軟件協議轉換在居住小區樓宇對講與電梯聯動中的應用

文｜武漢虹信技術服務有限責任公司 胡西平 黃曉艷

在高層建筑中，都普遍存在樓宇對講和電梯兩個子系統。一般情況下，這兩個子系統都是獨立運行的。用戶需到達電梯口按鈕，并等待電梯到達；對訪客乘坐電梯到達的樓層也不能有效控制，給人們的生活帶來不便，安全帶來問題。為了提高用戶生活的便利性、舒適性和保證電梯的安全，需要實現樓宇對講和電梯兩個系統的聯動。

要實現兩個系統的聯動，業界目前有兩種方式可供選擇[1-5]：

（1）協議硬件轉換方式。

樓宇對講系統“電梯聯動模塊”采集每戶室內分機的“開鎖”按鍵信號，并提供通信協議，通過協議轉換器的硬件實現樓宇對講系統與電梯樓層控制系統的485通信協議轉換。每一部電梯需使用一個協議轉換器，協議轉換器的廠商必須與電梯控制板的廠商一致。需要樓宇對講廠商提供通信協議。

（2）信號硬件采集方式。

樓宇對講系統以干觸點信號的形式傳輸給電梯樓層控制系統的樓層信號采集器來實現聯動，有兩種方式：一種是觸點聯動控制；另一種是總線聯動控制。采用總線控制方式是這一領域應用的必然趨勢。

上述兩種方式，硬件采集方式需要對設備或接線進行改造，通信協議硬件采集方式需要通過更換電梯控制板來保證協議轉換器與電梯控制板廠商一致，對原有系統改動較大，每部電梯一個協議轉換器，聯調和重新驗收成本較高，特別是對改造工程。

在研究前人成果的基礎上，本文介紹了如何采用軟件的協議轉換來實現樓宇對講與電梯的聯動。通過總線聯動控制方式引出485 通信協議，通過串口服務器將485 通信協議轉換成網絡數據，通過交換機將樓宇對講與電梯聯系起來，用軟件實現兩者之間的協議轉換。由于用軟件實現，在不改造原有電梯系統，保證整個系統的安全性的前提下，又具有了軟件的特征和優勢。

1 總體設計方案

本文通過介紹如何實現某小區的36 部電梯控制，對研究目標進行探討。

項目概況：該小區需要實現電梯聯動的共有7 棟高層，共有16 個單元36 部電梯。其中第6 棟層高57 層，有2 個單元，三個避難層14、29、44 層，單元戶型4 梯4 戶；每單元的4 部電梯兩兩聯動，有一部消防電梯可以到達所有樓層，其他非消防電梯只能到達有住戶的樓層。其他樓棟層高17～18 層，有2 或3 個單元，單元戶型有2 梯4 戶、2 梯2 戶等；所有樓棟都有地下兩層停車場。

項目需求：采集到開鎖指令，實現室內機呼梯和電梯狀態顯示，業主互訪呼梯、業主或訪客門口機開鎖呼梯、呼叫管理機開鎖呼梯、App 開鎖呼梯等多種方式的呼梯協議轉換。2 梯4 戶要求其中2 戶呼叫一部電梯，剩下的2 戶呼叫另一部電梯；4 梯4 戶要求其中2 戶呼叫2 部電梯，剩下的2戶呼叫另2 部電梯；2 梯2 戶其中1 戶呼叫一部電梯，剩下的1 戶呼叫另一部電梯。

總體設計：為了實現樓宇對講系統與電梯系統之間的聯動，在樓宇對講系統新增硬件-電梯聯動模塊，電梯系統新增硬件-電梯控制模塊，這兩個模塊分別有各自的通信協議。所有開鎖指令都通過電梯聯動模塊發出，通過協議轉換程序實現樓宇對講系統與電梯系統之間的協議轉換來實現功能需求。由于電梯數量較多，也為了方便調試，提高性能和穩定性，軟件程序設計成多進程運行的方式，網絡拓撲如圖1。

圖1 樓宇對講與電梯聯動網絡示意圖

（1）每棟樓一個進程，每個進程就是一個協議轉換程序，控制本樓棟各單元的多部電梯，每個進程按本樓棟實際情況分別配置，進程名稱按樓棟名稱命名；（2）每個單元部署一臺電梯聯動模塊和一到幾臺電梯控制模塊；（3）一臺電梯控制模塊可以控制本單元的一到幾部電梯；（4）多個單元部署多套電梯聯動模塊和電梯控制模塊的組合；（5）整個小區有多棟樓就需要多個進程，每棟樓一個進程，每個進程就是一個協議轉換程序，分樓棟分別命名、配置和調試，進程與進程之間互不干涉；（6）多個進程運行在同一個管理服務器，使用“看門狗”程序監測各樓棟進程程序，方便自動監測退出重啟和開機自動啟動。

2 硬件選型

2.1 串口服務器

樓宇對講系統的電梯聯動模塊和電梯系統的電梯控制模塊通過485 數據線連接到串口服務器，串口服務器將485 信號轉換成TCP/IP 信號并與管理電腦上的協議轉換程序交換數據，實現電梯聯動模塊和電梯控制模塊之間的協議轉換和邏輯控制。電梯聯動模塊對應的串口設置成Client 方式，電梯控制模塊對應的串口設置成Server方式。

2.2 電梯聯動模塊

電梯聯動模塊由樓宇對講廠家提供，負責采集開鎖信號，發出電梯控制命令、接收電梯響應，通過485 數據線交換符合樓宇對講通信協議的數據。

2.3 電梯控制模塊

電梯控制模塊由電梯廠家提供，負責接收電梯控制信號，反饋電梯狀態和響應，通過485 數據線交換符合電梯通信協議的數據。

3 軟件設計

電梯聯動的核心是協議轉換程序，負責實現樓宇對講通信協議與電梯通信協議之間的轉換，電梯聯動協議轉換程序的流程（以ABB 樓宇對講和日立電梯為例）如圖2。

圖2 協議轉換程序流程圖

（1）程序啟動讀取配置文件，在配置文件中，一個樓棟可以有多個單元，每個單元配置一個電梯聯動模塊，每個電梯聯動模塊可以管理多個電梯控制模塊，一個電梯控制模塊可以管理一部和多部電梯，當幾部電梯聯動時，當做一部電梯處理。每部電梯可以選擇配置梯號、關聯房號和避難層號。

（2）根據配置啟動每個樓宇對講電梯聯動模塊對應的Server，監聽樓宇對講對應的串口服務器的Client 數據連接，保存每一個接入的樓宇對講的連接為ClientSocket(i)。

（3）根據配置啟動與電梯聯動模塊相關聯的電梯控制模塊的Client(i)，連接對應的串口服務器的Server 端，從而連接對應的電梯。

（4）樓宇對講Server 端接收樓宇對講數據后對數據進行拼接，并緩存。根據樓宇對講協議的開始字符、長度、校驗碼等從緩存中提取完整的數據包進行處理，直到處理完再接收新數據，已處理的數據移出緩存。樓宇對講（ABB）有室內呼梯、開鎖呼梯和電梯狀態查詢三種命令。室內呼梯和開鎖呼梯命令需要對關聯房號和避難層進行處理。關聯房號的處理：指定房間尾號的呼梯命令只發送給關聯的電梯。避難層處理：非消防電梯的樓層計算需要跳過避難層，消防電梯則不用跳過避難層，每一層都可到達。按照電梯廠商的協議和樓宇對講廠商的通信協議，構造電梯對應的數據包，實現協議的轉換，通過Client(i)發送給對應的電梯控制模塊。

（5）電梯對應的Client(i)接收到電梯的響應數據后對數據進行拼接，并緩存。根據電梯協議的開始字符、長度、校驗碼等從緩存中提取完整的數據包進行處理，直到處理完再接收新數據，已處理的數據移出緩存。電梯（日立）通信協議主要包括五種命令：室內下召、訪客來訪、住戶互訪、開鎖回家，查詢電梯狀態。為了避免室內呼梯時室內機上的電梯狀態頻繁在多部電梯間切換，設置了呼梯標識，收到呼梯響應時呼梯標識為真，并啟動定時器，定時器時間到復位呼梯標識，構造樓宇對講呼梯響應包發送給樓宇對講。對查詢電梯狀態的響應需要檢查呼梯標識，當呼梯標志為真時，需要構造樓宇對講電梯狀態查詢響應包發送給樓宇對講。

（6）樓宇對講與電梯控制的命令和字段之間并沒有完美的一一對應關系，需要根據不同廠商的通信協議進行處理，使功能能夠完美實現。

4 運行效果與分析

4.1 運行步驟

4.1.1 硬件連接

樓宇對講系統的電梯聯動模塊和電梯系統的電梯控制模塊通過485 數據線連接到串口服務器，串口服務器將485 信號轉換成TCP/IP 信號并與管理電腦上的協議轉換程序交換數據，實現電梯聯動模塊和電梯控制模塊之間的協議轉換和邏輯控制，來實現所要達到的功能。

4.1.2 串口服務器設置

串口服務器負責將485 信號轉換成TCP/IP 信號，需要按照IP 端口規劃對串口服務器進行配置。電梯聯動模塊對應的串口設置成Client 方式，電梯控制模塊對應的串口設置成Server 方式。保證各樓棟各單元的電梯聯動模塊和電梯控制模塊都與管理電腦網絡聯通。

4.1.3 協議轉換程序配置

對每一棟樓的協議轉換程序進行分別配置，電梯聯動協議轉換程序用xml 文件實現各種配置，如圖3。具體配置如下：

分層教學模式對教師和學生來講都是一種十分有益的教學辦法。對于教師來說，分層教學可以豐富教師的教學認知，開拓了教師的教學思路，為日后開展更為有效的教學模式奠定了基礎。同時分層教學需要教師對學生的學習狀況有很充分的了解，這在一定程度上改善了師生關系，也為師生交流提供了橋梁，在教師不斷完善教學模式的基礎上為多元化教學提供了有利條件。因此，分層教學是有利于師生的高效教學模式。

圖3 協議轉換程序配置

Name：電梯聯動模塊的名字。

IpAddr：電梯聯動模塊對應的Server端的地址，也就是程序運行的主機地址。每個電梯聯動模塊啟動一個server。

Port：電梯聯動模塊對應的Server 端的端口。用不同的端口區分不同的server。

樓棟號：電梯聯動模塊對應的樓棟號。

大堂號：樓棟對應的大堂號，即一樓對應的邏輯層號，地下有負二樓，大堂號為3。

電梯控制模塊的配置：

Name：電梯控制模塊的名稱。

IpAddr：電梯控制模塊對應的串口服務器的Server 端地址。

梯號：電梯對應的梯號。

呼梯時長：呼梯后室內機顯示樓層的時長，單位：秒，默認30 秒。

梯號與房號：一個電梯控制模塊可以控制不同梯號的多部電梯。

關聯房號：該梯號電梯關聯的房號的后兩位，可以填寫多個關聯房號，不同房號之間用英文的:分隔。如房號1702，后兩位02，01:02 表示房號后兩位為01 和02的房間。

避難層號：避難層所在的樓層，避難層只有消防電梯才能到達。

4.1.4 將協議轉換程序用“看門狗”程序管理

每棟樓復制一份完整的協議轉換程序，針對每棟樓每單元按照現場實際環境進行配置，保證配置正確。將每一棟樓的協議轉換程序納入“看門狗”程序管理。

4.1.5 啟動各樓棟的電梯聯動協議轉換程序

通過“看門狗”程序啟動各樓棟的電梯聯動協議轉換程序。

4.2 運行數據

通過協議轉換程序的運行日志，可以分析樓宇對講與電梯聯動的協議交互過程。

4.3 運行效果分析

通過程序協議轉換能夠很好的控制小區內36 部電梯與樓宇對講的聯動運行。

5 結論

本文探討了如何通過軟件協議轉換代替硬件的協議轉換。軟件協議轉換不涉及電梯內部的硬件控制，保證了電梯的安全，而且可以在協議轉換的過程中實現定制的邏輯控制，滿足用戶的定制化需求。通過更換不同的動態鏈接庫可以實現不同廠商的樓宇對講和電梯系統之間的聯動運行，使本方法具有較大的推廣意義，特別是針對改造的項目。但這種方案也存在如下問題：需要提供樓宇對講和電梯廠商的通信協議，需要樓宇對講廠商提供電梯聯動模塊的硬件，電梯廠商提供電梯控制模塊的硬件。