基于電梯GPRS系統(tǒng)總體的設(shè)計(jì)

王吉華+許林

摘 要：電梯遠(yuǎn)程系統(tǒng)的研究，采用無線通信技術(shù)以及GPRS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，并通過系統(tǒng)硬件與軟件的相關(guān)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對電梯的運(yùn)行情況實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障預(yù)診斷以及能夠直觀的查看電梯的工作狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電梯故障并判斷引起故障的可能原因。

關(guān)鍵詞：電梯；GPRS系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

Design of the elevator system based on GPRS

Wang Ji-hua Xu Lin

（hefei， anhui province， anhui province special equipment inspection institute， 230051）

Abstract： the study of the elevator remote system， USES the GPRS wireless communication technology and network technology， and through the relevant design， system hardware and software realization of elevator's running status real-time monitoring， fault diagnosis and can be intuitive to check the working state of the elevator， elevator fault in time and to determine the possible cause of the failure.

Keywords： the elevator； GPRS system； design

電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由三大基本部分組成：現(xiàn)場監(jiān)控模塊、通信系統(tǒng)、監(jiān)控中心。現(xiàn)場監(jiān)控模塊又是由若干傳感器、控制器和微處理器構(gòu)成。主要功能有：實(shí)現(xiàn)各監(jiān)控點(diǎn)電梯運(yùn)行狀態(tài)信息的采集、傳輸和運(yùn)行控制指令。通信系統(tǒng)模塊的主要功能是：完成數(shù)據(jù)檢測以及傳輸來自監(jiān)控中心的指令信息。監(jiān)控中心的主要功能是：收集整理各監(jiān)控系統(tǒng)模塊上發(fā)送來的監(jiān)控信息，對應(yīng)監(jiān)控信息發(fā)送出相應(yīng)的操作指令。

本文設(shè)計(jì)的基于GPRS電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)包含三個(gè)組成部分：包括遠(yuǎn)程終端、數(shù)據(jù)模塊以及監(jiān)控模塊。遠(yuǎn)程終端具備實(shí)時(shí)獲取電梯工作狀況信息的功能，同時(shí)將該信息封裝、發(fā)送到GPRS模塊，GPRS模塊負(fù)責(zé)遠(yuǎn)程終端和監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)通信和信息交換，接收遠(yuǎn)程終端發(fā)送來的數(shù)據(jù)，并將監(jiān)控中心發(fā)送來的信息發(fā)送至遠(yuǎn)程終端，使得終端及時(shí)完成相應(yīng)控制指令。

1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

本課題通過基于GPRS的電梯遠(yuǎn)程系統(tǒng)的研究，采用嵌入式系統(tǒng)、無線通信技術(shù)以及GPRS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)手段，并通過系統(tǒng)硬件與軟件的相關(guān)設(shè)計(jì)，建立遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)對監(jiān)控電梯的運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，電梯信息的管理和故障預(yù)診斷，以及遠(yuǎn)程終端與監(jiān)控中心之間的雙向數(shù)據(jù)通信，最終實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心對監(jiān)控電梯的遠(yuǎn)程控制管理。通過遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，電梯維保人員能夠直觀的查看電梯的工作狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電梯故障并判斷引起故障的可能原因，系統(tǒng)具有較強(qiáng)的可靠性、安全性和實(shí)用性，并有利于維護(hù)成本的降低[。

2.系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于GPRS的電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要包括遠(yuǎn)程終端、數(shù)據(jù)模塊和監(jiān)控中心三個(gè)組成部分。遠(yuǎn)程終端具備實(shí)時(shí)獲取電梯工作狀況信息的功能，同時(shí)將該信息封裝、發(fā)送到GPRS模塊，GPRS模塊負(fù)責(zé)遠(yuǎn)程終端和監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)通信和信息交換，接收遠(yuǎn)程終端發(fā)送來的數(shù)據(jù)，并將監(jiān)控中心發(fā)送來的信息發(fā)送至遠(yuǎn)程終端，使得終端及時(shí)完成相應(yīng)控制指令。

2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

（1）遠(yuǎn)程監(jiān)測，保障電梯安全有序運(yùn)行

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)通過終端監(jiān)測設(shè)備，對電梯進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并通過信息傳輸至監(jiān)控中心，實(shí)時(shí)的現(xiàn)實(shí)出監(jiān)控對象的運(yùn)行工況，或查詢歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以對監(jiān)測對象實(shí)施24小時(shí)不間斷的監(jiān)測，當(dāng)有故障發(fā)生時(shí)，該系統(tǒng)會自動發(fā)送故障信息，同時(shí)將電梯的位置發(fā)送到監(jiān)控中心，并在監(jiān)控管理界面警報(bào)提醒，并通知給維保人員，或發(fā)送控制管理指令來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，保障電梯的安全運(yùn)行。

（2）遠(yuǎn)程管理，保證電梯運(yùn)行管理高效性

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)通過監(jiān)控設(shè)備對電梯運(yùn)行參數(shù)的遠(yuǎn)程瀏覽或修改設(shè)置，包括電梯管理數(shù)據(jù)庫的操作，如對數(shù)據(jù)庫的鏈接、查詢監(jiān)控電梯的數(shù)據(jù)庫，修改電梯管理信息及參數(shù)，查詢電梯故障率及故障排除方法等，系統(tǒng)還能進(jìn)行自我診斷，將電梯工作參數(shù)設(shè)置合理閾值。當(dāng)電梯在運(yùn)行時(shí)，參數(shù)出現(xiàn)較大波動的時(shí)候，系統(tǒng)將發(fā)出故障警報(bào)，同時(shí)還會顯示故障類型信息以及處理辦法信息以及恢復(fù)測試，提高了電梯運(yùn)行管理的效率。

（3）數(shù)據(jù)管理，為電梯發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)

在對電梯系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)配置的同時(shí)，系統(tǒng)對電梯運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行瀏覽、審核，生成電梯運(yùn)行管理數(shù)據(jù)庫，并與以前的電梯數(shù)據(jù)檔案進(jìn)行聯(lián)系；統(tǒng)計(jì)電梯的故障率、故障代碼、故障類型等，為電梯制造產(chǎn)業(yè)進(jìn)行電梯改善和發(fā)展提供了科學(xué)有效的數(shù)據(jù)。

2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的GPRS電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要由三大功能模塊構(gòu)成：遠(yuǎn)程終端模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊、監(jiān)控模塊。遠(yuǎn)程終端模塊使用RS485總線與若干數(shù)量的電梯控制器進(jìn)行連接，并與GPRS通信模塊一起構(gòu)成遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)終端，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)示意圖詳見圖2.1所示。

系統(tǒng)主要組成部分如下：

（1）電梯控制器

主要負(fù)責(zé)控制電梯的運(yùn)行，并于上一級通信控制器連接。電梯控制器上的信息采集模塊直接收集電梯工作狀況的基本信息，和通信控制器相連接，并向系統(tǒng)發(fā)送電梯工作狀況參數(shù)以及電梯運(yùn)行故障信息等。

（2）通信控制器

通信控制器由小型單片機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)成，通過控制器上的接口（如RS232、RS485等）與控制電梯組成分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)由通信控制器通過GPRS網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心組成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。endprint

（3）數(shù)據(jù)庫服務(wù)器

數(shù)據(jù)庫的功能是存儲整個(gè)系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)，如電梯基本參數(shù)、電梯運(yùn)用單位資料、電梯工作狀態(tài)信息、故障信息代碼等。

（4）通信服務(wù)器

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)使用通信服務(wù)器連接監(jiān)控對象和系統(tǒng)監(jiān)控分站。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是一種通信工具，將電梯和監(jiān)控分站以及各個(gè)分站之間相聯(lián)系。遠(yuǎn)程監(jiān)控通信服務(wù)器和監(jiān)控分站的通信使用socket協(xié)議。

（5）Internet 服務(wù)器

使用網(wǎng)頁形式的Internet服務(wù)器，監(jiān)控系統(tǒng)使用Windows NT提供的IIS。

（6）本地監(jiān)控分站

本地監(jiān)控分站有權(quán)限調(diào)用任何監(jiān)控功能以及所監(jiān)控的電梯，同時(shí)還能訪問系統(tǒng)其它監(jiān)控中心。

（7）遠(yuǎn)程監(jiān)控分站

此部分的功能是向遠(yuǎn)程用戶提供各種服務(wù)，用于數(shù)據(jù)庫中明確的監(jiān)控對象。

系統(tǒng)的具體的工作情況如下：

本次設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)終端的核心處理器使用LPC2101芯片，是一種ARM嵌入式微處理器，并采用RS485總線和電梯控制器進(jìn)行連接，采集到的電梯監(jiān)控信息經(jīng)過通訊轉(zhuǎn)換協(xié)議處理和翻譯，形成識別碼，然后通過通信模塊將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程終端。

系統(tǒng)首先在監(jiān)控對象與電梯控制器之間建立連接，為每個(gè)監(jiān)控對象分配一個(gè)物理地址，形成監(jiān)控終端子網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)終端機(jī)與通信網(wǎng)絡(luò)相互連接之后，監(jiān)控對象將和終端機(jī)享用同一個(gè)IP地址，并相應(yīng)附著到網(wǎng)絡(luò)上。GPRS網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心之間通過公共數(shù)據(jù)網(wǎng)Internet進(jìn)行連接，監(jiān)控中心通過設(shè)置固定的IP，通過IP數(shù)據(jù)包的形式完成遠(yuǎn)程終端和監(jiān)控中心的信息傳輸工作。

采用合理的軟件功能、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，監(jiān)控中心端的上位機(jī)能夠向用戶提供一個(gè)方便易懂的程序界面，該界面具備圖形化、動態(tài)化和數(shù)字化的基本特征，使得能夠完成對遠(yuǎn)程終端傳輸過來的信息的查看和處理，方便維保人員查看電梯運(yùn)行情況，了解故障信息，制定維護(hù)工作計(jì)劃。

監(jiān)控系統(tǒng)的工作過程具體如下所示：

（1）電梯運(yùn)行狀態(tài)信息采集。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)終端機(jī)首先利用核心處理器完成終端通信功能試驗(yàn)，檢驗(yàn)系統(tǒng)通訊功能，并將檢測過程中收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲；接著開始執(zhí)行GPRS附著程序，GPRS通信模塊開始進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)登錄測試，檢驗(yàn)通訊功能是否正常，同時(shí)存儲檢測數(shù)據(jù)，并將該信息格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，傳輸?shù)奖O(jiān)控中心；經(jīng)過前兩步之后，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)終端開始進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作，運(yùn)行采集程序，實(shí)時(shí)地、依次地采集系統(tǒng)所監(jiān)控的各個(gè)電梯的工作狀況信息，包括電梯上下行，開關(guān)門動作以及運(yùn)行當(dāng)前時(shí)間等基本信息轉(zhuǎn)換為識別碼，發(fā)送至GPRS通信模塊。

（2）監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸。監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸模塊主要包括遠(yuǎn)程終端機(jī)通信模塊、GPRS網(wǎng)絡(luò)、internet和監(jiān)控中心的通信模塊三大組成部分。終端機(jī)使用GPRS通信模塊與其通信接口完成連接，并向通信模塊發(fā)送控制指令，控制通信模塊進(jìn)行初始化設(shè)置以及運(yùn)行，會設(shè)置波特率、GPRS附著及網(wǎng)關(guān)以及相關(guān)激活碼。GPRS網(wǎng)絡(luò)與Internet通過Gi接口進(jìn)行連接，由通信模塊發(fā)送的信息，經(jīng)由GGSN服務(wù)器，從internet網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。監(jiān)控中心會調(diào)用預(yù)制的網(wǎng)絡(luò)功能模塊，將接收到的信息按特定的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)，整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、傳輸、轉(zhuǎn)換過程就完成了。GPRS通信模塊處于上傳狀態(tài)時(shí)，會在固定的時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)送一幀數(shù)據(jù)信息到監(jiān)控中心；當(dāng)GPRS通信模塊處于下傳狀態(tài)時(shí)，監(jiān)控中心將發(fā)送工作指令，遠(yuǎn)程終端按照該工作指令，實(shí)時(shí)進(jìn)行相應(yīng)處理，并將結(jié)果反饋到監(jiān)控中心。

（3）監(jiān)控中心數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)的遠(yuǎn)程終端通過互聯(lián)網(wǎng)將收集的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，接著監(jiān)控中心所預(yù)裝的程序?qū)ΡO(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化和加工，根據(jù)預(yù)先設(shè)置的分類標(biāo)準(zhǔn)，將接收到的各類信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分類操作，并在監(jiān)控系統(tǒng)的界面進(jìn)行動態(tài)顯示，存儲到數(shù)據(jù)庫。監(jiān)控中心可使用監(jiān)控界面上各類信息處理措施，可將遠(yuǎn)程指令發(fā)送到遠(yuǎn)程終端，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作，還可以進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)瀏覽、故障率分析統(tǒng)計(jì)等。

2.3系統(tǒng)各部分功能

（1）遠(yuǎn)程終端

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)終端是電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)最為關(guān)鍵的設(shè)備，其主要作用是采集電梯運(yùn)行工況和故障信息數(shù)據(jù)，其主要功能如下：

①通過特定的接口電路（RS485）與電梯控制器相連，進(jìn)行電梯工作狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集；

②對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將其打包封裝成IP格式數(shù)據(jù)幀，發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中或存儲在指定區(qū)域；

③對監(jiān)控中心發(fā)送來的指令進(jìn)行判斷、識別和解釋，并執(zhí)行指令操作；

（2）監(jiān)控中心

監(jiān)控中心對遠(yuǎn)程終端傳來的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析、處理，從而實(shí)現(xiàn)對被監(jiān)測電梯的實(shí)行監(jiān)測、故障分析、處理，是遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的核心組件，其主要功能如下：

①將遠(yuǎn)程終端傳輸過來的IP數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，生成動態(tài)顯示界面，或發(fā)出報(bào)警信息；

②將電梯維保人員對遠(yuǎn)程監(jiān)控電梯的操作、管理等指令，傳輸給終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)電梯的遠(yuǎn)程控制；

③將電梯的運(yùn)行工況、歷史故障信息等整理、存儲，生成電梯管理數(shù)據(jù)庫，方便工作人員查閱，并為電梯制造企業(yè)提供充實(shí)可靠的數(shù)據(jù)，為電梯制造的發(fā)展提供技術(shù)支撐。

總結(jié)

綜上所述：上述主要是對電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行初步分析，并明確了監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)的基本功能和應(yīng)當(dāng)具備的基本特點(diǎn)；進(jìn)行了系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框架的設(shè)計(jì)，并對系統(tǒng)各組成部分的功能結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)工作過程等進(jìn)行了詳細(xì)論述，最后分析了系統(tǒng)遠(yuǎn)程終端和監(jiān)控中心的主要功能。

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【文章編號】1006-2688（2017）08-0061-03

【作者簡介】王吉華（1981-），男，安徽合肥人，大學(xué)本科，助理工程師，研究方向：機(jī)電類特種設(shè)備安全檢驗(yàn)。endprint