電梯運行狀態(tài)遠程監(jiān)控軟件的設計*

□ 張春娟 □ 巫濤江,2 □ 余曉毅,2 □ 郭松梅 □ 尹勁松

1.重慶能源職業(yè)學院 重慶 402247 2.電梯智能運維重慶市高校工程中心 重慶 402260

1 設計背景

隨著電梯的廣泛應用,電梯的故障和安全隱患愈發(fā)引起人們的重視[1-5]。對于各種大型室外觀光電梯或者礦用電梯而言,由于鋼架結構獨立安裝于轎廂外部,對鋼架結構的應力、導軌的位移進行智能遠程安全監(jiān)測[6-7],以保證電梯的安全運行十分有必要。光纖光柵傳感器具有準分布式檢測、體積小、可靠性好、靈敏度高、可遠程傳送等優(yōu)勢[8-9],基于光纖光柵傳感網(wǎng)絡的監(jiān)測系統(tǒng)已應用于鋼架結構電梯的安全監(jiān)控。針對該傳感網(wǎng)絡監(jiān)測系統(tǒng),筆者設計了相應的電梯運行狀態(tài)遠程監(jiān)控軟件。這一軟件可以根據(jù)光纖光柵傳感器布設情況,在專業(yè)界面上自主設置和布局傳感器的類型、數(shù)量、連接方式,實時顯示相應監(jiān)測點的應力、位移、溫度,為電梯的安全運行提供大數(shù)據(jù)支撐。

2 軟件功能

電梯運行狀態(tài)遠程監(jiān)控軟件基于面向電梯鋼架結構現(xiàn)場的光纖光柵傳感網(wǎng)絡設計,設置于電梯運維監(jiān)測中心的上位機。整個電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)如圖1所示。監(jiān)控現(xiàn)場的光纖光柵傳感網(wǎng)絡由準分布式光纖光柵應變傳感器和準分布式光纖光柵位移傳感器構成,采用空分復用+波分復用的方案,通過多通道信號解調(diào)儀解調(diào)各個傳感節(jié)點的波長漂移數(shù)據(jù),通過以太網(wǎng)端口實時詢問和接收來自多通道信號解調(diào)儀的波長漂移數(shù)據(jù),由軟件快速解算出相應監(jiān)測點的應力、位移、溫度,同時支持數(shù)據(jù)存儲、歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。

3 軟件架構

電梯運行狀態(tài)遠程監(jiān)控軟件架構分為三層,如圖2所示,分別為數(shù)據(jù)訪問層、邏輯控制層、表示層。數(shù)據(jù)訪問層的功能是向多通道信號解調(diào)儀發(fā)送命令,接收多通道信號解調(diào)儀的數(shù)據(jù)流。這些命令及數(shù)據(jù)流包含基礎狀態(tài)、基礎配置、光柵配置、光柵屬性、接收數(shù)據(jù)記錄、歷史數(shù)據(jù)等。邏輯控制層是上下層鏈路的邏輯通道,功能是完成軟件功能的模塊化,包括波長解析算法、頻率解析算法、溫度解析算法、應力解析算法、位移解析算法、報警數(shù)據(jù)分析等,實現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取、配置讀取、數(shù)據(jù)保存、配置保存等功能,并負責訪問軟件的數(shù)據(jù)庫。表示層為軟件的用戶接口,包括專業(yè)用戶接口和普通用戶接口。操作人員可以在專業(yè)用戶界面設置軟件的相關參數(shù)和配置,從模擬環(huán)境模塊中導入實際的傳感網(wǎng)絡配置圖,并設置傳感網(wǎng)絡中各類傳感器的拓撲結構、布局、具體參數(shù),通過光譜模式實時查看某個通道中某個傳感器的光譜,進行頻率監(jiān)控,完成傳感器的故障診斷及定位。普通用戶可以通過普通用戶接口直觀地觀察傳感器網(wǎng)絡拓撲、各種統(tǒng)計信息,以及各個傳感器實時輸出數(shù)據(jù)曲線的變化。

▲圖1 電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)

▲圖2 電梯運行狀態(tài)遠程監(jiān)控軟件架構

4 通信協(xié)議及命令格式

上位機軟件與多通道信號解調(diào)儀通過以太網(wǎng)接口進行數(shù)據(jù)傳輸,通信接口為 100 Mbit/s以太網(wǎng)接口,協(xié)議類型為用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議,模塊網(wǎng)絡地址為192.168.0.19,上位機網(wǎng)絡地址為192.168.0.**。

根據(jù)多通道信號解調(diào)儀的硬件通信協(xié)議格式,上位機查詢動態(tài)光纖光柵解調(diào)儀的序列號設計為0x10 0x03 0x06 0x00,解調(diào)主機回傳命令格式見表1。其中,序列號為256×256×256×0xX1+256×256×0xX2+256×0xX3+0xX4。設定掃描頻率起點位置1004HHLL為196250-(0xHH×256+0xLL),掃描步長1005HHLL為0xHH×256+0xLL,掃描頻率終點位置1006HHLL為196250-(0xHH×256+0xLL),讀取原始模數(shù)數(shù)據(jù)步長1007HHLL為0xHH×256+0xLL。

表1 解調(diào)主機回傳命令格式

5 軟件工作模式

根據(jù)電梯運行狀態(tài)遠程監(jiān)控軟件的界面工作模式需求,設計上位機的工作模式命令為102006XX。軟件分為循環(huán)掃描、調(diào)試、連續(xù)掃描讀模數(shù)、停止掃描命令四種工作模式。循環(huán)掃描命令為10200601,默認以1 kHz頻率掃描,1 kHz頻率連續(xù)傳送解調(diào)頻率值。調(diào)試工作命令為10200602,讀取一次解調(diào)頻率和模數(shù)值。連續(xù)掃描讀模數(shù)命令為10200604,以1 kHz頻率連續(xù)讀模數(shù)值,將原始模數(shù)數(shù)據(jù)步長設置為20 GHz。

在循環(huán)掃描工作模式中,模塊收到命令后,開始循環(huán)掃描,每掃描一個周期,通過網(wǎng)口向上位機發(fā)送頻率數(shù)據(jù)包,每個周期為1 ms,信號頻率為(X1×65 536 +X2×256+X3)/10。

在調(diào)式工作模式中,模塊收到命令后,掃描一個周期,然后分兩包發(fā)送八個通道的頻率數(shù)據(jù)和模數(shù)數(shù)據(jù)。第一包和頻率數(shù)據(jù)包相同,共530個字節(jié),關鍵字為1001,信號頻率為(X1×65 536+X2×256+X3)/10。之后有兩個字節(jié)關鍵字1005,每個通道數(shù)據(jù)前有兩個字節(jié)通道號0x000xXX。再之后是對應通道模數(shù)數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)長度為5101/模數(shù)數(shù)據(jù)步長。

在連續(xù)掃描讀模數(shù)工作模式中,模塊收到命令后,循環(huán)掃描,然后發(fā)送八個通道的模數(shù)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)包頭有兩個字節(jié)關鍵字1004,每個通道數(shù)據(jù)前有兩個字節(jié)通道號0x000xXX,之后是對應通道的模數(shù)數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)長度為5101/模數(shù)數(shù)據(jù)步長。

6 運行效果

電梯運行狀態(tài)遠程監(jiān)控軟件包括面向專業(yè)維保人員的專業(yè)界面和面向遠程監(jiān)控室普通操作人員的用戶界面,如圖3所示。專業(yè)界面包括系統(tǒng)設置、器件參數(shù)、模擬環(huán)境、光譜模式等主要模塊。系統(tǒng)設置模塊用于設置軟硬件的網(wǎng)絡運行條件,測試網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸特性。器件參數(shù)模塊用于配置現(xiàn)場環(huán)境中光纖光柵傳感網(wǎng)絡每個傳感器的類型、標定參數(shù)、初始參數(shù),設置報警閾值等。模擬環(huán)境模塊用于專業(yè)人員對系統(tǒng)進行調(diào)用。通過專業(yè)界面左側列表可以從外部直接導入現(xiàn)場環(huán)境的二維或三維模型,進行初始化,然后在現(xiàn)場環(huán)境的二維或三維模型子界面鋪設、刪除傳感器。專業(yè)界面右側子界面可供專業(yè)人員實時監(jiān)控各個監(jiān)測通道的傳感器輸出數(shù)據(jù)和報警信息,提供每個通道中每個傳感器實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的歷史查詢功能。專業(yè)界面設置和正常運行之后,可以通過左側列表的畫面展示進入面向遠程監(jiān)控室普通操作人員的用戶界面。用戶界面可以實時顯示每個傳感器的功能、狀態(tài)、輸出的最終監(jiān)測數(shù)據(jù)曲線,同時顯示監(jiān)測時段內(nèi)的統(tǒng)計結果,如傳感器異常、報警次數(shù)、異常時間等。

7 測試結果

為測試電梯運行狀態(tài)遠程監(jiān)控軟件的可靠性和穩(wěn)定性,采用四層電梯鋼架模型,通過波分復用方式分別串接三個光纖光柵應變傳感器和三個光纖光柵位移傳感器,采用貼裝方式安裝于電梯鋼架結構上及電梯導軌和鋼架之間。將電梯運行狀態(tài)遠程監(jiān)控軟件通過后臺接入電梯大數(shù)據(jù)運維平臺,實時上報監(jiān)測信息和數(shù)據(jù)。軟件與電梯大數(shù)據(jù)運維平臺同步運行1個月,結果表明,當電梯各監(jiān)測點應力、位移、溫度超過設定閾值后,軟件報警響應時間短于1 s,且電梯大數(shù)據(jù)運維平臺能夠根據(jù)歷史數(shù)據(jù)進行維保分析。連續(xù)測試1個月,電梯運行狀態(tài)遠程監(jiān)控軟件表現(xiàn)出良好的魯棒性。

▲圖3 電梯運行狀態(tài)遠程監(jiān)控軟件界面

8 結束語

筆者設計了電梯運行狀態(tài)遠程監(jiān)控軟件,開發(fā)了相應的軟件架構和基于用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議的數(shù)據(jù)結構、命令,以及相應的專業(yè)界面和用戶界面。這一軟件具有直觀、功能齊全、可編輯、操作方便等優(yōu)點,可提供報警設置、歷史數(shù)據(jù)查詢、故障統(tǒng)計等功能。通過與電梯大數(shù)據(jù)運維平臺同步運行、調(diào)試和測試,表明電梯運行狀態(tài)遠程監(jiān)控軟件效果良好。