西门子CPU模块6ES7516-3AN02-0AB0型号规格

1 引言

电梯作为垂直方向的交通工具，目前已经得到了广泛的运用。由于高层建筑日益增多，高层大楼往往需要几台甚至几十台电梯来满足乘客的需要。增加电梯数量虽然可以在一定程度上提高电梯的运行效率，但电梯高效运行的关键还在对客流的调度能力上。自电梯问世以来，从单梯运行到双梯并联运行，再到电梯**系统运行，已逐渐形成了电梯的交通配置理论。随着电梯需求量的越来越大，电梯群调度系统的分析、设计、调度算法等问题也随之越来越突出。而且由于系统本身具有随机性和非线性、控制目标多样性，调度系统变得十分庞大，调度算法也越来越复杂。这就需要我们采用智能控制技术对电梯**系统进行有效地改进和发展。

调度方法是电梯**系统的核心，它直接影响到各台电梯的运行和电梯系统服务的优劣。随着人工智能理论的蓬勃发展，目前已产生了多种智能电梯调度方法，如基于模糊模型的电梯调度方法、基于专家的电梯调度方法、基于神经网络的电梯调度方法和基于遗传算法的电梯调度方法。目前我国大多数是利用模糊神经网络技术解决**调度问题，而关于遗传算法应用到电梯**理论是现在研究热点。由于遗传算法在搜索优解时具有搜索不依赖于梯度信息，在搜索过程中自动获取和积累有关搜索空间的知识，并自适应地控制搜索过程，算法简单、通用、鲁棒性强，适用于并行分布处理等特点，使它在电梯**理论方面具有很大的应用前景。

2 电梯**系统遗传算法操作

本算法将目标优化过程中搜索空间的参数或解转化成遗传空间中的染色体，一定数量的染色体构成初始种群。根据目标优化函数构建适应度函数，同时计算每一个染色体的适应度函数值，然后根据适应度函数值进行选择染色体，按照一定的概率进行交叉和变异操作，产生新的染色体，形成下一代种群，继续上述操作，直到搜索到优解或者进化足够多的代数。

考虑到电梯**制系统的实时性，在每次调用遗传算法进行搜索时，只在有限时间内进行若千次搜索，而不是每次都求得收敛值。这样虽然每次得到的不是优值，但考虑到电梯**制系统的随机性，优值并没有太大的意义，因为新层站呼梯信号随时产生，其它外部条件也可能随时变化，即使在当前时刻搜索得优分配方案，在新的条件下很可能不再是优方案。当系统没有新的层站梯信号产生时，梯**制系统每隔一定的时间，就根据当前系统状态，重新调用遗传算法进行搜索，为所有未被响应的层站呼梯信号分配服务梯。遗传算法操作总流程图如图1所示。

图1遗传算法操作总流程图

本设计中染色体采用整数二进制编码，编码的对象为电梯编号，电梯数为4台，因此对电梯1-4编码分别为:00, 01, 10, 11。电梯系统的每一个未分配外呼信号对应一个2位的二进制数表达，表示该外呼信号由编码值对应的电梯前往响应。染色体长度为当前未被响应的层站呼梯信号个数的2倍，即采用了变长染色体，长度随层站呼梯信号个数变化。这样做有两个优点:一是不必一直取较长染色体，减少计算量;二是不会产生无效解。在每次优化时，如果有M个未被响应的层站呼梯信号，染色体就用一个长度为2m的整数码串来表示。一个染色体表示**系统对当前外呼信号的一种派梯方案。

以4台15层站电梯为例，用一个数组C[0...27]记录分配的层站呼梯信号编号，将1至14层上呼分别记为0-13, 2至15层下呼分别记为14—27。

如果C[0]至C[5]的值分别为1, 6, 12, 18, 19, 26，具体表示为2层、7层、13层有上呼，6层、7层、14层有下呼，对应于编码为341232的染色体。

3 适应度函数设计

遗传算法在搜索进化过程中一般不需要其它外部信息，仅用评价函数值来评价个体或解的优劣，并作为以后遗传操作的依据。要注意的是评价函数和适应度函数不是一个概念。评价函数指的是优化问题的目标函数，用遗传算法进行优化的过程就是对评价函数求极值的问题。而适应度函数是为了便于比较个体的大小及选择、交叉、变异操作而将评价函数作映射而成的函数。适应度函数值称为适应度（fitness），适应度函数表明个体对环境适应能力的强弱，遗传算法在进化搜索中依靠适应度函数值的大小来区分每个个体的优劣，适应度值大的个体将有更多的机会繁衍下一代。适应度函数评估是选择操作的依据，在具体应用中，适应度函数的设计须结合求解问题的要求。一般情况下，可以由求解问题的目标函数派生得到。

本文以4台电梯**为研究对象,则构造适应度函数:

（3）式中a决定了选择的强制性，a越小，原有适应度较高的个体的新适应度就越与其它个体的新适应度相差较大，亦就增加了选择该个体的强制性。

4 遗传算法派梯仿真

为测试**算法的性能，采用MATLAB实现基于遗传算法的电梯**系统派梯的虚拟仿真，仿真实验中设定**系统电梯配置参数如下:**系统为4台15层站电梯，速度为2米/秒，加速度1. 5米/秒2，开门时间1. 5秒，关门时间3秒，建筑物楼层高度为3米。为了测试派梯算法需要，随机产生繁重层间交通流，以下仿真是在此系统参数和交通流下进行的。

图2基于遗传算法派梯算法电梯运行曲线图

从图2中可以看出在多数情况下各部电梯在各楼层间的分布比较均匀，未发生聚群现象，上行和下行电梯数较均匀，这种交通模式下是合理的。

威海风电场建设的需求：

2006年4月，龙源集团着手建设威海风电场，同时考虑到设计风机控制的通信网络。按照规划的要求，在风电场各个结点之间通过光纤通讯,每个结点（风机）需要8个RJ45接口（目前仅使用3个）。工业以太网交换机之间采用双层冗余环网机制,在某台交换机断电情况下,不影响其他交换机设备间的通讯,切换时间要短，即交换机之间能组2层及2层以上的光纤环网且能自动寻找合适路由和切换判断故障光路。风机通讯的数据量不大，各个站点之间使用100M以太网接口即可完成工作。结点与中心控制室的服务器之间能建立私有通道，即结点不能相互访问，服务器权限高，结点内部端口可相互访问。工业防护等级在IP40以上。中心服务器与各结点通过多个冗余光纤以太网连接。整个通信系统的需要充分考虑产品间的兼容性问题，使系统的各个部分都能很好的协调、稳定的工作，把系统各个部分的性能充分发挥，坚决杜绝资源浪费等现象。

技术设计原则：
针对威海风电场建设的要求，我们本着经济实用、性能优越、技术**、安全可靠的指导思想进行设计，同时兼顾系统性能优越、技术**、运行安全可靠的前提下，尽量缩减投资，避免不必要的资金浪费。
1、实用性：风机控制的通信系统产品选取omate6000、omate2000满足用户的使用要求，并有多个成功案例，易安装、免维护、易管理，减少了使用者的工作强度。
2、可靠性：在系统设计、设备选型、调试、安装等环节都将严格贯彻质量条例，完全符合标书和国家、行业的有关标准，确保系统稳定、可靠、安全地运行。采用双纤自愈环网的组网方式更是保证了系统业务运行的可靠性。
3、开放性：系统的各种接口，核心技术具有开放性，符合国际国内相关标准，设备具有很好的互操作性。综合了业界的产品、技术和服务。
4、灵活性：本系统组网方式为双纤自愈环网，操作管理简便，维护方便。

风电现场实现的技术方案：
对于威海风电风机控制的数据通信系统，使用Omate2000数据光端机组成多个双纤自 愈子环网（见图二），传输异步串口数据的基础，将多个子环网上联到Omate6000工业以太网光交换机组成的骨干层数据传输网（见图一）上，控制调度中心的控制计算机连接在骨干以太网上，对远端风机的RTU、PLC等数据和发出控制指令。具体结构图如下图：

图一：双纤自愈全网

图二： 双纤自愈子网

方案说明：
根据该通信系统的实际情况和所传输的数据的要求，我们使用Omate6000系列工业以太网光交换机组建了该光纤传输网络。
在该系统骨干通讯网由Omate6000组成双纤自愈环网上串6个由omate2000组成的业务子环网，每个子环网内的结点数量为5～10个omate2000,这样，这六个环网，均具有极快速系统自愈能力，其自愈时间在30ms以内。
在控制中心，一共安装了6台Omate6000工业以太网光交换机和一台普通多口网络交换机，6台Omate6000的网络接口和普通交换机的网络接口连接，控制计算机的网络接口也和普通交换机的网络接口连接，这样负责各种业务管理和通讯的计算机通过普通交换机和每个环网通信，完成了和每个结点通信的要求。所有的数据管理和传输通过风力发电的控制系统的各种设备和软件实现。而Omate6000工业以太网光交换机的管理则由omate网管软件来完成。

光纤双环自愈通信系统的工作流程：
建设了整个风电项目的光纤通讯网络，在整个电厂内部，各个结点之间通过光纤通讯。在每个结点需要使用8个以太网接口的情况下，所有的光交换机均使用导轨式Omate6000光交换机，该设备体积小，占用空间少，安装简单方便。所有的数据光端机组网分为个6子网，组建了6个双纤自愈环网，在某台工业交换机、数据光端机断电或者故障的情况下，不影响其他交换设备间的通讯并保证切换时间在30ms以内，即交换机之间组成了2层和2层以上的光纤环网，能够自动寻找合适路由和切换判断故障光路。Omate6000系列交换机支持生成树协议和多种VLAN划分，支持IEEE 802.1Q协议，可以在结点和服务器之间建立私有通道，即结点不能相互访问，服务器权限高，而各结点内部的端口可以相互访问，同时网管软件具有管理权限划分，不同的管理权限操作权限也不相同。中心端为数据传输的主控端，在控制中心安装一台多口网络交换机，中心端就可以进入任意的冗余环网。

方案特殊优势：
威海风电场中应用的Omate以太网交换机和数据光端机具备独特光口、网口的状态及性能系统自检功能；光纤双环自愈通信系统有极快冗余倒换时间（节点间<1ms，网络倒换时间< 10ms）；配置了报警输出：继电器输出指示设备故障；工作温在-40℃～+80℃，适应中国北方高寒，也适应南方酷热；工作湿度在5%～95%，不怕梅雨季节；包装采用IP40防护，铝质外壳，重量轻，为风机制造商节省宝贵的空间、重量；安装方式可以是 壁挂、导轨及机架方式，为集成商节省人力和时间；电磁兼容性通过国家IEC-61000-4-2（静电ESD）3级、IEC-61000-4-4（电快速脉冲群EFT）3级、IEC-61000-4-5（浪涌Surge）3级，适应各种变速风机的环境；该产品的平均寿命MTBF是302,000小时，可以让风机运行高枕无忧。

结束语：
威海风电场采用Omate双纤自愈环网技术稳定、安全、可靠运行近2年时间，证明双纤自愈环网技术在风电行业的**性和实用性，象Omate一样国产、精品、实时的工业以太网光交换机，完全可以替代目前市场上占主导地位的国外同类产品，同时双纤自愈环网技术已经走进风电行业的厂家、业主的后续风电项目当中。