Пути совершенстования систем управления группой лифтов

УДК 621.86

ПУТИ СОВЕРШЕНСТОВАНИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ГРУППОЙ ЛИФТОВ

В.Ю. Анцев, П.В. Витчук, Е.А. Плахова

Рассмотрены существующие системы управления группой лифтов, алгоритмы их реализации и пути совершенствования.

Ключевые слова: алгоритм управления, пассажиропоток, лифт, система управления.

Развитие лифтостроения в значительной мере определяет возможности современного высотного строительства, так как предельная высота здания ограничивается, во-первых, пропускной способностью его вертикального транспорта, во-вторых, надёжностью лифтовой шахты. Возможности лифтового оборудования зависят от достижений в области науки и техники, а также успехами экономического развития промышленно развитых стран.

Развитие инфраструктуры современных мегаполисов невозможно без многоэтажных жилых, производственных и офисных зданий, в которых эксплуатируются несколько лифтов, объединенных в группы. В этой связи актуальным видится вопрос совершенствования взаимной работы таких групп с целью повышения их эффективности. Это позволит как уменьшить число лифтов группы, так и сократить энергетические затраты существующих, что особенно уместно на фоне постоянного роста тарифов на электроэнергию.

Считается, что наилучшим алгоритмом управления группой лифтов является тот, который обеспечивает минимальные значения времени ожидания кабины пассажирами на посадочном этаже и перемещения их между этажами, а также минимизирует расход электроэнергии и при этом не требует значительных финансовых затрат [1]. При определении параметров группы лифтов и алгоритмов управления требуется аналитически оценить характеристики пассажиропотока здания. Основными такими характеристиками являются: интенсивность пассажиропотока, время ожидания кабины на этаже и время кругового рейса кабины [2].

Сложностью при определении указанных параметров является факт, что загрузка лифтового оборудования зданий и сооружений изменяется во времени по случайному закону. Однако здания и сооружения схожего типа и назначения характеризуются общностью так называемых всплесков интенсивности использования лифтов. Например, в административных зданиях и учебных заведениях расписание трудовой и учебной деятельности предопределяет характерные всплески интенсивности пассажиропотоков в начале и конце рабочего дня (рис.1) [3]. Напротив, в жилых

домах массовой застроики утренние и вечерние всплески интенсивности пассажиропотоков менее четко выражены.

200

і

ю 150

І. 100

Й

О О

га

50

0

1 1 1 1 1 1 1 1 1 і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і її і і її

1 /^1 1 1 Г 1 1 1 1 У 11 1 і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і Т і і\  1 1 1 1 Г I I 1 1 1 1 Iа 1 1 1

і Г і 1 її і 1 Г 1 1 і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і 1 1 1 1 1 1 1 1 II 1 1 1 'і1 1 _ _ І1 _ _

-А 1 V /1 1 її і--і" ГІ і і і і і і і і —і—і—і—і— ^ і ґ і —і—і— і і і і —і—і— ----- 1 ,'ц - " 1 1 1_Г* 1 1 1 Г- І Iм 1 1 ^ —1—і—1 1~~Г—1—5

7:00 3:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:0С

--------Пассажиропоток б верх --------------------Пассажиропоток вниз Время ч.

Рис. 1. Распределение пассажиропотоков в административном здании

В любом случае, если лифтовая система обеспечит критический пассажиропоток, то она обеспечит и любой другой пассажиропоток в любое время суток. Критический поток определяется некоторым «часом пик», т. е. временем, когда количество пассажиров лифта, поступающих на основной посадочный этаж (обычно первый) за единицу времени, максимально. Если максимальный пассажиропоток значителен (10-12 часов), то это сути не меняет. Если же пассажиропоток относительно постоянен в течение суток, задача существенно упрощается, так как лифтовая система призвана обеспечить именно этот постоянный по величине поток.

В настоящее время применяются два метода оценки характеристик пассажиропотока здания: метод моделирования и метод калькуляции. Исходной информацией для обоих методов является [2, 4, 5, 6]:

1. Характеристики здания: количество жильцов на верхних этажах (исходя из предположения об одинаковом среднем количестве жильцов на этаже); количество обслуживаемых этажей; расстояние, которое проходит лифт от основного посадочного до последнего этажа и от основного посадочного до первого верхнего этажа; требуемая пропускная способность лифта (группы лифтов).

2. Характеристики лифта: грузоподъемность кабины; коэффициент заполнения кабины; скорость лифта; время срабатывания тормоза; задержка при пуске привода; величина ускорения/замедления кабины; рывок (темп изменения ускорения/замедления); тип дверей (открывающиеся в середине или телескопические); ширина дверей; время открытия/закрытия дверей; время блокировки дверей (время задержки перед закрытием дверей после того, как в них прошел последний пассажир); предварительное время открытия дверей (инициация открытия дверей, прежде чем кабина достигла уровня этажа).

3. Статистическая информация: средний вес пассажира (68-80 кг, зависит от действующих строительных нормативов); время входа-выхода пассажира и др.

4. Особые факторы: этажи с ресторанами, банками, конференц-залами, клубами, парковочными стоянками, подвальными помещениями, местами для курения и т. п.

В случае оценки пассажиропотока для жилых зданий массовой застройки используется метод калькуляции. В отечественной литературе по лифтам приведены расчетные зависимости [3, 7], соответствующие, в свою очередь, методическим основам расчета пассажирского вертикального транспорта, изложенным в «Пособии по проектированию общественных зданий и сооружений» (приложение к СНиП 2.08.02) и ГОСТ Р 529412008. В этом случае рассчитывается время кругового рейса кабины - время между двумя последовательными отправлениями вверх кабины одного и того же лифта с основного посадочного этажа, которое включает в себя время на движение вверх до этажа назначения, поворота и вниз до основного посадочного этажа, а также время на остановки и стоянку на этажах.

Применение метода моделирования целесообразно для анализа пассажиропотока высотных домов, где требуется индивидуальный логистический подход к характеристикам лифтового оборудования для повышения комфортности поездок и снижения затрат энергопотребления. Отечественными и зарубежными учеными было проведено множество исследований, посвященных как непосредственно анализу пассажиропотока зданий, так и разработке методик его определения и моделирования [2, 4, 5, 8, 9]. При моделировании весь предполагаемый поток людей переносится в виртуальный. Это достигается путем генерации случайных чисел и использовании идентичных реальным алгоритмов управления группой лифтов.

Результатом моделирования является набор данных, подлежащих статистической обработке, после чего осуществляется выбор системы (алгоритма) управления группой лифтов. Классический алгоритм основывается на принципах парных и групповых систем управления, которые подразумевают выполнение следующих задач [7]:

1. На каждом этаже здания возле каждого лифта устанавливается вызывная панель (пост), имеющая две кнопки вызова (вверх и вниз).

2. Кабина каждого лифта содержит внутреннюю панель с количеством кнопок, равным числу обслуживаемых этажей.

3. В случае нажатия кнопки вызова система управления ищет первый попавшийся свободный лифт и обеспечивает его остановку на этаже вызова. В случае отсутствия свободной кабины система переходит в режим ожидания, а затем, при освобождении кабины, отправляет ее по соответствующему вызову.

4. В случае если через этаж, на котором инициирован вызов, проходит попутный лифт, то попутный лифт останавливается системой управления на данном этаже.

5. После нажатия пассажиром кнопки внутри лифта, система управления отправляет лифт на этаж назначения, ставя при этом высший приоритет выполнения на ближайший этаж в соответствии с текущим направлением движения лифта. При этом во время движения лифта учитывается логика использования попутного лифта, описанная в предыдущем пункте.

Усовершенствованные системы управления группой лифтов основываются на классическом алгоритме, дополненным одним из так называемых конфликтных критериев в качестве целевой функции. Чаще всего, таким критерием выступает минимизация затрат электроэнергии. То есть, оптимальным считается рейс с наименьшим расходом электроэнергии и временем ожидания не более 90 с. Сокращение времени ожидания и количества потребляемой энергии - две противоположные задачи, поэтому при выборе алгоритма управления вводятся весовые коэффициенты. В настоящее время они устанавливаются проектировщиком и являются постоянными величинами. Выбор подходящих значений этих коэффициентов в каждой ситуации движения приводит либо к сокращению количества электроэнергии, необходимого для перевозки пассажиров за счет снижения скорости их обслуживания, либо к обеспечению пассажиров более быстрым сервисом за счет увеличения энергозатрат.

Качественная работа лифтов и их надежность остается одним из ключевых аспектов в деле обеспечения безопасности жилых и общественных зданий, что обуславливает усложнение систем управления процессом передвижения. Поэтому ведущие производители лифтового оборудования осуществляют постоянную разработку новых все более эффективных систем управления лифтами, а также модернизацию уже существующих алгоритмов.

На сегодняшний день не существует оптимального алгоритма управления системой группы лифтов, так как каждый из них имеет ряд недостатков.

Например, в основе классического алгоритма заложен принцип парного и группового управления, который в свою очередь базируется на собирательном управлении, то есть вызовы должны регистрироваться и выполняться в соответствии с ограниченным числом условий, которые должны быть учтены при проектировании системы управления. Поскольку ограничено количество условий, по которым система управления распределяет вызовы между кабинами и свободные кабины по высоте здания, то любая система не во всех ситуациях действует наилучшим образом. При этом, чем больше условий учтено при проектировании системы группового управления, тем система сложнее, что в свою очередь приводит к увеличению числа полупроводниковых логических элементов.

Недостатком усовершенствованной системы управления является тот факт, что, не смотря на ввод конфликтного критерия, система не может обеспечить одновременно комфортную доставку пассажиров без увеличе-

ния энергозатрат.

Таким образом, актуальной является задача разработки алгоритма, в основе которого заложен принцип серверного управления лифтовыми группами с целью реализации более сложных алгоритмов без увеличения числа дополнительных логических элементов. Серверное управление также позволит внедрять большее число дополнительных функций и связывать между собой согласованную работу лифтов наряду с обеспечением комфортной доставки пассажиров без увеличения энергозатрат, что отсутствовало в существующих алгоритмах. При разработке подобных систем в качестве показателя эффективности работы целесообразно использовать число внедряемых функций наряду с уже существующими показателями эффективности.

Список литературы

1. Программное обеспечение моделирования работы группы лифтов / А.П. Шибанов [и др.] // Промышленные АСУ и контроллеры. 2003. № 8.

С. 42-43.

2. Финч Б. Регулировка компьютеризированных систем управления работой лифтов // Лифт. 2005. №1 [8]. С. 13-29.

3. Лифты. Учебник для вузов / Под ред. В. Д. Волкова. М.: Изд-во АСВ. 1999. 480 с.

4. Питерс Р., Мехта П. Схемы нагрузки пассажирских лифтов // Лифт. 2004. №2 [1]. С. 20-37.

5. Фочн Д.У. Выбор вызовов из холла по заданному месту назначения для лифтов с двойной платформой (трехмерное кодирование) // Лифт. 2005. №11 [18]. С. 4-10.

6. Анцев В.Ю., Витчук П.В., Плахова Е.А. Взаимосвязь характеристик пассажиропотока здания и износа лифтовых канатоведущих шкивов // Механика и физика процессов на поверхности и в контакте твердых тел, деталей технологического и энергетического оборудования: межвуз. сб. науч. тр.; под ред. В.В. Измайлова. Вып. 6. Тверь: ТвГТУ, 2013. С. 110-114.

7. Егоров К. А. Системы управления пассажирскими лифтами. М.: Стройиздат. 1977. 236 с.

8. Чжанру В., Хонгши Л., Хуачжун Ю. Система текущего контроля состояния лифта в реальном времени // Лифт. 2005. №4 [11]. С. 12-16.

9. Шалыто А.А., Наумов Л.А. Искусство программирования лифта. Объектно-ориентированное программирование с явным выделением состояний // Информационно-управляющие системы. 2003. № 6. С. 38-49.

Анцев Виталий Юрьевич, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой Anzev@tsu.tula.ru, Россия, Тула, ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет »,

Витчук Павел Владимирович, ст. преп., zzzVentor@yandex.ru, Россия, Калуга, Калужский филиал ФГБОУ ВПО «Московский государственный технический

университет им. Н.Э. Баумана».

Плахова Евгения Андреевна, студентка, shenja1991@mail.ru, Россия, Калуга, Калужский филиал ФГБОУ ВПО «Московский государственный технический

университет им. Н.Э. Баумана».

WAYS OF EMPROVEMENT OF CONTROL SYSTEMS OF ELEVATORS GROUP V.J. Anzev, P.V. Vitchuk, E.A. Plakhova

The existing control systems of elevators and algorithms for their implementation are considered.

Key words: control algorithm, passenger traffic, elevator, control system.

Anzev Vitaliy Jur ’evich, Doctor of Technical Science, Professor, Head of Department, Anzev@tsu.tula.ru, Russia, Tula, Tula State University,

Vitchuk Pavel Vladimirovich, senior lecturer, zzzVentor@yandex.ru, Russia, Kaluga, Bauman Moscow State Technical University Kaluga Branch,

Plakhova Evgeniya Andreevna, student, shenja1991@mail.ru, Russia, Kaluga, Bauman Moscow State Technical University Kaluga Branch.

Получено 28.06.2013 г.

УДК 621.8

ГЕОМЕТРИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ СТРЕЛЫ И ПЕРЕДНЕГО ПЛЕЧА ХОБОТА ШАРНИРНО-СОЧЛЕНЕННЫХ СИСТЕМ ПОРТАЛЬНЫХ

КРАНОВ

В. А. Раевский, В. А. Носов

Разработана уточненная аналитическая методика кинематического синтеза шарнирных стреловых систем, в которой учитывается высота корпуса шарнира хобота. Данная методика позволяет более точно составить математическую модель реального объекта (портального крана с прямым хоботом). Методика реализована в пакете MathCAD.

Ключевые слова: портальный кран, шарнирная стреловая система, геометрический синтез.

Основной особенностью портальных кранов по сравнению с другими типами поворотных кранов является конструкция стреловых устройств.