时监测与分析，再根据不同的实际情况对各电梯进行优化调度和合理分配，进而实现电梯系统对乘客的服务质量和服务效率的改善和提高的目标。本课题来源于湖北正野电器电梯公司项目：基于控制器局域网的双电梯智能化分布式并联控制系统。项目目标是实现电梯控制系统的分布式微机控制并为小区监控做好准备。1.3.2 课题的目的及意义在研究一种控制系统前首先要明确其控制目标。电梯群控的最主要目的是提高对乘客的服务质量和降低系统的能耗，故群控的控制目标为多目标，主要有：(l)平均等候时间要短：平均等候时间为所有乘客的侯梯时间和乘梯时间的平均量。它是评价电梯控制系统性能的重要指标。(2)长时等待率要低：长时等待率为在一定时间内等待时间超过1分钟的乘客占总乘客的百分比。统计表明，乘客的心理烦躁程度与等待时间的平方成正比。当等待时间超过1分钟时，乘客的心理烦躁程度急剧上升，所以应尽量减少长时等待的发生。(3)系统能耗要低：电梯停靠的次数越多，系统能耗就越大。电梯群控系统要节能则要合理安排和调度电梯群对呼梯信号的响应，尽量减少电梯系统不必要的起停次数。(4)人流输送能力要求高：电梯输送能力很重要，输送能力不足将会造成乘客拥挤、平均侯梯时间长等不良后果。现今国内的多台电梯控制水平还不理想，有待进一步发展，存在不少问题需要进一步研究：(l)国内使用的先进的电梯群控系统大多数都是国外电梯公司制造的，或由国外电梯公司提供其控制系统部分，而国内自主版权的控制方法和技术在实际中的应用极少。(2)控制技术研究的角度看，国外已有的先进控制技术，很多都掌握在各个大电梯公司手中，其核心技术是不公开的，而国内在这些方面的研究还有相当大的差距。尽快学习和掌握这些先进的控制技术，对国内电梯工业以及其它行业的发展会有极大的促进作用。(3)有的电梯控制技术仍存在缺点和不足。例如如何把更先进的技术应用于电梯群控之中，以进一步提高现有电梯系统的运行效率，满足乘客的需求，仍需要进一步探索和研究。1.4 本论文研究的主要内容本文将控制技术中发展较为成熟的模糊算法应用到电梯群控系统中，对电梯群控系统中交通模式的识别及调度算法的确定进行了详细研究，包括输入变量的选取、隶属函数的确定、特别是调度总体评价函数的确定和系统仿真等作了深入的研究，具体来说，本文中主要完成了以下几个方面的工作：(1)简要介绍了电梯群控系统的运行特性，国内外现状及存在问题，分析模糊算法应用到电梯群控调度算法中的必要性、可行性。(2)对电梯群控系统调度算法的确定进行了详细研究，并对交通模式的具体实现过程做了定量分析。(3)在分析传统调度算法存在的诸多不足的基础上，新构建了对电梯调度进行评价的综合评价函数，将乘客平均候梯时间，乘客长时间等待率，以及系统运行能耗三个重要指标的加权平均值作为新的评价函数，并根据不同的交通模式调整加权系数。(4)应用了PLC的梯形图编程和step 7进行仿真。第2章 电梯群控系统的网络结构设计及特征分析电梯群控系统服务于乘客，必须满足乘客多方面的要求，因而它的实现是一个复杂的调度问题，其复杂性表现在固有的多目标性、不确定性、非线性和信息的不完备性等方面，可以选用多个控制模式来实现。2.1 电梯群控系统的特性电梯群控系统是多台电梯的调度问题，但是它又有自己的特点，是一个复杂的调度问题。它的复杂性表现在所固有的多目标性、不确定性、非线性和信息的不完备性。2.1.1 多目标性电梯群控系统是用来管理多台电梯并对建筑物内所有乘客提供服务的系统，它所包含的事件在时间和空间上都是离散的，其控制目标体现在服务质量、服务数量和节能三方面。因此，群控的控制目标为多目标，只要表现在以下几方面：(l)平均候梯时间要短：候梯时间是指，当乘客按下层站呼叫按钮，直到所派电梯到达此层乘客进入轿厢所经过的时间。平均候梯时间是指所有候梯时间的平均值。平均候梯时间是评价电梯群控系统重要的性能指标。(2)长候梯率要求低：长候梯时间一般是指候梯时间超过1分钟的候梯时间。长候梯率是指长候梯时间发生的百分率。统计表明，乘客的心理烦躁程度是与候梯时间的平方成正比的，当候梯时间超过60秒即所谓长候梯时，其心理烦躁程度急剧上升，所以应尽量减少长候梯的发生。(3)系统能耗要求低：单台电梯的能耗与所选电梯的驱动方式、机械性能等有关。如最初的电动机一发电机组能耗比较大，效率较低。而现在的VVVF驱动电梯的能耗和效率都比较高。所以电梯群控系统节能主要依靠群控系统合理地安排与调度梯群对呼梯信号的响应，尽量减少起停次数，同时起停次数的减少也会延长梯群的整体寿命。(4)平均乘梯时间要求短：乘客的乘梯时间是指从乘客进入电梯到乘客到达目的层乘客离开的这段时间。乘客乘梯时间的增长往往会使乘客感觉不舒服、烦躁。如去建筑物顶层的乘客在乘梯时间长于90秒时，会对停靠变得极不耐烦，所以乘客的乘梯时间应保持在一个特定的期限之内。(5)乘坐电梯的舒适度要求高：舒适度主要是指轿厢内拥挤度以及乘坐环境。(6)预测轿厢到达时间准确率要求高：很多电梯系统配有电梯到达时间显示系统，如果预测时间不准确，则会造成乘客的不安和烦躁，也会降低系统的整体性能。以上几点是系统的主要性能评价指标，可知电梯群控系统是一个多目标控制系统，而且各个目标之间是相互矛盾的。如拥挤度要求小，会使平均候梯时间增长。平均候梯时间短则会使长时候梯发生率高。所以各个指标之间的相互平衡成为电梯群控系统的控制难点2.1.2 不确定性电梯交通系统存在着大量的不确定性：(l)呼梯信号的产生层是不确定的；(2)各层站的乘客数是不确定的；(3)呼梯者的目的层是不确定的；(4)建筑物内存在的与环境因素有关的变化的交通路况是不确定的。这些不确定性的存在给群控系统确定交通模式，预测轿厢到达目的层时间等造成极大的障碍，使系统不能对某一特定情况给出最优控制。2.1.3 非线性电梯交通系统存在着非线性：(l)对同一组厅呼，在不同的时间标度下，轿厢的分配是不同的，轿厢分配的变化是不连续的。(2)所能分配的轿厢数目是有限的，受系统所有轿厢数目限制。(3)轿厢容量是有限的，当轿厢容量达到饱和点时，轿厢会不停而过。(4)轿厢会在运行中频繁改变方向。2.1.4 电梯群控系统中信息的不完备性电梯群控系统中存在着大量的不准确信息：(l)电梯轿厢中的乘客人数不能准确获得：虽然轿厢的底部装有承重装置，但由于人的个体体重差异较大，所以不能获得轿厢内乘客数的准确数据。这会导致对轿厢内拥挤度和对候梯时间的预测不准确，增加系统控制的难点。(2)乘客进入轿厢的时间因个体的不同而不同，同样不能获得准确数据。(3)乘客进入轿厢前，其目的层是不可知的。使对乘客乘梯时间的预测和对其它乘客候梯时间和乘梯时间的影响的预测误差较大。综上所述，电梯群控系统具有多目标性、非线性、不确定性、扰动性和信息的不完备性等特点。系统的这些特性使得其数学模型无法完全精确地建立起来，但电梯的运行状态则可随时获得，如电梯的运行速度、运行方向、所在楼层、轿内指令情况、厅层呼叫情况等，还可通过压力传感器得到梯内乘客数。如何更好地响应厅层呼叫和处理轿厢内选信号，提高系统的运行效率和效益是需要解决的重要问题。电梯系统的主要任务是将乘客安全、快捷、舒适地送往目的层。一个高效的电梯群控系统应以最少的电梯数目应付最大的交通客流量，而且要具有良好的用户管理功能。其主要控制目标如下：(l)乘客的平均候梯时间要尽量短，办公楼一般要求在30s左右。(2)尽量减少乘客的长候梯几率，即尽量避免产生长时间的候梯过程。(3)轿厢到达的预报准确率要高，减少乘客等待时的心理压力。(4)电梯运行时要满足人体的生理适应性，使乘客感觉舒适，加速和减速要平稳，一般应使加速度不大于2 s。(5)电梯运送乘客的时间要尽量短，并合理分配电梯应答，防止聚堆和忙闲不均。(6)选择能源消耗最少的方式，尽量降低能耗。为了实现以上目标，控制系统中必须采取先进的控制技术。在考虑单梯运行舒适、安全的前提下，运用先进的控制方法和策略，如：模糊控制、神经网络、专家系统和遗传算法等人工智能控制方法，以保证系统具有最佳的性能。2.2电梯群控系统的性能评价指标在一个控制系统中，性能评价指标通常用来衡量系统采用的控制器的优劣。因此，选择一个较客观合理的系统性能指标用以估计控制器所产生的效果就显得尤为重要。用来衡量电梯群控系统服务性能的评价指标由时间评价指标、能耗评价指标、乘客状态评价指标和乘客的容忍度评价指标等四部分组成。2.2.1 运行距离s： 指电梯的当前位置到外呼信号的位置的距离。它分为三种情况：运行方向和外呼信号的方向一致且外呼信号位置比当前电梯的位置高，那么运行距离外呼信号的方向和电梯的运行方向相反且呼叫楼层比电梯的最高目的层高，那么运行距离 外呼信号的方向和电梯的运行方向相反且呼叫楼层比电梯的最高目的层低，那么运行距离2.2.2 停站层数n：指电梯从当前位置到达呼叫信号位置所停留的站数.它是比呼叫信号位置低的电梯已响应的外呼信号集合和内呼信号集合的一个交集。2.2.3 候梯时间t： 指从外呼信号发出到电梯到达的时间，那么侯梯时间t2.2.4 乘梯时间：指电梯当前层到到达目的层的时间，那么乘梯时间2.2.5 平均乘梯时间：指插入一个外呼信号后电梯的目的信号中比插入的外呼信号高的信号的乘梯时间的平均值。插入一个外呼信号对电梯目的信号的乘梯时间的影响：设已电梯目的信号的乘梯时间集合为：插入的外呼信号，若则不变，若则则平均侯梯时间这样定义的原因是我们在关注乘梯时间的同时还比较关注还有多少时间能到达目的，这样定义同时考虑到了两个方面。2.2.6 长侯梯率L：指在电梯已响应的信号中侯梯时间超过60s的信号的比率。2.2.7 拥挤度W：指电梯的当前载重量占额定载重量的百分比第三章 模糊神经网络的群控系统设计 人工神经网络是近年来发展起来的一门新兴学科，人工神经网络是由大节点神经元经可调连接权相互连接而构成的复杂网络系统，有很强的自适应、自学习能力，训练好的网络具有预测评价功能。BP网络是目前应用最为广泛一种网络模型，通常BP算法是通过一些学习规则来调整神经元之间的连接值，学习的规则和网络的拓扑结构不变。然而，一个神经网络的信息处理功不仅取决于神经元之间的连接强度，而且与神经元的连接方式即网络的结构有关。合理的选择网络结构可以加快了网络的收敛速度，改善了学习速率和网络的适应能力。BP神经网络通常是指基于误差反向传播算法的多层前向神经网络，采用由导师的训练方式。如果把神经网络看成输入到输出的映射产:，则这个映射是一个高度非线性映射。网络结构是由输入层、输出层和隐层组成，其中隐层可以是一层，也可以是多层，前层至后层节点通过网络权值相连接，同层节点中没有任何祸合，输入层和隐层的激活函数通常为sigmofd型。但是在隐层和输出层之间的激活函数可以是线性的。BP神经网络本质上是以网络误差之平方和为目标函数，按梯度法求其目标函数达到最小值的算法。它是目前求解前馈网络中使用得最多的一个算法，具有坚实的理论基础，推导过程严谨，所得到的公式形式对称优美，通用性好。此算法要求首先确定神经网络的结构，然后用最快速下降法由输出层到隐含层再到输入层反向调整各个元件的权值和阑值，经过反复调整直至达到满意的误差值。多层前向神经网络具有如下特点:(l)能够以任意精度逼近任何非线性影射，给复杂系统的建模带来了一种新的非线性的表达工具;(2)能够同时处理定量知识和定性知识，能以模式信息表示系统的知识，并以事例为基础进行学习推理;(3)它可以学习和自适应未知信息，如果系统发生了变化可通过修改网络的联接值而改变控制效果;(4)多输入多输出的结构模型，可方便地用于多变量控制系统，由于具有分布特性，所以多层神经网络的系统特别适合处理比较复杂的问题。3.1 整体的控制系统图3.2 模糊神经网络模块3.2.1 模糊集合和模糊规则的确定因为乘梯满意度只和乘梯时间和拥挤度有关。我们把乘梯时间划分为（短、中、长）；拥挤度划分为（高、中、低）；乘梯满意度分为（不满意、一般、很满意）。他们之间的模糊规则表如下所示乘梯满意度乘梯时间拥挤度短中长低很满意很满意一般中很满意一般不满意高一般不满意不满意因为侯梯满意度只和侯梯时间和长侯梯率有关。我们把侯梯时间分为（短、中 长）；长侯梯率分为（高、中、低）；侯梯满意度分为（不满意、一般、很满意）。他们之间的模糊规则如下表所示：侯梯满意度侯梯时间长侯梯率短中长低很满意很满意一般中很满意一般不满意高一般不满意不满意因为能耗满意度只和启停次数和运行距离有关，我们把启停次数化分为（少、中、多） 运行距离划分为（短、中、长） 能耗分为（低、中、高）他们之间的模糊规则如下表所示：能耗满意度运行距离启停次数短中长少很满意很满意一般中很满意一般不满意多一般不满意不满意3.2.2 模糊隶属函数的确定我们根据实际情况选取高斯隶属函数他们分别如下1 乘梯时间的隶属函数2 侯梯时间的隶属函数3 拥挤度的隶属函数 4 长侯梯率的隶属函数5 启停次数的隶属函数6 运行距离的隶属函数7 乘梯满意度的隶属函数8 侯梯满意度的隶属函数3.3 模糊BP神经网络的设计3.3.1 模糊BP神经网络结构的设计我们设计构造了五层的模糊BP神经网络模型如图所示：第一层为输入层，每个节点代表一个输入变量，下标表示层序，1表示第一层。第二层为模糊化层，通过相应的隶属函数将输入变量模糊化式中表示相应的隶属函数第三层为模糊条件层，该层节点进行模糊规则条件部分的组合配合，实现各个输入模糊值的“乘“运算第四层为模糊判决层，该层节点与第三层节点的连接关系代表了模糊规则的结论，得出对应输出节点的模糊值大小。 第五层为去模糊化层，该层节点实现“解模糊化“将输出量从模糊值还原成数值形式，实现输出的清晰化 上述的式子中和分别表示第k层的第i个神经元的输入和输出，表示第k-1层的第i个神经元与第k层的第j个神经元的连接权， 分别为隶属函数的中心值和宽度，除第四层和第五层外，网络各层的连接权为1.3.3.2 模糊神经网络的训练算法设计输出层权值的变化 =其中为神经网络的学习率，为期望值，为输出值，为最后一层激励函数的导数。隐含层权值的变化其中为第四层激励函数的导数学习率的变化其中表示网络的误差训练目标 第四章 程序设计4.1 PLC的编程语言PLC程序是PLC指令的有序集合，PLC运行程序就是按一定的顺序，执行这集合中的一条条指令。指令是指示PLC动作的文字代码或图形符号。使用的编程语言不同，这些文字代码和图形符号就不相同。但从本质上来讲，指令的实质都是二进制机器码。同普通的计算机一样，PLC的编程软件通过编译系统把PLC程序编译成机器代码。PLC提供了功能较为完整的编程语言，以适应PLC在工业环境中的应用。利用PLC的编程语言，按照不同的控制要求编制不同的控制程序，这相当于设计和改变继电器控制的硬件接线，也就是所谓的“可编程序”。PLC的编程语言一般有五种：顺序功能图、梯形图、功能块图、指令表和结构文本。其中，顺序功能图(SFC)、梯形图(LD)、功能块图(FBD)是图形编程语言，指令表(IL)和结构文本(ST)是文字语言。梯形图(LD)是目前使用最广泛的PLC图形编程语言，梯形图与继电器控制系统的电路图相似，比较易于掌握、程序表达清楚。本系统PLC程序的编制采用梯形图语言，编程软件为STEP 7。该软件能够完成制作程序、对可编程控制器CPU的写入/读出、监控程序运行、调试程序、PLC错误诊断等一系列功能。4.2 程序设计常用方法在工程中，对PLC应用程序的设计有多种方法，这些方法的使用，也因各个设计人员的技术水平和喜好有较大的差异。现将常用的几种应用程序的设计方法简要介绍如下。4.2.1经验设计法经验设计法也叫凑试法。在掌握一些典型控制环节和电路设计的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，凭经验进行选择、组合。这种方法对于一些简单的控制系统的设计是比较凑效的，可以收到快速、简单的效果。经验设计法的具体步骤如下：（1）确定输入/输出电器；（2）确定输入和输出点的个数、选择PLC机型、进行I/O分配；（3）做出系统动作工程流程图；（4）选择PLC指令并编写程序； （5）编写其它控制控制要求的程序；（6）将各个环节编写的程序合理地联系起来，即得到一个满足控制要求的程序。4.2.2 逻辑设计法工业电气控制线路中，有很多是通过继电器等电器元件来实现的。而继电器、交流接触器的触点都只有两种状态即：断开和闭合，因此用“0”和“1”两种取值的逻辑代数设计电气控制线路是完全可以的。该方法法是根据数字电子技术中的逻辑设计法进行PLC程序的设计，它使用逻辑表达式描述问题。在得出逻辑表达式后，根据逻辑表达式画出梯形图。4.2.3 顺序控制法对那些按动作的先后顺序进行控制的系统，非常适合使用顺序控制设计法进行编程。顺序控制法规律性很强，虽然编程相当长，但程序结构清晰、可读性。在用顺序控制设计法编程时，功能图是很重要的工具。功能图能够清楚地表现出系统各工作步的功能、步与步之间的转换顺序及其转换条件。功能图由流程步、有向线段、转移和动作组成，在使用时它有一些使用规则，具体如下：步于步之间必须用转移隔开；转移与转移之间必须用步隔开；转移和步之间用有向线段连接，正常画顺序功能图的方向是从上向下或则从左向右。按照正常顺序画图时，有向线段可以不加箭头，否则必须加箭头。一个顺序功能图中至少有一个出初始步。在程序设定中，我们作如下假设：(l)假定每层楼的门厅都有门庭呼叫按钮，可在任何方向、任何楼层产生不同方向的呼叫信号。(2)轿箱总是匀速运行的，并且不存在满载，总能按照指令正常工作。(3)电梯遵循“内选优先”的原则，即优先根据轿内召唤确定电梯停靠的目的楼层和运动方向。(4)乘客不存在登记错误的目的层和厅外呼叫。(5)各厅层召唤乘客的优先权相同，由EGCS的总体评价值决定所派电梯。(6)电梯开关门的时间是定值，各乘客进出电梯时间及各乘客重量相等。(7)电梯对召唤信号的响应总是遵循先同向由近及远、再反向的原则。(8)假定所有电梯服务的范围覆盖大楼全部楼层，即未进行分区控制。(9)大楼楼层数为16层;电梯数为4部;电梯容量巧人;乘客数65人/分钟;轿厢额定速度2米/秒。4.3 I/O点数的估算采用PLC构成四层简易电梯电气控制系统。电梯的上、下行由一台电动机拖动，电动机正转为电梯上升，反转为下降。一层有上升呼叫按钮K1和指示灯H1，二层有上升呼叫按钮K2和指示灯H2以及下降呼叫按钮K4和指示灯H4，三层有上升呼叫按钮K3和指示灯H