一种电梯仿真模型的设计

引言

在越来越提倡以人为本、工匠精神的当今社会 , 电梯运行方式在用户体验和耗能方面却不尽如人意 ,这主要表现在高峰期时 ,外呼只考虑乘客"需求方向"和"呼梯层与轿厢当前楼层距离"两个因素 ,使得电梯调度形同虚设 , 高峰期时电梯几乎层层停靠:另外 , 电梯满载直驶功能常使次高层分配不到电梯 ,部分乘客常常反向截梯先行入梯 ,最终导致反向截梯现象严重 , 电梯路线规划不合理 。但是 ,现在电梯统计数据能力缺乏且调用数据不方便 ,而实验室用的电梯模型也没有模拟电梯等候厅的装置 ,这就使得研究人员所做实验与真实情况存在较大差异。鉴于此 ,本文设计了一种包括模拟电梯等候厅装置的电梯仿真模型。

1 机械结构

电梯仿真模型(图1)模仿真实电梯的结构 ,符合《电梯制造与安装安全规范》(GB 7588一2003)设计规范 , 结构齐全 ,能够实现实际电梯的基本功能 。该仿真模型包括电梯模型和电梯等候厅模拟装置、称重装置和底板等 , 电梯等候厅模拟装置包括人体模拟装置、电梯外召装置。

1一 电梯模型;2一人体模拟装置;3一 电梯外召装置;

4一称重装置;5一底板。

图1 电梯仿真模型

人体模拟装置还包括导轨滑块、导轨、固定支杆、固定套、固定板、气缸、推板 ,导轨滑块滑行于导轨上 , 固定支杆固定在导轨滑块上 , 固定板通过固定套固定在固定支杆上 ,气缸固定在固定板上 ,推板设置在气缸活塞杆上。

人体模拟装置的固定板与固定支杆还有固定套可拆卸连接 ,通过螺丝锁紧固定板与固定套以固定在固定支杆上 ,可以松掉螺丝重新调整固定板位置再锁紧 ,方便更好地拆卸更换。

电梯模型具有铝型材构成的井道框架 ,井道框架顶部安装有曳引机 ,曳引机的曳引轮连接有曳引绳 ,曳引绳连接有模型轿厢和对重装置 ,通过导向轮提供稳定的滑动 。通电时 ,在人体感应器感应范围内 ,按动上行召唤按钮或下行召唤按钮 ,控制电路控制曳引机带动模型轿厢到达指定楼层 ,对重装置与模型轿厢相对运动。

井道框架内部有竖直设置的模型轿厢导轨 , 限定模型轿厢只能沿竖直方向移动 ,模型轿厢外侧设置有模型滑块 , 模型滑块与模型轿厢导轨滑动连接 ,使得模型轿厢更容易上下运动。

同时 ,井道框架的底部设有缓冲器 ,用于防止模型轿厢下行速度过快撞击井道框架底部。顶部设置有信号灯 , 当电梯载重达到预设值时 ,信号灯开启: 当使用满载直驶功能时 ,信号灯开启 ,并且只响应特定楼层电梯外召。

井道框架顶部设有上极限保护开关 ,底部设有下极限保护开关 , 以保证模型轿厢运行不超出行程 ,如果超出上限位或下限位 ,则电机会自动停止 ,不再工作。

井道框架在对应于电梯模型各层的位置均设有楼层感应器 ,楼层感应器与模型轿厢门机电连接 ,模型轿厢能移动至触发楼层感应器以使模型轿厢的门滑动至打开或闭合 , 同时取消该楼层电梯外召装置的上行召唤按钮或下行召唤按钮的信号 ,并在电子显示屏上显示"电梯已到达"的信息。

外召装置包括支撑钢板、人体感应器 、上行召唤按钮 、下行召唤按钮和电子显示屏 ,人体感应器、上行召唤按钮、下行召唤按钮和电子显示屏均安装于支撑钢板的通孔上 。井道框架一侧设有与楼层数相对应的若干个竖直排列的与电梯外召装置等同构造的电梯模型外召装置 ,该电梯模型外召装置大小与电梯模型楼层相对应 ,小于电梯外召装置。

电梯模型 、电梯外召装置 、人体模拟装置均安装于底板上 , 电梯模型底部铝型材通过螺丝固定在底板上 , 电梯外召装置通过直角支架固定在底板上 ,用螺丝锁紧 ,人体模拟装置的导轨通过螺丝固定在底板上 ,底板上还预留有位置给电路线槽、控制系统还有电源等。

2 控制流程

接通电源 ,在人体感应器的感应范围内按动指定楼层的上行召唤按钮或下行召唤按钮后 ,模型轿厢运动到指定楼层 ,同时打开轿厢门机 ,取消该楼层召唤信号。电梯外召装置会同步显示召唤楼层的上行召唤信号或下行召唤信号 , 当轿厢到达指定楼层时 , 电梯外召装置也会取消该楼层召唤信号 , 当人体模拟装置与电梯外召装置进行互动时 ,该互动也会带动模型的各机构构件运动。

通过链条带动或电驱动等各种动力方式 , 导轨滑块沿导轨方向滑行 ,模拟人在等候厅路过及停下 ,气缸模拟手臂 ,模拟人体伸出手臂时 ,设置两个在竖直方向并列安装于固定板上的气缸方便按外召按钮 , 当从气缸无杆腔输入压缩空气时 ,有杆腔排气 ,气缸两腔的压力差作用在活塞上所形成的力推动活塞运动 ,使活塞杆伸出 ,将推板压向上行召唤按钮或下行召唤按钮 , 电梯外召装置的人体感应器感应到推板靠近 ,推板压到上行召唤按钮或下行召唤按钮 ,实现召唤功能。当导轨滑块带动人体模拟装置离开人体感应器的感应范围时 ,如果上行召唤按钮或下行召唤按钮有信号 ,则取消信号 , 以减少电梯运行次数 ,减少资源浪费。

底板上设有称重装置 , 当把重物放到称重装置时 ,通过计算换算模拟轿厢人数 ,通过换算显示模型轿厢内的拥挤程度显示在电子显示屏上 , 同时显示屏上会显示电梯当前位置信息等 ,操作电梯模型会同时联动到电梯外召装置上 , 同时操作电梯外召装置也会联动到电梯模型上 。在人体感应器感应到人体信息的情况下触碰电梯外召装置的上行召唤按钮 ,如果电梯外召装置与该楼层对应 ,则电梯外召装置的上行召唤按钮被按下 , 同时在电子显示屏上显示电梯运行情况:如果不是对应楼层 ,那么在电子显示屏上显示电梯运行情况 ,反之亦然。

采用跃迁调度算法 , 当电梯应答召唤信号时 ,控制系统在"需求方向"和"呼梯层与轿厢当前楼层距离"的基础上 ,综合四个因子:层站的候梯厅人数N、层站被错过次数C、层站候梯时间T、该层呼梯按钮被按下次数P。然后设置跃迁条件和虚拟层站 ,每一 阶的容量有限 ,且呈金字塔模型 ,越高阶容量越小一阶的级别越高 ,拥有的层站数越少 。 当高阶满位时 ,低阶层站即使满足跃迁条件也无法跃迁 ,必须等高阶层站分配电梯后腾出了空位方可跃迁 ,结合权重系数和自适应算法 ,从而优化电梯调度算法 ,提高电梯运行效率。

3 结语

本文设计了一种电梯仿真模型 ,通过外设电梯等候厅模拟装置 ,可以模拟等候电梯时的人流:建立了贴合现实的电梯等候场景 ,达到了更直观的观察效果 ,并通过各传感器获得数据,实时更新电梯等候情况 ,可以获取连续的实验数据。同时 ,本文的电梯模型与现实电梯基本一致 , 能够完整地演示现实电梯的功能 ,且造价低 , 易于维护。