基于EVALPSN的循環(huán)式多轎廂電梯避撞設計與實現*

趙 欣，歐 劍，李 理

（1.綿陽職業(yè)技術學院，四川 綿陽 621000；2.西南科技大學計算機學院，四川 綿陽 621000）

基于EVALPSN的循環(huán)式多轎廂電梯避撞設計與實現*

趙 欣1，歐 劍1，李 理2

（1.綿陽職業(yè)技術學院，四川 綿陽 621000；2.西南科技大學計算機學院，四川 綿陽 621000）

多轎廂電梯系統作為垂直運輸的新方式，避免轎廂之間的碰撞成為了其安全運行急需解決的重要問題。根據循環(huán)式多轎廂電梯控制系統的轎廂安全運行準則，分析了循環(huán)式多轎廂電梯系統的避撞控制問題，研究了基于帶有強否定的擴展矢量注解的邏輯規(guī)劃方法,設計一種電梯轎廂安全避障方法。通過建立了禁止轎廂危險運行的EVALPSN算式，避免了派梯中所選轎廂在井道中發(fā)生碰撞，保證電梯控制系統的安全運行，實驗結果表明：所設計的方法針對循環(huán)式多轎廂斷電梯避撞問題有較好的效果，可有效地保證多轎廂運行的安全性。

多轎廂電梯，EVALPSN，避撞，邏輯規(guī)劃

0 引言

現代城市迫于人口和資源的壓力，越來越重視土地資源的利用率，高層建筑層出不窮。隨之而來的客流上下運輸壓力不斷加大，傳統的單轎廂電梯很難滿足需要。新的情況下要求電梯設備占用的空間盡可能少，運輸效率盡可能高。多轎廂電梯MCE（Multi-Car Elevator）或一井多梯電梯應運而生［1-2］，在原有的一條電梯井道一個電梯轎廂的基礎上在井道中增加多個電梯轎廂，通過變平面為立體的方法把井道內多余的空間利用起來，有效提高垂直交通系統的運載效率，緩解了高層建筑大客流的電梯運輸壓力。

目前多轎廂電梯分為雙層轎廂電梯DCE（Double-Car Elevator）、循環(huán)式多轎廂電梯CMCE（Circulatory Multi-Car Elevator）和單井道多轎廂電梯SMCE（Single-shaft Multi-Car Elevator）［3-4］。其中，雙轎廂電梯DCE是指在一個井道中有兩個轎廂，并且彼此相連。而CMCE和SMCE則是在一個井道中運行多個彼此不相連的轎廂，區(qū)別在于在一個井道內多個轎廂是否單方向運行。如果是，且相鄰井道內轎廂運行方向相反；則稱之為循環(huán)式多井道多轎廂電梯系統，否則稱之為單井道多轎廂電梯系統。由于這兩種多轎廂電梯系統在一個井道內要運行多個彼此不相連的轎廂，就帶來一個重要的安全問題：多轎廂避撞。

多轎廂電梯的問世受到國際上電梯及控制界專家學者的高度關注［5］。多轎廂避撞問題成為多轎廂電梯能夠推廣應用急需解決的主要問題之一。就目前的研究而言，有硬件和軟件兩種解決方法，文獻［6］在硬件上應用傳感器檢測相鄰兩個轎廂的距離，當此距離小于半個轎廂身位時判斷要發(fā)生碰撞并使其中一個減速；文獻［7］將在輸油管道過程控制中得以成功應用的EVALPSN安全驗證的方法應用于多轎廂電梯系統中，研究了單井道多轎廂電梯系統避撞問題，但還沒有對于循環(huán)式多轎廂電梯系統安全避撞的解決方法。

本文針對循環(huán)式多轎廂電梯系統，應用EVALPSN（Extended Vector Annotated Logic Program with Strong Negation）約束規(guī)劃，建立了EVALPSN算式，采用軟件的方法解決了其避撞問題。

1 EVALPSN邏輯規(guī)劃

EVALPSN稱之為帶有強否定的擴展矢量注釋的邏輯規(guī)劃，是一種可以實現實時智能控制的約束推理方法。

矢量注釋指在EVALPSN中每個矢量明確對應一個注釋［8-10］。例如（a，b）是一個矢量，μ是一個注釋，那么在EVALPSN中一個矢量注釋的格式為［（a，b），μ］。其中（a，b）部分的范圍為（0，0）到（n，n）?？勺⑨尩念悇e為未知，事實，約束，無約束，可變等等。

擴展矢量注釋指在矢量注釋的基礎上增加一位擴展字母。設p是一位擴展字母，［（a，b），μ］是一個矢量注釋，那么在EVALPSN中一個矢量注釋的格式為p：［（a，b），μ］。

否定在EVALPSN中指矢量┐1邏輯變換和注釋┐2邏輯變換。

矢量┐1邏輯變換的形式為┐1（a，b）=（b，a）。

注釋┐2邏輯變換的形式分為兩種：

具體選擇是要根據不同注釋字母意義的定義來選擇邏輯變換式。

在實際問題中，往往不是非正即負的邏輯關系，可能發(fā)生多種情況，強否定（～）在EVALPSN中指若L為一個擴展矢量注釋，表示一種情況，那么除L情況外的所有可能情況表示為～L，是L的強否定。

設L0…Ln都是擴展矢量注釋，則LE=L1∧…∧Li∧～Li+1…∧～Ln→L0，該式稱為EVALPSN算式，可以實現約束、禁止和允許等功能。

2 循環(huán)式多轎廂電梯避撞算法

本文應用EVALPSN的約束能力驗證循環(huán)式多轎廂電梯系統的安全性。并設定循環(huán)式多轎廂電梯系統運行的安全準則：

①只能垂直運動并且不能超越前一個轎廂。

②每個電梯井中的轎廂只能沿同一個方向運動。

本文研究的循環(huán)式多轎廂電梯系統，乘客在門廳按目的地樓層按鈕進行呼叫（即已知目的地樓層），并且相鄰兩個井道內轎廂的運行方向相反，實現循環(huán)運行，如圖1所示。

圖1 循環(huán)式電梯系統示意圖

根據安全運行準則，建立 EVALPSN算式（clause）L1∧…∧Li∧～Li+1…∧～Ln→L0（其中L1到Ln為條件，L0為結果）。約束循環(huán)式多轎廂電梯兩種危險運行方式。一種是在上行（下行）電梯井中下行（上行），如圖2所示。另一種是在設置的接梯路線上有前面的轎廂停靠或要?？吭谠撀肪€中間，如下頁圖3所示。

圖2 第一種運行方式示意圖

圖3 第二種運行方式示意圖

設擴展矢量注釋LYX表示轎廂運行是否符合井道規(guī)定方向：

ci表示第i個轎廂，t表示在t時刻，μ1∈{s，p，d}，p（stopping）表示轎廂正在?？浚瑂（same）表示轎廂運行方式與所在井道規(guī)定的運行方式相同，d（different）表示轎廂運行方向與所在井道規(guī)定的運行方向不同，μ1∈{α，β}，α表示事實，β表示禁止。例如LYX（c2，t）：［s，α］表示2號轎廂在t時刻的運行方向與所在井道的規(guī)定方向相同。

設擴展矢量注釋LYX表示電梯響應：

其中，DZc-d表示呼叫地址，即從c層到d層樓的呼叫信號，μ3∈{y，n}，y（yes）表示電梯響應該呼叫信號，n（no）表示不響應。例如LYX（DZ3-7，c2）：［n，β］表示2號轎廂不響應從3層到7層的呼叫信號。

設擴展矢量注釋表示呼叫信號：

其中μ4∈{y，n}，y（yes）表示有呼叫信號，n（no）表示沒有，例如：LHJ（DZ3-7，t）：［y，α］表示在t時刻有從3層到7層的呼叫信號。

約束條件1：運行方向約束YS1

轎廂的運行方向應該與所在電梯井道規(guī)定方向相同，運行方向約束：YS1：［（m，0），β］可以列寫為：

如圖4所示。

圖4 第1種約束運行方式示意圖

約束條件2：運行方式約束YS2

YS2主要約束后一轎廂超越前一轎廂的行為。例如在t時刻，轎廂ci要響應從c層到d層的呼叫信號，若有其他前面的轎廂cj正在響應中間樓層的呼叫信號，或有轎廂正?？吭谥虚g樓層，那么該響應將被禁止。運行方式約束YS2：［（n，0），β］可以列寫為：

圖5 第2種約束運行方式示意圖

描寫，運行方式約束效果如圖5所示。

因此，循環(huán)式多轎廂電梯避撞的約束EVALPSN算式為：

通過式（6）來保證循環(huán)式多轎廂電梯系統安全運行。

3 實驗與仿真分析

分析實例信息數據如圖6所示。在規(guī)定方向為上行的電梯井道中，假設有3個電梯轎廂c1，c2和c3分別處在第5、3和1層。其中c1正在響應第10層的呼叫信號。

圖6 實例信息圖

隨機產生一組10個呼叫信號，檢驗其適應度函數值，函數值越大表示該轎廂越適合響應，函數值若為0，則代表不能響應，在本實驗中就表示為可能發(fā)生碰撞的行為。實驗設定轎廂1的響應時間為3 s～10 s，分別在3 s，5 s和10 s的時間點檢驗轎廂2的響應10個呼叫信號的情況，結果如圖7所示。

圖7 信號響應結果

可以看出，隨著轎廂1的運行，5層到10層的空間不再有障礙，轎廂2能夠響應的呼叫逐漸增加，抽取第2，第4，第1個信號分別為［3 4］表示3層到4層的呼叫，［4 8］和［6 3］，表明開始是轎廂1在5層，［3 4］信號因為無障礙運行，所以開始就能被響應。［4 8］信號因為障礙不能被響應，當轎廂1到達8層以后時才被響應。［6 3］信號因為方向相反所以一直都不能被響應。

實驗將EVALPSN算法應用在呼叫信號登記之前，若呼叫信號為被約束的危險運行方式，則不應被登記，電梯不執(zhí)行派梯響應。所以，在實驗仿真中檢測登記信號可以驗證EVALPSN算法的可行性和有效性。

實驗電梯呼叫信號登記在PLCSM1.0口，呼叫信號被登記后，SM1.0口數值由0變?yōu)?，并保持到響應該呼叫信號結束。

在實驗電梯正常運行中，給出3個呼叫信號：7層上呼叫，8層下呼叫，12層上呼叫。根據已知條件，8層下呼叫屬于第一種危險運行方式，12層上呼叫屬于第二種危險運行方式，都應該被禁止；7層上呼叫為正常呼叫信號，應該被登記，等待派梯響應。那么，在SM1.0口的理想數據應該如表1所示。

表1 SM1.0的期望值

實驗分別輸入3個呼叫信號，檢測結果如圖8所示。

圖8 實驗檢測結果

由圖8可知，對于安全呼叫信號7層上呼叫，SM1.0口在第三秒鐘成功登記，數值由0變?yōu)?，并在第十秒鐘完成呼叫任務，重新變?yōu)?；而對于危險呼叫信號8層下呼叫和12層上呼叫則沒有登記，電梯不響應此呼叫信號。由此可以驗證，EVALPSN能夠有效地避免在循環(huán)式電梯系統中多轎廂間的碰撞問題。

4 結語

多轎廂電梯的安全避撞是電梯安全運行的前提，是完成電梯的優(yōu)化調度的重要依據。本文依據多轎廂電梯系統控制理論，將EVALPSN應用于循環(huán)式多轎廂電梯控制系統。探討了EVALPSN在約束循環(huán)式多轎廂電梯系統避撞的應用，建立了EVALPSN算式，提出了一種解決算法。保證了在派梯中所選轎廂運行的安全性，避免其在井道中與其他轎廂發(fā)生碰撞。通過實例的仿真分析，驗證了本文方法的有效性及可行性。

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Collision Avoidance Design and Implementation Based on EVALPSN for Circulatory Multi-car Elevator

ZHAO Xin1，OU Jian1，LI Li2
（1.Mianyang Vocational and Technical College，Mianyang 621000，China；
2.School of Computer，Southwest University of Science and Technology，Mianyang 621000，China）

The multi-car elevator system is the new way of vertical transportation.It is the most important safety problem to avoid the cars collision.In this paper，a method has been put forward based on EVALPSN（Extended Vector Annotated Logic Program with Strong Negation），which is constructed by formalizing the system safety properties to be secured.EVALPSN clauses has been built up，a threecar circulatory multi-car elevator system been taken as an example，and the simulation results show that the proposed method has a great effect for the problem of the circulatory multi-car elevator.It can guarantee the safety of multi-car elevator control system.

multi-car elevator，EVALPSN，avoid collisions，logic programming

TP391

A

1002-0640（2015）05-0131-04

2014-03-14

2014-05-21

國家“八六三”基金資助項目（2009AA032906）

趙 欣（1963- ），女，重慶人，副教授，碩士，研究方向：工業(yè)自動控制、電氣工程的設計與研究及計算機軟件開發(fā)等。