电梯远程监测系统的设计

　　1前言

　　随着国民经济的快速发展,大中城市里的高层建筑越来越多,电梯这一必不可少的设备的数量也随之激增,由于它直接关系到用户的生命安危,因此国家规定,每年要由专门的质量监督部门对其进行强制检测。传统的年检方法是派出专门的工作人员赶赴现场,查看电梯值班记录,人工检验各项指标,既费时费力,又不能客观如实地反映电梯长期的状态和性能。笔者开发的远程监测系统,在每部电梯的运行现场安装一台采集终端, 24小时不间断监测并记录电梯的运行状况,需要年检时,通过电话线远程将分布在城市不同地点的电梯的历史数据和实时数据取回到质量监督部门的上位管理计算机上,由专用评估软件对电梯运行情况进行分析,从而客观准确地对电梯的性能进行评判。

　　2 系统组成结构图

　　系统组成结构图如图1所示,该系统由远程上位管理计算机以及多台采集终端组成。每台采集终端连接一部电梯,实时采集该电梯运行的各种状态,并对数据进行分析和处理,将电梯的故障信息保存到非易失性存储器中;远程上位管理计算机用于管理和评估电梯性能,需要年检时,通过计算机上的调制解调器接入公共电话网络（PSTN）呼叫现场的采集终端,将现场的数据录入到上位机的数据库中进行分析和评判,从而得到电梯是否合格的结论。为了节约电话线路资源,某个地域范围较小的建筑群（例如相邻距离在1千米内的几幢大楼）共用一根电话线路,只将1号采集终端接入电话网络,该建筑群其余的采集终端与1号终端一起挂在485总线上,通过软件协议识别终端号并与上位机通信。

　　图1 系统组成结构图

　　3 采集终端的硬件设计

　　电梯需要监测的各类信息,例如平层信号、轿门闭锁、厅门闭锁、上下极限以及运行加速度、温湿度等信号,经过信号调用处理或经传感器电路变换,最终提供给采集终端的是标准开关量或模拟量。考虑到实际情况及成本可采用开关量输入为16路,模拟量为8路的8位MCU（微控制器），采集终端应考虑的主要技术数据如:采集周期、通信协议、通信速率、开关量采集、模拟量采集、数据存储量等等。采集终端的硬件框图如图2所示，在图2中,使用调制解调器模块,并通过电话网络实现与远程上位机的MODEM通信,其输出经电平转换芯片变为标准的RS485电平后与安装在附近电梯上的其他采集终端组成RS485网络;锁存器用于对输入的开关量进行锁存和采集; A /D转换器,完成对模拟量的采集;时钟芯片为整个系统提供精确的时间基准,它可以产生年、月、日、时、分、秒、星期等实时数据,并且内置锂电池和时钟电路,无需外部供电即可独立运行;MCU扩展模块用于补充MCU的功能,可以增加类似于具有掉电保护功能,也可以用来扩大存储空间使其某部电梯能储存长达1年的历史故障数据。

　　图2 采集终端的硬件框图

　　4 软件的设计

　　4.1 采集终端的数据采集软件设计

　　采集终端的软件采用Visual Basic 语言编写,其中的数据采集部分包括对开关量和模拟量的查询以及对故障的判断,还包括对故障按照一定格式进行存储。该部分的软件工作于定时查询的方式,定时时间为1s,即每秒钟对16路开关量和8路模拟量进行查询,若某路有故障并符合存储条件,则将该路故障的编号以及时间标记一起存储到E2PROM中。数据采集部分的软件流程如图3所示。

　　图3 数据采集软件流程图

　　4.2采集终端的通信软件设计

　　采集终端的MODEM模块工作于被叫方式,当有电话拨入时,软件首先对来电号码进行识别,如果和预先设置的远程管理部门的电话号码相匹配,则发送AT指令的摘机命令对上位机的MODEM进行应答,此时双方之间通信链路建立成功,数据传输可以简单地看作是MCU的串口与远程PC机串口之间的通信,通信波特率为2400b/s,无校验, 8位数据位, 1位停止位。采集终端与远程上位机的数据传输采用命令应答的方式,即由上位机发送特定命令后,采集终端回发相应的信息。

　　4.3远程上位管理机通信软件设计

　　远程上位管理计算机配备一台外置式MODEM,需要与下位采集终端通信时,首先通过串口向MO2DEM发送标准的AT拨号指令,一旦对方MODEM摘机响应后,双方的通信就变成了标准的串行通信。上位机拨号程序流程如图4所示。

　　图4 上位机拨号程序流程图

　　远程上位机软件运行在微软的Windows XP操作统下,通信程序采用了微软的VB 6.0编写，利用MSComm通信控件。

　　4.4 上位机评估与管理软件的设计

　　上位机评估与管理软件采用VB编写,主要包括:管理员身份识别、对采集终端的参数设置、故障数据录入、数据分析与评估以及生成报表等功能模块。采用SQL Server作为数据库管理系统,用于存储和管理数据,构成整个应用系统的后端数据库引擎。VC使用ADO（ActiveX Data Object）方式连接SQL Server数据库。这样做的优点是VB可以方便地编制前台软件,同时SQL Server又能够对数据库进行高效的管理。在评估软件中,首先对录入数据库的某部电梯的年故障记录根据轻重缓急进行等级分类,对一些严重的故障（例如运行中轿门突然打开）规为A类,向下依次为B类、C类等,然后对各类故障个数进行统计,得出一张各类故障的饼形图。若B类以上故障过多,直接打印出该电梯不合格的结论并列出原因;若故障数量在容许的范围内,则打印输出电梯合格的结论

　　5 结束语

　　电梯的运行中,拖动电机的频繁启停以及各类继电器的通断,使得电磁环境十分复杂,因此抗干扰问题显得尤为重要,特别是电磁干扰对模拟量影响非常强,信号跳变很大，所以对模拟量采集部分应采取了诸多抗干扰措施,如加滤波电路、加屏蔽套、单点接地等措施。电梯远程检测系统的实现，极大地节约了人力和物力资源,具有较高的推广价值。