雙轎廂電梯運行分類研究

申益洙 朱德文

【摘要】提出雙轎廂電梯運行分類：即上行峰值期間的成群運行，分區(qū)運行和層間運行；闡述相應類別下的轎廂運行規(guī)律和控制技術(shù)。強調(diào)運行類別決定雙轎廂電梯設(shè)計結(jié)構(gòu)和技術(shù)理論。將由此而展開和深入對雙轎廂電梯的研究。

【關(guān)鍵詞】雙轎廂電梯；成群運行；層間運行；跨越時間

雙轎廂電梯（doublecarelevator）是多轎廂電梯的一種，現(xiàn)在出現(xiàn)的主要是日本型雙轎廂電梯和德國TWIN型電梯[1]。雙轎廂電梯是在1條井道上同時有2個獨立轎廂在運行，為的是提高建筑物的輸送效率。它與雙層轎廂電梯（doubledeckelevator）不同，不要混淆。雙層轎廂電梯的兩個轎廂并不獨立，上下層兩個轎廂相鄰，而且要一起運行。據(jù)不完全統(tǒng)計，2001～2012年，純屬于雙轎廂電梯內(nèi)容的國內(nèi)專利正式公布的有4項，國外在中華人民共和國知識產(chǎn)權(quán)局正式公布的有8項。雙轎廂電梯已經(jīng)和正在應用在德國、英國、西班牙、韓國、沙特、中國、巴西、荷蘭、俄羅斯、烏克蘭、阿聯(lián)酋、澳大利亞等國家的超高層建筑中。我國津塔于2011年安裝了雙轎廂電梯?，F(xiàn)在的情況是：雙轎廂電梯機械和結(jié)構(gòu)設(shè)計走在前，運行分析和控制算法設(shè)計走在后。本文目的在于去掉上述弊病，使雙轎廂電梯控制理論和結(jié)構(gòu)設(shè)計趨于統(tǒng)一[2]。應當強調(diào)：運行決定設(shè)計結(jié)構(gòu)和技術(shù)理論，不要陷于盲目性，對雙轎廂電梯的研究將由此而展開和深入。即根據(jù)雙轎廂電梯運行分類來闡述相應類別下的轎廂運行規(guī)律和控制技術(shù)。雙轎廂電梯運行可分成3類：上行峰值期間的成群運行；分區(qū)運行——等間隔運行；層間運行——常規(guī)運行。

一、上行峰值期間的成群運行

成群運行的雙轎廂電梯TWIN型結(jié)構(gòu)如圖1（a），有6條井道、每條井道有2臺轎廂的日本型雙轎廂電梯如圖1（b）所示。

對于成群運行的雙轎廂電梯，一般在底層有上、下轎廂基站，基站下有下存儲間（車庫樓層）和專用井道空間。全部樓層大致分上、下兩區(qū)，其中上轎廂服務(wù)上區(qū)，下轎廂服務(wù)下區(qū)。雙轎廂電梯在上行峰值期間，兩個轎廂通常在基站處接送乘客，按照目的樓層的選擇控制系統(tǒng)（DSC）使所有乘客先行登記分配轎廂，并先后從基站出發(fā)：上轎廂先出發(fā)，快速上行通過樓層下區(qū)，到達上區(qū)后，按照單層轎廂電梯運行方式一一輸送乘客到達上區(qū)的目的樓層。在上轎廂從基站開始移動一定距離的安全間隔時，下轎廂從基站開始移動，上行到下區(qū)一一輸送乘客到達下區(qū)的目的樓層。兩個轎廂都完成輸送任務(wù)后，再依次返回基站，完成雙轎廂電梯（1個電梯單元）的1個運行周期[3]。

二、分區(qū)運行

將電梯井道所在樓層分為兩個區(qū)間，上面的區(qū)間叫上區(qū)，下面的區(qū)間叫下區(qū)。雙轎廂電梯的分區(qū)運行相當于等間隔運行，或在井道底層設(shè)置基站、下存儲間和專用井道空間，或在中間樓層或頂層設(shè)置存儲間和換乘樓層（圖2）。雙轎廂電梯的上、下轎廂可以從井道底層出發(fā)，上轎廂首先運行到並服務(wù)于上區(qū)，把乘客送到上區(qū)的各個目的樓層后，可以停留在上存儲間或中間換乘樓層的中間存儲間，并不返回底層基站；或一開始直接從中間存儲間或上存儲間出發(fā)接送乘客，送至上區(qū)的目的樓層。下轎廂服務(wù)于下區(qū)并把乘客送到下區(qū)的各個目的樓層后，可以停留在下存儲間或中間換乘樓層的中間存儲間。在雙轎廂電梯的分區(qū)運行中，相比較而言，1個電梯單元的運行周期并不重要，重要的是目的樓層選擇系統(tǒng)和防止碰撞控制[4]，以及穿梭電梯直接把底層基站乘客送到下區(qū)以上的換乘樓層或換乘平臺，再由上轎廂完成上區(qū)的輸送任務(wù)。

三、層間運行

雙轎廂電梯的層間運行屬于非上行峰值的常規(guī)運行情形，即在運行中既有上行乘客，也有下行乘客，也有層間交通。所有樓層中的上區(qū)和下區(qū)也不是分得那么嚴格，即有時上轎廂可能在下區(qū)運行并接送乘客；下轎廂也可能在上區(qū)運行并接送乘客。這是雙轎廂電梯的大多數(shù)運行情形。如在圖3（a）中，下轎廂配置到來自1層而響應廳堂呼叫；已到了優(yōu)先區(qū)（上區(qū)）的上轎廂有來自普通區(qū)（下區(qū)）里的轎內(nèi)呼叫。則兩個轎廂都這樣下行。隨著時間流逝，系統(tǒng)進入如圖3（b）所示狀態(tài)。在這種情況下，上轎廂仍然下行。而下轎廂在到達第1層后，乘客進入轎廂，轎廂便關(guān)門和開始上行。此時兩轎廂有發(fā)生碰撞的可能。這是雙轎廂電梯實際運行的情形。又如在圖4中，當聚群發(fā)生時，注意到有廳堂呼叫的轎廂關(guān)門，而選擇另一個合適轎廂。對于圖中的下行廳堂呼叫，第2條井道的上轎廂3和下轎廂4都在下行，按就近原則，應選擇下轎廂4響應下行廳堂呼叫，但這樣將可能造成上轎廂3和下轎廂4的碰撞。為此，按照避免碰撞原則，讓下轎廂4關(guān)門通過，而讓上轎廂3響應該下行廳堂呼叫。在雙轎廂電梯的控制和防止碰撞的研究中，目前國內(nèi)外已取得如下成果：（1）避免碰撞要考慮的因素和方法。雙轎廂電梯運行主要要考慮的是避免兩轎廂間的碰撞。而避免碰撞設(shè)計要考慮的因素有：候梯時間、損失時間、長候梯率等。避免碰撞的軟件實施即設(shè)計實施，主要有三種方法：①停車開門方式；②撤回方式；③禁止接近方位運行。這三種方式都屬于雙轎廂電梯群控運行功能的實施，雙轎廂電梯群控運行功能除了上面三種以外，還有預先評價方式、配置方式、操作控制方式、區(qū)域設(shè)置方式、通信方式等，每個轎廂還有轎廂控制裝置。（2）雙轎廂電梯的輸送能力主要由轎廂臺數(shù)決定，而不是由其他參數(shù)，例如額定載重量、額定速度等參數(shù)決定。就是說，用同樣的人力、物力、財力來改進和提高其它參數(shù)的性能，盡管對雙轎廂電梯的輸送能力的提高有作用，但作用不大；而增加轎廂臺數(shù)對輸送能力的提高卻有決定性的作用。這對生產(chǎn)實踐和設(shè)計實施有重要意義。

結(jié)論

雙轎廂電梯的運行類型決定著雙轎廂電梯的運行結(jié)構(gòu)和設(shè)計方法，也決定著雙轎廂電梯的控制技術(shù)，這是本文給出的基本結(jié)論。目前陸續(xù)出現(xiàn)雙轎廂電梯的實施專利，應從雙轎廂電梯的運行類型上進行考察，并相應上升到雙轎廂電梯的控制技術(shù)，進而發(fā)展成控制理論。與此同時，學術(shù)界也提出一些有關(guān)雙轎廂電梯的控制理論，要使這些理論有價值，首先必須明確雙轎廂電梯適用的運行類型，以及應用技術(shù)條件；否則，這些理論只能束之高閣，實踐上很難采用。即使說是采用了，給出的數(shù)據(jù)也很難令人信服，很難經(jīng)得起實踐的檢驗。

參考文獻

[1]Lu Yu， Shingo Mabu， Kotaro Hirasawa. Multi-Car Elevator System using Genetic Network Programming for High-rise Building[C]. 978-1-4244-6588-0/10/$25.00 ?201 0 IEEE.1216-1222.

[2]朱德文，付國江.電梯群控技術(shù)[M].中國電力出版社.北京.2006.154-157.

[3]山下桜子，巖田雅史，匹田志朗，駒谷喜代俊.マルチカーエレベーターの設(shè)備計畫手法の提案[J].電學論D.Vol.125，№9.2005：862-870.

[4]朱德文.雙轎廂電梯避免碰撞設(shè)計[J].中國電梯，25（16）. 2014：33-37.

作者簡介

1.申益洙（1960-），男，沈陽人，工程師，單位：上海三洋電梯有限公司總經(jīng)理/技術(shù)總工程師， 研究方向：電梯技術(shù)開發(fā)和安裝管理。

2.朱德文（1939-），男，遼寧新民人，自動化學科教授，單位：沈陽建筑大學信息與控制工程學院，研究方向：主要從事智能控制、最優(yōu)化和電梯交通配置技術(shù)理論研究。

基金項目

國家自然科學基金資助項目：《電梯交通系統(tǒng)的智能控制及最優(yōu)配置研究》；項目編號：69874026。

城鄉(xiāng)建設(shè)部項目：《現(xiàn)代智能建筑中多轎廂電梯控制方法研究》，項目編號：2015-K2-015