軟件協(xié)議轉(zhuǎn)換在居住小區(qū)樓宇對(duì)講與電梯聯(lián)動(dòng)中的應(yīng)用

文｜武漢虹信技術(shù)服務(wù)有限責(zé)任公司 胡西平 黃曉艷

在高層建筑中，都普遍存在樓宇對(duì)講和電梯兩個(gè)子系統(tǒng)。一般情況下，這兩個(gè)子系統(tǒng)都是獨(dú)立運(yùn)行的。用戶需到達(dá)電梯口按鈕，并等待電梯到達(dá)；對(duì)訪客乘坐電梯到達(dá)的樓層也不能有效控制，給人們的生活帶來(lái)不便，安全帶來(lái)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(shí)現(xiàn)樓宇對(duì)講和電梯兩個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)。

要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)，業(yè)界目前有兩種方式可供選擇[1-5]：

（1）協(xié)議硬件轉(zhuǎn)換方式。

樓宇對(duì)講系統(tǒng)“電梯聯(lián)動(dòng)模塊”采集每戶室內(nèi)分機(jī)的“開鎖”按鍵信號(hào)，并提供通信協(xié)議，通過協(xié)議轉(zhuǎn)換器的硬件實(shí)現(xiàn)樓宇對(duì)講系統(tǒng)與電梯樓層控制系統(tǒng)的485通信協(xié)議轉(zhuǎn)換。每一部電梯需使用一個(gè)協(xié)議轉(zhuǎn)換器，協(xié)議轉(zhuǎn)換器的廠商必須與電梯控制板的廠商一致。需要樓宇對(duì)講廠商提供通信協(xié)議。

（2）信號(hào)硬件采集方式。

樓宇對(duì)講系統(tǒng)以干觸點(diǎn)信號(hào)的形式傳輸給電梯樓層控制系統(tǒng)的樓層信號(hào)采集器來(lái)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，有兩種方式：一種是觸點(diǎn)聯(lián)動(dòng)控制；另一種是總線聯(lián)動(dòng)控制。采用總線控制方式是這一領(lǐng)域應(yīng)用的必然趨勢(shì)。

上述兩種方式，硬件采集方式需要對(duì)設(shè)備或接線進(jìn)行改造，通信協(xié)議硬件采集方式需要通過更換電梯控制板來(lái)保證協(xié)議轉(zhuǎn)換器與電梯控制板廠商一致，對(duì)原有系統(tǒng)改動(dòng)較大，每部電梯一個(gè)協(xié)議轉(zhuǎn)換器，聯(lián)調(diào)和重新驗(yàn)收成本較高，特別是對(duì)改造工程。

在研究前人成果的基礎(chǔ)上，本文介紹了如何采用軟件的協(xié)議轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)樓宇對(duì)講與電梯的聯(lián)動(dòng)。通過總線聯(lián)動(dòng)控制方式引出485 通信協(xié)議，通過串口服務(wù)器將485 通信協(xié)議轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，通過交換機(jī)將樓宇對(duì)講與電梯聯(lián)系起來(lái)，用軟件實(shí)現(xiàn)兩者之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換。由于用軟件實(shí)現(xiàn)，在不改造原有電梯系統(tǒng)，保證整個(gè)系統(tǒng)的安全性的前提下，又具有了軟件的特征和優(yōu)勢(shì)。

1 總體設(shè)計(jì)方案

本文通過介紹如何實(shí)現(xiàn)某小區(qū)的36 部電梯控制，對(duì)研究目標(biāo)進(jìn)行探討。

項(xiàng)目概況：該小區(qū)需要實(shí)現(xiàn)電梯聯(lián)動(dòng)的共有7 棟高層，共有16 個(gè)單元36 部電梯。其中第6 棟層高57 層，有2 個(gè)單元，三個(gè)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(lián)動(dòng)，有一部消防電梯可以到達(dá)所有樓層，其他非消防電梯只能到達(dá)有住戶的樓層。其他樓棟層高17～18 層，有2 或3 個(gè)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(chǎng)。

項(xiàng)目需求：采集到開鎖指令，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)機(jī)呼梯和電梯狀態(tài)顯示，業(yè)主互訪呼梯、業(yè)主或訪客門口機(jī)開鎖呼梯、呼叫管理機(jī)開鎖呼梯、App 開鎖呼梯等多種方式的呼梯協(xié)議轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)：為了實(shí)現(xiàn)樓宇對(duì)講系統(tǒng)與電梯系統(tǒng)之間的聯(lián)動(dòng)，在樓宇對(duì)講系統(tǒng)新增硬件-電梯聯(lián)動(dòng)模塊，電梯系統(tǒng)新增硬件-電梯控制模塊，這兩個(gè)模塊分別有各自的通信協(xié)議。所有開鎖指令都通過電梯聯(lián)動(dòng)模塊發(fā)出，通過協(xié)議轉(zhuǎn)換程序?qū)崿F(xiàn)樓宇對(duì)講系統(tǒng)與電梯系統(tǒng)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)功能需求。由于電梯數(shù)量較多，也為了方便調(diào)試，提高性能和穩(wěn)定性，軟件程序設(shè)計(jì)成多進(jìn)程運(yùn)行的方式，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1。

圖1 樓宇對(duì)講與電梯聯(lián)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)示意圖

（1）每棟樓一個(gè)進(jìn)程，每個(gè)進(jìn)程就是一個(gè)協(xié)議轉(zhuǎn)換程序，控制本樓棟各單元的多部電梯，每個(gè)進(jìn)程按本樓棟實(shí)際情況分別配置，進(jìn)程名稱按樓棟名稱命名；（2）每個(gè)單元部署一臺(tái)電梯聯(lián)動(dòng)模塊和一到幾臺(tái)電梯控制模塊；（3）一臺(tái)電梯控制模塊可以控制本單元的一到幾部電梯；（4）多個(gè)單元部署多套電梯聯(lián)動(dòng)模塊和電梯控制模塊的組合；（5）整個(gè)小區(qū)有多棟樓就需要多個(gè)進(jìn)程，每棟樓一個(gè)進(jìn)程，每個(gè)進(jìn)程就是一個(gè)協(xié)議轉(zhuǎn)換程序，分樓棟分別命名、配置和調(diào)試，進(jìn)程與進(jìn)程之間互不干涉；（6）多個(gè)進(jìn)程運(yùn)行在同一個(gè)管理服務(wù)器，使用“看門狗”程序監(jiān)測(cè)各樓棟進(jìn)程程序，方便自動(dòng)監(jiān)測(cè)退出重啟和開機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)。

2 硬件選型

2.1 串口服務(wù)器

樓宇對(duì)講系統(tǒng)的電梯聯(lián)動(dòng)模塊和電梯系統(tǒng)的電梯控制模塊通過485 數(shù)據(jù)線連接到串口服務(wù)器，串口服務(wù)器將485 信號(hào)轉(zhuǎn)換成TCP/IP 信號(hào)并與管理電腦上的協(xié)議轉(zhuǎn)換程序交換數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)電梯聯(lián)動(dòng)模塊和電梯控制模塊之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換和邏輯控制。電梯聯(lián)動(dòng)模塊對(duì)應(yīng)的串口設(shè)置成Client 方式，電梯控制模塊對(duì)應(yīng)的串口設(shè)置成Server方式。

2.2 電梯聯(lián)動(dòng)模塊

電梯聯(lián)動(dòng)模塊由樓宇對(duì)講廠家提供，負(fù)責(zé)采集開鎖信號(hào)，發(fā)出電梯控制命令、接收電梯響應(yīng)，通過485 數(shù)據(jù)線交換符合樓宇對(duì)講通信協(xié)議的數(shù)據(jù)。

2.3 電梯控制模塊

電梯控制模塊由電梯廠家提供，負(fù)責(zé)接收電梯控制信號(hào)，反饋電梯狀態(tài)和響應(yīng)，通過485 數(shù)據(jù)線交換符合電梯通信協(xié)議的數(shù)據(jù)。

3 軟件設(shè)計(jì)

電梯聯(lián)動(dòng)的核心是協(xié)議轉(zhuǎn)換程序，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)樓宇對(duì)講通信協(xié)議與電梯通信協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換，電梯聯(lián)動(dòng)協(xié)議轉(zhuǎn)換程序的流程（以ABB 樓宇對(duì)講和日立電梯為例）如圖2。

圖2 協(xié)議轉(zhuǎn)換程序流程圖

（1）程序啟動(dòng)讀取配置文件，在配置文件中，一個(gè)樓棟可以有多個(gè)單元，每個(gè)單元配置一個(gè)電梯聯(lián)動(dòng)模塊，每個(gè)電梯聯(lián)動(dòng)模塊可以管理多個(gè)電梯控制模塊，一個(gè)電梯控制模塊可以管理一部和多部電梯，當(dāng)幾部電梯聯(lián)動(dòng)時(shí)，當(dāng)做一部電梯處理。每部電梯可以選擇配置梯號(hào)、關(guān)聯(lián)房號(hào)和避難層號(hào)。

（2）根據(jù)配置啟動(dòng)每個(gè)樓宇對(duì)講電梯聯(lián)動(dòng)模塊對(duì)應(yīng)的Server，監(jiān)聽樓宇對(duì)講對(duì)應(yīng)的串口服務(wù)器的Client 數(shù)據(jù)連接，保存每一個(gè)接入的樓宇對(duì)講的連接為ClientSocket(i)。

（3）根據(jù)配置啟動(dòng)與電梯聯(lián)動(dòng)模塊相關(guān)聯(lián)的電梯控制模塊的Client(i)，連接對(duì)應(yīng)的串口服務(wù)器的Server 端，從而連接對(duì)應(yīng)的電梯。

（4）樓宇對(duì)講Server 端接收樓宇對(duì)講數(shù)據(jù)后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，并緩存。根據(jù)樓宇對(duì)講協(xié)議的開始字符、長(zhǎng)度、校驗(yàn)碼等從緩存中提取完整的數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理，直到處理完再接收新數(shù)據(jù)，已處理的數(shù)據(jù)移出緩存。樓宇對(duì)講（ABB）有室內(nèi)呼梯、開鎖呼梯和電梯狀態(tài)查詢?nèi)N命令。室內(nèi)呼梯和開鎖呼梯命令需要對(duì)關(guān)聯(lián)房號(hào)和避難層進(jìn)行處理。關(guān)聯(lián)房號(hào)的處理：指定房間尾號(hào)的呼梯命令只發(fā)送給關(guān)聯(lián)的電梯。避難層處理：非消防電梯的樓層計(jì)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(dá)。按照電梯廠商的協(xié)議和樓宇對(duì)講廠商的通信協(xié)議，構(gòu)造電梯對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)包，實(shí)現(xiàn)協(xié)議的轉(zhuǎn)換，通過Client(i)發(fā)送給對(duì)應(yīng)的電梯控制模塊。

（5）電梯對(duì)應(yīng)的Client(i)接收到電梯的響應(yīng)數(shù)據(jù)后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，并緩存。根據(jù)電梯協(xié)議的開始字符、長(zhǎng)度、校驗(yàn)碼等從緩存中提取完整的數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理，直到處理完再接收新數(shù)據(jù)，已處理的數(shù)據(jù)移出緩存。電梯（日立）通信協(xié)議主要包括五種命令：室內(nèi)下召、訪客來(lái)訪、住戶互訪、開鎖回家，查詢電梯狀態(tài)。為了避免室內(nèi)呼梯時(shí)室內(nèi)機(jī)上的電梯狀態(tài)頻繁在多部電梯間切換，設(shè)置了呼梯標(biāo)識(shí)，收到呼梯響應(yīng)時(shí)呼梯標(biāo)識(shí)為真，并啟動(dòng)定時(shí)器，定時(shí)器時(shí)間到復(fù)位呼梯標(biāo)識(shí)，構(gòu)造樓宇對(duì)講呼梯響應(yīng)包發(fā)送給樓宇對(duì)講。對(duì)查詢電梯狀態(tài)的響應(yīng)需要檢查呼梯標(biāo)識(shí)，當(dāng)呼梯標(biāo)志為真時(shí)，需要構(gòu)造樓宇對(duì)講電梯狀態(tài)查詢響應(yīng)包發(fā)送給樓宇對(duì)講。

（6）樓宇對(duì)講與電梯控制的命令和字段之間并沒有完美的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，需要根據(jù)不同廠商的通信協(xié)議進(jìn)行處理，使功能能夠完美實(shí)現(xiàn)。

4 運(yùn)行效果與分析

4.1 運(yùn)行步驟

4.1.1 硬件連接

樓宇對(duì)講系統(tǒng)的電梯聯(lián)動(dòng)模塊和電梯系統(tǒng)的電梯控制模塊通過485 數(shù)據(jù)線連接到串口服務(wù)器，串口服務(wù)器將485 信號(hào)轉(zhuǎn)換成TCP/IP 信號(hào)并與管理電腦上的協(xié)議轉(zhuǎn)換程序交換數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)電梯聯(lián)動(dòng)模塊和電梯控制模塊之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換和邏輯控制，來(lái)實(shí)現(xiàn)所要達(dá)到的功能。

4.1.2 串口服務(wù)器設(shè)置

串口服務(wù)器負(fù)責(zé)將485 信號(hào)轉(zhuǎn)換成TCP/IP 信號(hào)，需要按照IP 端口規(guī)劃對(duì)串口服務(wù)器進(jìn)行配置。電梯聯(lián)動(dòng)模塊對(duì)應(yīng)的串口設(shè)置成Client 方式，電梯控制模塊對(duì)應(yīng)的串口設(shè)置成Server 方式。保證各樓棟各單元的電梯聯(lián)動(dòng)模塊和電梯控制模塊都與管理電腦網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通。

4.1.3 協(xié)議轉(zhuǎn)換程序配置

對(duì)每一棟樓的協(xié)議轉(zhuǎn)換程序進(jìn)行分別配置，電梯聯(lián)動(dòng)協(xié)議轉(zhuǎn)換程序用xml 文件實(shí)現(xiàn)各種配置，如圖3。具體配置如下：

分層教學(xué)模式對(duì)教師和學(xué)生來(lái)講都是一種十分有益的教學(xué)辦法。對(duì)于教師來(lái)說(shuō)，分層教學(xué)可以豐富教師的教學(xué)認(rèn)知，開拓了教師的教學(xué)思路，為日后開展更為有效的教學(xué)模式奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)分層教學(xué)需要教師對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況有很充分的了解，這在一定程度上改善了師生關(guān)系，也為師生交流提供了橋梁，在教師不斷完善教學(xué)模式的基礎(chǔ)上為多元化教學(xué)提供了有利條件。因此，分層教學(xué)是有利于師生的高效教學(xué)模式。

圖3 協(xié)議轉(zhuǎn)換程序配置

Name：電梯聯(lián)動(dòng)模塊的名字。

IpAddr：電梯聯(lián)動(dòng)模塊對(duì)應(yīng)的Server端的地址，也就是程序運(yùn)行的主機(jī)地址。每個(gè)電梯聯(lián)動(dòng)模塊啟動(dòng)一個(gè)server。

Port：電梯聯(lián)動(dòng)模塊對(duì)應(yīng)的Server 端的端口。用不同的端口區(qū)分不同的server。

樓棟號(hào)：電梯聯(lián)動(dòng)模塊對(duì)應(yīng)的樓棟號(hào)。

大堂號(hào)：樓棟對(duì)應(yīng)的大堂號(hào)，即一樓對(duì)應(yīng)的邏輯層號(hào)，地下有負(fù)二樓，大堂號(hào)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(duì)應(yīng)的串口服務(wù)器的Server 端地址。

梯號(hào)：電梯對(duì)應(yīng)的梯號(hào)。

呼梯時(shí)長(zhǎng)：呼梯后室內(nèi)機(jī)顯示樓層的時(shí)長(zhǎng)，單位：秒，默認(rèn)30 秒。

梯號(hào)與房號(hào)：一個(gè)電梯控制模塊可以控制不同梯號(hào)的多部電梯。

關(guān)聯(lián)房號(hào)：該梯號(hào)電梯關(guān)聯(lián)的房號(hào)的后兩位，可以填寫多個(gè)關(guān)聯(lián)房號(hào)，不同房號(hào)之間用英文的:分隔。如房號(hào)1702，后兩位02，01:02 表示房號(hào)后兩位為01 和02的房間。

避難層號(hào)：避難層所在的樓層，避難層只有消防電梯才能到達(dá)。

4.1.4 將協(xié)議轉(zhuǎn)換程序用“看門狗”程序管理

每棟樓復(fù)制一份完整的協(xié)議轉(zhuǎn)換程序，針對(duì)每棟樓每單元按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際環(huán)境進(jìn)行配置，保證配置正確。將每一棟樓的協(xié)議轉(zhuǎn)換程序納入“看門狗”程序管理。

4.1.5 啟動(dòng)各樓棟的電梯聯(lián)動(dòng)協(xié)議轉(zhuǎn)換程序

通過“看門狗”程序啟動(dòng)各樓棟的電梯聯(lián)動(dòng)協(xié)議轉(zhuǎn)換程序。

4.2 運(yùn)行數(shù)據(jù)

通過協(xié)議轉(zhuǎn)換程序的運(yùn)行日志，可以分析樓宇對(duì)講與電梯聯(lián)動(dòng)的協(xié)議交互過程。

4.3 運(yùn)行效果分析

通過程序協(xié)議轉(zhuǎn)換能夠很好的控制小區(qū)內(nèi)36 部電梯與樓宇對(duì)講的聯(lián)動(dòng)運(yùn)行。

5 結(jié)論

本文探討了如何通過軟件協(xié)議轉(zhuǎn)換代替硬件的協(xié)議轉(zhuǎn)換。軟件協(xié)議轉(zhuǎn)換不涉及電梯內(nèi)部的硬件控制，保證了電梯的安全，而且可以在協(xié)議轉(zhuǎn)換的過程中實(shí)現(xiàn)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(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)可以實(shí)現(xiàn)不同廠商的樓宇對(duì)講和電梯系統(tǒng)之間的聯(lián)動(dòng)運(yùn)行，使本方法具有較大的推廣意義，特別是針對(duì)改造的項(xiàng)目。但這種方案也存在如下問題：需要提供樓宇對(duì)講和電梯廠商的通信協(xié)議，需要樓宇對(duì)講廠商提供電梯聯(lián)動(dòng)模塊的硬件，電梯廠商提供電梯控制模塊的硬件。