Controlador de grupo de ascensores autónomo para la reducción del consumo durante tráfico interfloor.

1621 4 h In e na ional Con e ence on Indus ial Enginee ing and Indus ial Managemen XIV Cong eso de Ingenie ía de O ganización Donos ia- San Sebas ián , Sep embe 8 h -10 h 2010 Con olado de g upo de ascenso es au ónomo pa a la educción del consumo du an e á ico in e loo Joaquín R. Fe nández V1, Pablo Co és1 y José Guadix1 1 Ingenie ía de O ganización. Escuela Técnica Supe io de Ingenie ía Indus ial de Se illa. Uni e sidad de Se illa. Camino de los Descub imien os, s/n, 41092 Se illa. [email p o ec ed], [email protected], [email protected]. Palab as cla e: T anspo e Ve ical, Ascenso , E iciencia Ene gé ica, Desa ollo Sos enible, Logís ica, Lógica Di usa, In eligencia A i icial. Resumen El a ículo desc ibe un nue o con olado de g upo de ascenso es au ónomo pa a la educción del consumo ene gé ico basado en lógica di usa. És e se basa en un algo i mo p opues o que se de alla y que despacha las llamadas de acue do con es alo aciones dis in as de cada posible asignación: una alo ación de la ene gía absolu a empleada, una alo ación ene gé ica de la ene gía ela i a empleada y una alo ación de la p oximidad de las llamadas de plan a. Las simulaciones p esen adas al inal del mismo a alan el diseño p opues o. 1. In oducción La endencia a cons ui ascacielos y edi icios de al u a cada ez mayo ha sido una cons an e en la cons ucción u banís ica po mo i os económicos y espaciales. En es as ins alaciones el anspo e e ical cons i uye un e dade o p oblema logís ico, su complejidad aumen a de o ma exponencial con su al u a. Así, se han desa ollado sis emas complejos de con ol de g upo de ascenso es (Ele a o G oup Con ol Sys em, EGCS) pa a p opo ciona un anspo e e icien e y o ece a la ez un g ado de se icio acep able. En es e sen ido el despacho de ascenso es es una ac i idad de impo ancia i al y odo EGCS lo acome e a endiendo dos aspec os p incipales: magni ud del cálculo ( iempo de espues a) y a amien o de la ince idumb e. El endimien o de un EGCS se mide según dis in os c i e ios como el iempo medio de espe as po pasaje o, el po cen aje de espe as supe io es al minu o y el consumo ene gé ico (la ene gía media empleada po un edi icio puede oscila en e el 2% y el 10% de su ac u a eléc ica o al, CIBSE guide, 2005). Alcanzado cie o g ado de so is icación, es ma emá icamen e imposible op imiza el uncionamien o a endiendo odos los c i e ios a la ez, po lo que se suele op imiza uno en de imen o de los o os según las p e e encias del p opie a io del edi icio. Además, pa a un de e minado ins an e el p oblema del despacho de ascenso es se de ine como un p oblema NP-Ha d. Así, pa a un edi icio que posee n ascenso es donde k plan as demandan el se icio de una cabina, exis en nk soluciones. De ahí la complejidad del p oblema en edi icios al os. En sis emas co ien es donde no se p opo cionan paneles numé icos de p eselección de llamadas a los pasaje os pa a indica su des ino, la ince idumb e es muy ele ada pues ni la can idad de pasaje os de la llamada ni el des ino exac o de cada uno de ellos se conoce has a que en an en la cabina. Además de la complejidad y el al o g ado de ince idumb e el EGCS debe ene en cuen a las posibles 1622 llamadas de plan a u u as. Po odo ello, es ecuen e el empleo de in eligencia a i icial o me aheu ís icas a anzadas: la u ilización de algo i mos gené icos (Siikonen e al, 2002) o de búsqueda abú p opo ciona esul ados de calidad pe o su a danza a la ho a de ob ene una solución óp ima los hace inap opiados pa a es e ipo de p oblemas donde la cues ión empo al es i al. O as al e na i as como las edes neu onales (Lu Yu e al, 2007) necesi an pe iodos la gos de en enamien o y son cos osas y complejas de implemen a , además se mues an incapaces de adap a se a a iaciones b uscas o imp e is as de la demanda. A di e encia de las an e io es me odologías mencionadas, la lógica di usa (Zong-Mu e al, 2003) es de ácil implemen ación, ápida en ejecución y po su p opia de inición pe ec a pa a el a amien o de la ince idumb e. Po odo lo expues o y dada la ele ancia in e nacional que es á adqui iendo desa ollo sos enible sob e odo como en aja compe i i a que puede ma ca las di e encias en el sec o p i ado, se p opone un EGCS basado en lógica di usa que op imiza el consumo ene gé ico. 2. Consumo ene gé ico de la cabina En la ac ualidad con el desuso de los ascenso es hid áulicos, la mayo ía de los edi icios poseen ascenso es con con apeso y sis emas de enado ecupe ado es de ene gía. El diseño suele se al (Tyni e al, 2006) que cuando la cabina se encuen a a la misma al u a que el con apeso y la ca ga de és a es la mi ad de la máxima pe mi ida el sis ema se encuen a en equilib io: Figu a 1. Pa ones de á ico exis en es du an e el día en un edi icio de abajado es. 1 1 1 2 2 2 Con apeso Cue da Cabina Ca gMáxPe mi ida Cue da m m h m m m h (1) Cuando una cabina se desplaza desde una al u a h1 hacia o a al u a h2 la ene gía po encial del sis ema cambia: 21 E mg h h mg h (2) Siendo m el balance es á ico del conjun o: 1 2 Cabina Ca gaCabina Con apeso Ca gaCabina Ca gaMaxPe mi ida m m m m m m (3) mDeck+(½) mMaximum Load+ (½)mRope mCoun e weigh+ (½)mRope 50% 1623 Uppeak Mo ning In e loo Lunch (in) Lunch (ou ) A e noon In e loo Down Peak Up T a ic Down T a ic 20 15 10 5 0 0 10 5 15 POP Time Donde el peso de las cue das en compa ación con el es o de elemen os del sis ema (con apeso, cabina y pe sonas) es insigni ican e. De es a mane a cuando el ascenso iaja en di ección descenden e con una ca ga meno que la mi ad de la máxima pe mi ida o en di ección ascenden e con una ca ga mayo que la mi ad de la máxima pe mi ida, el ascenso consume ene gía (más cuan o mayo es la dis ancia y el desequilib io es mayo ) y ice e sa. La ecnología pe mi e que una pa e de esa ene gía po encial sea de uel a a la ed eléc ica (ganancia) mien as que la es an e se pie de po ozamien o. Así, median e una asignación e icaz de las llamadas es posible ecupe a pa e de la ene gía consumida, llegándose a ob ene en algunos casos has a un balance ne o posi i o. 2.1. Conside aciones ace ca del aho o ene gé ico y el pa ón de á ico Según Ba ney (2003) exis en cua o pa ones de á ico p edominan es pa a un edi icio de abajado es que se al e nan a lo la go del día: Uppeak, Downpeak, Lunchpeak e In e loo , según el lujo p edominan e sea ascenden e, descenden e, ambos o ninguno espec i amen e: Figu a 2. Pa ones de á ico exis en es du an e el día en un edi icio de abajado es. Según la na u aleza de la demanda inhe en e a cada ipo y lo an e io men e expues o, en los pe iodos de á ico denso como uppeak o downpeak donde el inicio o des ino del iaje son conocidos de an emano, el aho o ene gé ico se á más di ícil po cuan o exis i án menos al e na i as de despacho y la densidad del á ico eque i á un mayo peso pa a una asignación según el iempo medio de espe a de los pasaje os. Po el con a io du an e el pe iodo de mayo du ación, el in e loo , la lige eza del á ico y las nume osas al e na i as de asignación pe mi i án una adjudicación basada mayo men e en c i e ios ene gé icos. 3. Despacho in eligen e de llamadas El algo i mo de despacho ealiza una doble alo ación a endiendo a los c i e ios de ene gía ( E S n p ) y de iempo de espe a ( AWT S n p ) según el pa ón de á ico igen e (pesos w1 y w2). La idoneidad de un ascenso n pa a esponde a una plan a p se calcula como: 12AWT E I n p wS n p w S n p (4) 4. Algo i mo de aho o ene gé ico basado en lógica di usa El despacho de llamadas es dinámico, cada ez que se p oduce una nue a llamada de plan a o se de ec a un cambio de masa en alguna cabina, la easignación es comple a. Como la lógica di usa es incapaz de p ocesa la in o mación en pa alelo, es necesa io es ablece el o den de 1624 PDR Deseq Di EABS[n][p] ∆E[n][p] CalidadAl e EREL[n][p] SE[n][p]= 1EABS[n][p] + 2EREL[n][p] + 3C[n][p] EABS[n][p] EABS[n][p] EABS[n][p] S S Deseq Di P óximidad C[n][p] [ 1, 2, 3] EABS[n][p] EABS[n][p] EABS[n][p] S S e aluación de las llamadas de plan a con o me a cie os c i e ios (es o cons i uye un hecho no edoso en los FL-EGCS, que siemp e se han limi ado a asigna de o ma di usa sólo la úl ima llamada de plan a p oducida, desp eciando las en ajas una easignación comple a). El algo i mo e alúa la ap i ud ene gé ica de cada cabina y asigna las llamadas de plan a según un o den con o me es c i e ios dis in os: una alo ación absolu a ene gé ica, una alo ación ela i a ene gé ica y una alo ación con o me a la con igüidad de las llamadas: Figu a 3. Diag ama de lujo del algo i mo de aho o ene gé ico. NOTA: Pa a ab e ia , se de ine de aho a en adelan e LCall (Landing Call) como llamada ealizada desde una plan a CCall (Ca Call) como llamada ealizada desde una cabina. 4.1. Res icciones El modelo p opues o sólo sigue dos es icciones básicas: - Regla colec i a: los ascenso es no pueden ecoge pasaje os que deseen iaja en sen ido opues o al desplazamien o de la cabina debido a es icciones sicológicas humanas. - Una LCall siemp e ha de es a asignada a un ascenso . NOTA: Un ascenso puede ene asignado más de una LCall o a ninguna. 4.2. Valo ación ene gé ica absolu a La alo ación ene gé ica absolu a ABS E n p es ima la can idad o al de ene gía empleada po la cabina n en esponde la llamada p. Así, depende de: - La posible dis ancia eco ida en caso de que la cabina a endie a la llamada (PDR). - El desequilib io de la cabina espec o del es ado ene gé ico nulo o de eposo si la cabina a endie a la llamada (Deseq). Valo ación Ene gé ica Absolu a Valo ación Ene gé ica Rela i a Valo ación de la Con igüidad Elección del pa n-p ganado (SE[n][p]) 1625 - La di ección ac ual de la cabina. La alo ación absolu a ac úa como una medida obje i a de la ene gía que se ía empleada en la acción conside ada sin ene en cuen a las condiciones de con o no ( es o de las demás llamadas asignadas, posibles asignaciones u u as y las posiciones y es ados de las o as cabinas). 4.3. Valo ación ene gé ica ela i a Po el con a io, la alo ación ene gé ica ela i a REL E n p ealiza una compa a i a ponde ando en e la ene gía que consumi ía la cabina n si a endiese la LCall p ( ABS E n p ) y la ene gía empleada po el es o de cada uno de los n-1 ascenso es si a endiesen la llamada LCall p. Según su de inición, depende de: - ∆E[n][p]: di e encia en e la ene gía absolu a de la posibilidad n-p y la ene gía absolu a media del es o de ascenso es si a endiesen la LCall conc e a p medida en núme o de des iaciones ípicas: ABS ABS ija ija E n p E n p E n p S n p (5) Donde ija S n p es la des iación ípica y ABS ija E n p la media ene gé ica de odas las posibles asignaciones pa a una llamada de plan a de e minada p. - La calidad de la mejo al e na i a a la cabina n pa a a ende una LCall p conc e a: [ ][ ] ABS ija ABS ija ABS ija E n p E n p CalidadAl e n p mejo E n p (6) Donde ABS ija E n p es la mejo al e na i a a ABS ija E n p pa a una llamada p dada. La alo ación ela i a ac úa como una medida de las condiciones de con o no y pe mi e oma decisiones sob e las n posibilidades de a ende una LCall y po ex ensión sob e las nxp posibilidades en gene al. De hecho, la alo ación ela i a a ec a al o den en el que las LCalls se adjudican: median e la medida ∆E[n][p] se puede de ec a si una opción de cabina pa a a ende a una LCall es mejo que las demás o no, y conjun amen e con el pa áme o calidad de la mejo al e na i a [n][p] se puede de e mina si la opción n cons i uye una asignación c í ica pa a una LCall p de e minada. Es o pe mi e esol e sa is ac o iamen e si uaciones complicadas: P.e. cuando no exis e cabina op ima pa a un despacho p en el sen ido de que odas las opciones conlle an un gas o ene gé ico conside able pe o exis e una única cabina que consumi ía signi ica i amen e menos que las demás (o incluso gene a ía po encia). Es a cabina c í ica debe de se adjudicada a la LCall p an es de se asignada a o a dis in a que puede que impida pos e io men e la asignación de ella a la LCall p. 1626 De la misma o ma, los pa áme os ∆E[n][p] y calidad de la mejo al e na i a [n][p] posibili an de ec a y esol e o as si uaciones complicadas. Po ejemplo, si exis e más de un despacho c í ico (supongamos dos) en el sen ido de que sus alo aciones son mucho más al as que la del es o de opciones, asigna la cabina del p ime o de es os despachos c í icos a o a LCall no implica la pé dida de la opo unidad c í ica pe o una ez la o a opción i al se ha cons i uido como la única de su clase, es sumamen e impo an e que la cabina de es e despacho no sea adjudicada a o a LCall. En de ini i a, la alo ación ela i a de la ene gía pe mi e econoce cuando una decisión de despacho óp ima pa a una LCall conc e a p no conduce a la op imización ene gé ica de odo el sis ema. 4.4. Valo ación de la con igüidad de las llamadas La con igüidad de las LCalls es un ac o decisi o pa a la op imización ene gé ica. Las llamadas de plan as p óximas espacialmen e en e sí deben se se idas po la misma cabina o po una di e en e según los pa ones ene gé icos de inidos po el modelo de consumo plan eado. Po ejemplo, una cabina que se desplaza en sen ido descenden e con una ca ga o al in e io a la máxima pe mi ida debe se i odas las LCalls seguidas que pueda pa a inc emen a la masa anspo ada y educi el consumo ene gé ico o incluso gene a ene gía. Po el con a io, cabinas que se desplazan en sen ido ascenden e con una masa o al anspo ada in e io a la mi ad de la ca ga máxima pe mi ida deben de a ende el meno núme o posible de LCalls po que cada nue o pasaje o que anspo e aumen a la ca ga y educe la ganancia de ene gía: Figu a 4. Ejemplos i iales: A la izq. los ascenso es deben se e el meno núm. de LCalls con igüas posibles. A la de . los ascenso es deben se i el mayo núm. de LCalls posibles. Así, la alo ación ene gé ica de la con igüidad de las LCalls es ima si una LCall p de e minada debe ía de se asignada a una cabina n de acue do con lo expues o. Depende de: - La p oximidad de la LCall p conside ada a la LCall mas ce cana ya asignada a la cabina n. - El posible desequilib io de ca ga de la cabina espec o del es ado ene gé ico nulo. - La di ección ac ual de la cabina (que a su ez depende de las CCalls y LCalls asignadas a la cabinas. 1627 La alo ación de la con igüidad con ibuye a asigna o no un g upo de LCalls ce canas espacialmen e a la misma cabina y jun o con la alo ación ene gé ica ela i a p opo ciona una alo ación de las condiciones de con o no. NOTA: Du an e la p ime a ejecución del algo i mo ninguna LCall se encuen a asignada p e iamen e po lo que el alo del pa áme o ECONT[n][p] es ce o. Una ez se ob iene el p ime pa ganado n-p, los alo es de EABS[n][p] pa a la cabina n, EREL[n][p] pa a odo el g upo de cabinas p y ECONT[n][p] pa a la cabina n y el juego comple o de LCalls p son calculados de nue o pa a ene en cuen a la LCall p asignada. Y así sucesi amen e has a que oda LCall posee una cabina asignada. 4.5. Valo ación ene gé ica inal Una ez se han ealizado las es alo aciones ene gé icas, se ob iene median e el juego de pesos [ 1, 2, 3] el pa áme o inal que ep esen a la idoneidad de la opción de despacho n-p desde un pun o de is a ene gé ico. 1 2 3E ABS REL S n p E n p E n p C n p (7) 4.6. Va iables di usas pa a el cálculo de las es alo aciones ene gé icas dis in as Cada una de las alo aciones son calculadas de o ma di usa median e sus co espondien es a iables lingüís icas. Una de las i udes de es e diseño basado en lógica di usa adica en que no es necesa io conoce a p io i el posible g ado de se icio del sis ema como ocu e en Tyni e al. (2006), donde es necesa io indica a un con olado PI el iempo medio de espe a deseado. Así, las unciones de memb esía dependen sólo del edi icio y del ipo de cabina: 5. Validación del con olado dinámico basado en lógica di usa pa a la op imización del consumo ene gé ico El algo i mo de despacho más implemen ado po las compañías del sec o es el algo i mo ―cabina más ce cana‖ (Nea es Call, NC). Sus p incipales ca ac e ís icas su sencillez, iabilidad y un iempo de p oceso pequeño. Po ello es p opues o como e e encia pa a el algo i mo de aho o ene gé ico desa ollado. Las simulaciones se han lle ado a cabo median e el p og ama de simulación de á ico e ical ELEVATE. El juego de pesos [ 1, 2, 3] se ijó a 0.4, 0.3 y 0.3 espec i amen e. El edi icio de mues a posee 19 plan as y ha sido diseñado pa a cumpli las especi icaciones de anspo e e ical (Ba ney, 2003) de mane a que posee 7 ascenso es pa a una población de F.Memb esía de Deseq M/2 M  Masa Máx Pe mi ida 0 F. Memb esía de PDR F. Memb esía de P oximidad F. Memb esía de E[n][p] F. Memb esía de CalidadAl e H  Al u a del Edi icio en m H/2 0 0 1 2  Núme o de Des . Típicas -2 -1 0.5  % de Di e encia espec o el mejo EABS[n][pFIJA] -0.5 -0.25 0 0.25 N Núm. De Plan as del Edi icio N/2 0 1628 1520 abajado es dis ibuidos homogéneamen e en e las plan as de la ins alación. Los siguien es esul ados se ob u ie on pa a di e en es demandas (Pe cen age O Popula ion equi ing se ice, POP) de á ico in e loo ( igu as 5 a 8 y abla 1): 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 POP AWP [kW/Sec] Nea es Call Alg. Ene gy Ele a o G oup Con ol Sys em Figu a 5. Función que elaciona el Consumo Medio de Po encia (A e age Was ed Powe , AWP) po Segundo y la demanda de anspo e e ical (Pe cen age O Popula ion demanding se ice, POP). Table 1. Resul ados de las simulaciones que mues an la ganancia ela i a y absolu a de ene gía POP NC Alg. EFLEGCS Di e ence %Imp o e 1% 0.26 -0.90 1.16 - 446% 2% 0.10 -0.75 0.85 - 850% 3% 1.23 0.07 1.16 - 94% 4% 1.89 0.96 0.93 - 49% 5% 1.93 1.13 0.80 - 41% 6% 1.97 1.16 0.81 - 41% 123456 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 POP Demand AWP [Kw/T ip] Nea es Call Alg. Ene gy Ele a o G oup Con ol Sys em Figu a 6. Función que elaciona el Consumo Medio de Po encia (A e age Was ed Powe , AWP) po iaje segundo y la demanda de anspo e e ical (Pe cen age O Popula ion demanding se ice, POP). 1629 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 POP Demand AWT [Sec] Nea es Call Alg. Ene gy Ele a o G oup Con ol Sys em Figu a 7. Función que elaciona el Tiempo Medio de Espe a de los Pasaje os (A e age Wai ing Time, AWT) y la demanda de á ico e ical (Pe cen age O Popula ion demanding se ice, POP). 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 POP Demand ATT [Sec] Nea es Call Alg. Ene gy Ele a o G oup Con ol Sys em Figu a 8. Función que elaciona el Tiempo Medio de Viaje de los Pasaje os (A e age T ip Time, ATT) y la demanda de á ico e ical (Pe cen age O Popula ion demanding se ice, POP). Los esul ados son concluyen es: pa a una demanda de á ico e ical baja, el aho o ene gé ico p opo cionado po el algo i mo implemen ado es ex emadamen e g ande, p oduciendo incluso ganancias de po encia pa a pe iodos conc e os de iempo con un cos e en los iempos medios de espe a de los pasaje os muy pequeño (AWT) y p ác icamen e man eniendo cons an e los iempos medios de iaje de los pasaje os. Pa a las demandas simuladas el con olado desa ollado es comple amen e capaz de despacha e icien emen e las LCalls. A medida que aumen a la demanda ambién lo hace el cos e ma ginal, de e io ando los bene icios de empeo a los iempos de espe a en de imen o del consumo ene gé ico. Cuando la demanda es conside ablemen e al a, sob e el 6% (du an e pe iodos de á ico in e loo es a a amen e sob epasa el umb al del 4%), las des en ajas de un aumen o en el iempo de espe a supe an las en ajas del aho o ene gé ico, p oduciéndose iempos de espe a que empiezan a se inacep ables y aho os ene gé icos que no me ecen la pena.