自動化電梯控制系統(tǒng)故障遠(yuǎn)程診斷研究

甄志鵬

[摘 ? ?要 ]針對電梯的安全檢查主要以人工為主，實(shí)行電梯技術(shù)人員負(fù)責(zé)制，由專門的電梯技術(shù)人員對其進(jìn)行安全檢查及保養(yǎng)。這種檢查方式帶來的結(jié)果是檢查效率低下，并且電梯技術(shù)人員的工作量大，素質(zhì)參差不齊，難免疏忽一些安全漏洞，通過獲取電梯傳感器的信息并依據(jù)電梯監(jiān)控視頻信息，對電梯進(jìn)行自動化的遠(yuǎn)程安全診斷，對提升電梯運(yùn)行安全性十分重要。

[關(guān)鍵詞]自動化電梯;控制系統(tǒng);遠(yuǎn)程診斷

[中圖分類號]TP273 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）06–00–02

[Abstract]The safety inspection of elevator is mainly manual， the responsibility system of elevator technicians is carried out， and the safety inspection and maintenance are carried out by special elevator technicians， but the result of this inspection is that the inspection efficiency is low.

[Keywords]automated elevator; control system; remote diagnosis

本文主要介紹一種智慧型電梯控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要通過PCC對電梯的運(yùn)行過程進(jìn)行控制，將電梯內(nèi)的動態(tài)畫面利用遠(yuǎn)程高清攝像頭進(jìn)行監(jiān)控，將底層的電梯運(yùn)行信息利用網(wǎng)口、GPRS傳感器以及無線網(wǎng)絡(luò)共3種網(wǎng)絡(luò)通信綜合傳輸給云端遠(yuǎn)程控制平臺，由云平臺綜合各種底層信息、電梯運(yùn)行信息對電梯的故障診斷結(jié)果進(jìn)行智能化判斷，以優(yōu)化故障判別結(jié)果的客觀性。

1 自動化電梯系統(tǒng)功能設(shè)計

該系統(tǒng)的電梯升降操作過程主要基于PCC系統(tǒng)控制下的控制電機(jī)完成，PCC在電梯控制系統(tǒng)中發(fā)揮著類似于人類大腦的作用，可接受各層站的上呼與下呼信號、樓層的指令信號以及轎廂的置位號，并且可以判斷電梯的運(yùn)行方向，當(dāng)轎門關(guān)閉，PCC將信號發(fā)至電梯專用變頻器，使其產(chǎn)生速度曲線，驅(qū)動電機(jī)工作。電機(jī)在運(yùn)作后PCC可對其電壓、電流以及轉(zhuǎn)速和方向進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，以實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)運(yùn)行。該系統(tǒng)配備有存儲電梯運(yùn)行數(shù)據(jù)的完備數(shù)據(jù)庫，可以將ARM控制器所傳送的電梯運(yùn)行數(shù)據(jù)以日記的方式進(jìn)行存儲，對于出現(xiàn)視頻異常的數(shù)據(jù)內(nèi)容將其單獨(dú)分類存儲，對其進(jìn)行故障診斷與消息通知;電梯使用用戶可以通過官方APP及時查看云端發(fā)送的故障診斷信息與請求，及時接收警告信息，在警告信息中應(yīng)附加電梯運(yùn)營方發(fā)送的操作建議及警告指令;該系統(tǒng)的用戶分為管理員與普通用戶兩個層面，普通用戶可查詢電梯的基礎(chǔ)運(yùn)行信息，如電梯是否出現(xiàn)故障等，而管理員可以查詢電梯的基礎(chǔ)運(yùn)行數(shù)據(jù)以及故障信息，以便對電梯的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行深入地挖掘與分析，以便對可能出現(xiàn)的電梯故障進(jìn)行預(yù)判與診斷，最后將實(shí)時預(yù)知結(jié)果及時發(fā)送給云端電梯的管理界面中。上述自動化電梯系統(tǒng)功能設(shè)計框架如圖1所示。

2 自動化電梯控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 系統(tǒng)硬件總體架構(gòu)

該系統(tǒng)硬件設(shè)備主要可分為3大部分，即智能化遠(yuǎn)程監(jiān)控管理平臺、全程嵌入式自動控制系統(tǒng)以及PCC控制系統(tǒng)，全程嵌入式自動控制系統(tǒng)又分別由以ARM系統(tǒng)為基礎(chǔ)的嵌入式控制系統(tǒng)與以IP攝像頭為硬件基礎(chǔ)的電梯運(yùn)行狀態(tài)行為異常識別系統(tǒng)構(gòu)成，其中PCC系統(tǒng)在整個自動化電梯控制系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。

2.2 智能化遠(yuǎn)程監(jiān)控管理平臺

在構(gòu)建該平臺時，需要在滿足系統(tǒng)基本性能的基礎(chǔ)上，依據(jù)實(shí)際的市場價格情況、可獲得情況選擇上述3種通信方式的相應(yīng)核心器件。具體選擇內(nèi)容如下：①將USR-K3串口轉(zhuǎn)接以太網(wǎng)模塊部署在網(wǎng)口通信處，作為其核心器件，USR-K3使用了基于TI的Coetex-M4的內(nèi)核，具有較強(qiáng)的性能，并且價格合理，是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、能夠同時滿足多種功能的超級網(wǎng)口，可以完整實(shí)現(xiàn)TTL串口同以太網(wǎng)之間的雙向規(guī)則透明傳輸，全方位地滿足在電梯運(yùn)行及維護(hù)的工業(yè)現(xiàn)場所需的網(wǎng)口通信需求。②遠(yuǎn)程無線通信方式所選的核心器件為USR-C322，該器件主要采用基于TI的CC3200方案，在運(yùn)行頻率方面可達(dá)80 MHz，并且該器件能夠支持雙串口以及三方鏈接，并且該器件無論是在耗能還是在運(yùn)行效果方面都有著較好的性能，USR-C322的在網(wǎng)待機(jī)時功耗可低至3.5 mA，而深度休眠時的功耗則更低達(dá)到25 uA，在USR-C322的支持下，可以使電梯的底層控制器件同云平臺之間實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、速度迅速的通信效果。③GPRS地理信息模塊的核心器件主要為嵌入式的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊USR-GPRS232-7S3，該模塊能夠同時支持所有主流運(yùn)營商，并且可選擇2G、3G、4G互聯(lián)網(wǎng)流量模式。

在選擇相應(yīng)的網(wǎng)口、無線網(wǎng)絡(luò)以及GPRS地理信息共3種網(wǎng)絡(luò)通信方式后，需要根據(jù)選擇結(jié)果配備并設(shè)計相應(yīng)的硬件電路，從而為互聯(lián)網(wǎng)云平臺與嵌入控制系統(tǒng)之間的穩(wěn)定通信提供保障。USR-K3型號的網(wǎng)口總共配置了16個引腳，其需要的外部供電電源為3.3 V，并且其串口收發(fā)部分以及LED指示燈處都配備了與外部供電電源相匹配的3.3 V電平，省略了網(wǎng)口與ARM控制器之間的電平匹配過程。在選擇無線網(wǎng)絡(luò)通信方式并以USR-C322作為其核心器件時，總共可達(dá)45個引腳，并且可以將外部物理設(shè)備及時拓展連接到無線網(wǎng)絡(luò)上，高效實(shí)現(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的管理及控制。GPRS通信方式的核心器件主要為SR-GPRS232-7S3，該器件可以通過串口實(shí)現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)及GPRS地理信息通信方式之間數(shù)據(jù)互傳的功能，但是該器件具有一定的局限：其電壓與無線網(wǎng)絡(luò)通信方式及網(wǎng)口通信方式不同，需要匹配的供電電壓為5～16 V，所以需要加設(shè)供電電路，其GPRS通信方式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.3 智能化嵌入式控制系統(tǒng)硬件設(shè)計思路

在完成電梯基礎(chǔ)運(yùn)行平臺與云端平臺的信息交互環(huán)節(jié)中，以ARM為基礎(chǔ)的智能化嵌入式系統(tǒng)十分重要，據(jù)此，根據(jù)智能化電梯控制系統(tǒng)的總體功能要求與各分部功能要求，需要對比市場上已有的多類型ARM控制器的總體性能以及功耗情況，在多方對比上述條件后，選擇STM32F429IGT6實(shí)現(xiàn)對本系統(tǒng)的控制，將其作為本系統(tǒng)的主控芯片。其次，需要圍繞STM32F429IGT6主控芯片對本系統(tǒng)的最小系統(tǒng)、外部電源外接模塊、子通信系統(tǒng)模塊以及接口電路方式進(jìn)行系統(tǒng)化設(shè)計。

2.4 基于PCC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計思路

電機(jī)模塊、限位開關(guān)與光電開關(guān)等主要由PCC進(jìn)行控制，基于PCC的控制系統(tǒng)可以同電梯的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行信息交互。電梯的電機(jī)模塊可控制電梯的運(yùn)行情況，限位開關(guān)可以檢測轎廂底部的地板位置，而觀點(diǎn)開關(guān)則可檢測電梯轎門的正常開關(guān)情況。在該系統(tǒng)對各項(xiàng)指標(biāo)要求及所控節(jié)點(diǎn)數(shù)量要求的基礎(chǔ)上，對比多家品牌的PCC，綜合性價比及性能因素，最終選擇PCC的型號為CP1E-N60。

3 自動化電梯控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

該系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要由遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)、智能化嵌入式控制系統(tǒng)以及PCC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計構(gòu)成，其軟件設(shè)計的實(shí)現(xiàn)流程如圖3所示。

3.1 遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)軟件設(shè)計思路

用戶可以通過云平臺在此軟件系統(tǒng)上發(fā)送信息，并且該系統(tǒng)可以通過云端接收用戶發(fā)來的電梯運(yùn)行情況以及電梯限位開關(guān)的運(yùn)行情況，將上述信息與ARM控制器中電梯的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行對比，并將系統(tǒng)自動對比、診斷得出的控制信息發(fā)送給ARM控制器部分。電梯的正常運(yùn)行日記以及診斷情況都會以規(guī)定格式存儲在云平臺系統(tǒng)中，以備后續(xù)的挖掘與分析，從而為電梯的故障診斷提供支持。

3.2 智能化嵌入式控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計思路

該部分主要由以ARM為基礎(chǔ)的智能化嵌入式控制系統(tǒng)與以PCC為基礎(chǔ)的電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)構(gòu)成，以便對信息進(jìn)行采集?；贏RM的智能化嵌入式系統(tǒng)能夠起到對系統(tǒng)所收集的信息進(jìn)行中轉(zhuǎn)的作用，同時，可以接收以PCC為基礎(chǔ)的電機(jī)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)所傳輸?shù)碾娞菘刂泼睢Ｔ谕ㄐ欧绞降倪x擇方面，該部分的軟件設(shè)計主要基于HTTP協(xié)議方式，并通過CJSON數(shù)據(jù)格式進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸與接收。

3.3 PCC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計思路

通過該系統(tǒng)的軟件部分可以實(shí)現(xiàn)與電梯用戶間的信息交互，在軟件平臺的設(shè)計過程中要時刻將電梯用戶的安全情況放在首位，在發(fā)生運(yùn)行故障時，應(yīng)及時暫停系統(tǒng)的運(yùn)行，以便防止用戶因系統(tǒng)安全而造成使用隱患。

4 結(jié)束語

本文設(shè)計了一套系統(tǒng)化的智慧電梯控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以智能化運(yùn)行，輔助人工控制，可實(shí)現(xiàn)對電梯運(yùn)行情況的監(jiān)控、電梯故障的云端診斷以及電梯安全隱患檢查等多種功能。電梯用戶可通過云端平臺與電梯管理人員進(jìn)行交互，而基于云平臺，普通用戶可以查詢電梯運(yùn)行狀態(tài)信息及管理員通告，管理人員可以對內(nèi)部數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與挖掘。該系統(tǒng)在提升電梯的智能化水平以及加強(qiáng)電梯的安全隱患檢查力度方面具有一定的意義。今后的研究中將繼續(xù)關(guān)注對該系統(tǒng)可靠性的提升。

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