電梯實(shí)時(shí)監(jiān)控與故障報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

秦高峰

（核工業(yè)二〇八大隊(duì)，內(nèi)蒙古包頭，014010）

將貫通與各個(gè)設(shè)備傳感器以及監(jiān)控設(shè)備通過現(xiàn)場總線技術(shù)進(jìn)行連接，進(jìn)而形成集成單元階段，最終通過局域網(wǎng)把每個(gè)管理站點(diǎn)服務(wù)進(jìn)行有效的連接，這就是電梯實(shí)時(shí)監(jiān)控與故障報(bào)警系統(tǒng)的工作流程與方式。基于此，結(jié)合實(shí)際作如下分析。

1 系統(tǒng)功能

如今，維護(hù)技術(shù)以及設(shè)備檢測已經(jīng)進(jìn)入了集成系統(tǒng)階段，資源和信息的共享在單位內(nèi)部已經(jīng)基本得到實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)功能如下：

功能一：采集處理功能，該功能主要體現(xiàn)在生產(chǎn)過程，對(duì)數(shù)字量以及生產(chǎn)過程中的模擬展開預(yù)備處理、采樣以及檢測，最終以表格、電子屏等方式輸出，從而讓生產(chǎn)人員有準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)參考，讓生產(chǎn)情況更容易被掌握。

功能二：對(duì)電梯運(yùn)營狀態(tài)給予檢測，用戶在電梯正常運(yùn)營的過程中可以通過網(wǎng)絡(luò)終端的顯示了解電梯開關(guān)門狀態(tài)、轎廂內(nèi)視頻監(jiān)控視頻等情況。如果電梯運(yùn)營過程中出現(xiàn)問題，也可以讓用戶及時(shí)的知曉并進(jìn)行故障處理。

功能三：故障報(bào)警管理，一旦電梯發(fā)生故障，此時(shí)監(jiān)控中心便會(huì)收到來自監(jiān)控中心反饋的故障消息，同時(shí)第一時(shí)間向在電梯間的乘客報(bào)警，并說明即將采取的措施，提醒乘客注意事項(xiàng)。此后，監(jiān)控平臺(tái)還會(huì)針對(duì)故障問題展開分析與評(píng)估，對(duì)故障信息向相關(guān)單位匯報(bào)，并對(duì)故障處進(jìn)行頻繁的跟蹤與記錄，通過調(diào)取電梯近期運(yùn)行情況及相關(guān)視頻，為故障的排除工作提供依據(jù)。

功能四：故障響應(yīng)處置管理，故障保障信息上傳之后，相關(guān)單位會(huì)根據(jù)故障情況進(jìn)行及時(shí)的處理，同時(shí)記錄處理情況與進(jìn)度。故障響應(yīng)處置管理的過程中，故障響應(yīng)分級(jí)處理、消防故障報(bào)警狀態(tài)等功能都得到啟用。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)組成及原理

系統(tǒng)先由電梯控制部分485或則其他串行信號(hào)轉(zhuǎn)換后。首先，系統(tǒng)首先會(huì)串行信號(hào)以及電梯控制部分485轉(zhuǎn)換之后，AT89S52單機(jī)片則會(huì)收到數(shù)字形式的結(jié)果。

數(shù)值結(jié)果出來后，會(huì)將設(shè)定值與主程序進(jìn)行分析，并根據(jù)數(shù)值情況，單片機(jī)將會(huì)輸出信號(hào)，通過對(duì)電路各端口的電平進(jìn)行控制，從而讓外圍的電路工作得到驅(qū)動(dòng)和控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)控制對(duì)象的控制。與此同時(shí)，單片機(jī)會(huì)連接上W5500，讓上位機(jī)與太網(wǎng)進(jìn)行鏈接，遠(yuǎn)程通信得以實(shí)現(xiàn)。

用戶應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、底層感知層是低通構(gòu)建的三個(gè)組成部分，感知對(duì)象層與感知設(shè)備層構(gòu)成了中層感知層，而功能層和訪問層構(gòu)成了用戶應(yīng)用層。如圖1所示。

圖1 電梯監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

太網(wǎng)接口模塊、單片機(jī)系統(tǒng)、外圍控制電路等多方面組成了系統(tǒng)硬件。本系統(tǒng)核心處理器AT89S52具有ISP功能，內(nèi)含8k字節(jié)的EPROM和256字節(jié)的RAM，同時(shí)具有價(jià)格優(yōu)惠、使用廣泛且方便等優(yōu)勢，因此該芯片在嵌入式控制系統(tǒng)中大受歡迎，并應(yīng)用普遍。單片機(jī)會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)開展系統(tǒng)的控制并處理，接下來由于RS-232端口輸送，讓遠(yuǎn)程控制在用太網(wǎng)傳到PC機(jī)之后得以實(shí)現(xiàn)。ISP（在系統(tǒng)編程）功能在整個(gè)過程中表現(xiàn)出其強(qiáng)大的優(yōu)勢，為系統(tǒng)的運(yùn)營帶來巨大的方便。

另外，按照分層來看，電梯運(yùn)用過程中的同步消息、電梯轎廂視頻資料等是感知對(duì)象層的主要構(gòu)成部分；而采集設(shè)備主要構(gòu)成了感知設(shè)備層，負(fù)責(zé)信息的采集工作。數(shù)據(jù)的全方位處理，是功能層的主要作用；移動(dòng)以及固定通信網(wǎng)絡(luò)則存在于網(wǎng)絡(luò)傳輸層，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)信息的輸入與輸出。而對(duì)客戶的獨(dú)特性需求的訪問是訪問層的主要作用。

圖2 MCU電路圖

2.3 采集器端通信主過程

登錄服務(wù)器，借助心跳包與服務(wù)器保持聯(lián)系的方式，實(shí)現(xiàn)電梯報(bào)警及故障信息實(shí)時(shí)傳輸，第一時(shí)間獲得電梯運(yùn)行情況及視頻監(jiān)控等信息。與此同時(shí)，電梯運(yùn)行所形成的歷史數(shù)據(jù)，將以文件的形式保存在服務(wù)器中，信息交換也會(huì)在同時(shí)通訊連接建立之后得以完成。在線路沒有數(shù)據(jù)傳輸需要的時(shí)候，為了讓系統(tǒng)更穩(wěn)定，采集器的連接也需要持續(xù)的保持，因此為了保持該種鏈接，同步信息詳情也會(huì)在心跳包連續(xù)發(fā)送10次之后發(fā)送。

圖3 數(shù)據(jù)接口電路圖

2.4 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)

電梯故障報(bào)警系統(tǒng)以及實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)對(duì)運(yùn)行中的電梯進(jìn)行監(jiān)控，電梯設(shè)備各項(xiàng)設(shè)備的運(yùn)營情況、故障發(fā)生第一時(shí)間的判斷以及故障消息的傳達(dá)，進(jìn)而確保故障能過夠及時(shí)地被處理。而這一系列的功能實(shí)施過程中，均需要獲取準(zhǔn)確的信號(hào)數(shù)據(jù)，而信號(hào)數(shù)據(jù)的獲取與采集就是該項(xiàng)工作開展和進(jìn)行的基本條件。因此，提高信號(hào)數(shù)據(jù)的獲取與采集效率是提高該項(xiàng)工作效率的關(guān)鍵途徑，縱觀國內(nèi)該項(xiàng)技術(shù)，已經(jīng)達(dá)到了成熟的水平，但也同時(shí)存在一定的劣勢，主要表現(xiàn)在：當(dāng)停電發(fā)生的時(shí)候，數(shù)據(jù)傳輸相關(guān)工作就不得不停止，而這種問題的處理需要無線與有線數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行ЫY(jié)合才能實(shí)現(xiàn)，當(dāng)二者結(jié)合之后將故障采集控制器運(yùn)用到轎頂上方位置，并采用拉線的方式將通訊線纜在電梯井道內(nèi)安裝設(shè)置，并采取5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，使電梯故障報(bào)警系統(tǒng)不受距離約束，并在停電現(xiàn)象發(fā)生之后，也不會(huì)影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼＿M(jìn)行，從而進(jìn)一步保障電梯的運(yùn)行安全。

3 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境和數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

3.1 監(jiān)控平臺(tái)開發(fā)環(huán)境

基于ASP.NET的一套Web服務(wù)程序是物聯(lián)網(wǎng)電梯監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)。本電梯監(jiān)控平臺(tái)應(yīng)用層使用Windows操作系統(tǒng)，開發(fā)環(huán)境為Visual Studio2019，編程語言為C語言。該環(huán)境可支撐云計(jì)算，同時(shí)在并行計(jì)算、多核系統(tǒng)等方面表現(xiàn)良好。微軟的ASP.NET是一套非常成熟的變成系統(tǒng)，其程序具有獨(dú)特性，用戶使用方便，在相同的web請(qǐng)求過程中不必對(duì)頁面進(jìn)行重新地加載。該種技術(shù)大大提升了系統(tǒng)運(yùn)行的速度，同時(shí)也節(jié)省了服務(wù)器資源和寬帶，由于心態(tài)系統(tǒng)在信息與遠(yuǎn)程服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)交換比較頻繁，因此這種技術(shù)對(duì)于電梯監(jiān)控系統(tǒng)非常的適用。該技術(shù)能夠及時(shí)地將檢測數(shù)據(jù)以及查詢結(jié)果等信息通過服務(wù)器端口呈現(xiàn)給客戶，客戶可以通過網(wǎng)頁的形式方便且快速地了解想要了解的信息，在提升工作效率的基礎(chǔ)上，增強(qiáng)了用戶體驗(yàn)感。系統(tǒng)按照用戶權(quán)限等級(jí)的不同，實(shí)現(xiàn)差異化操作管理，并系統(tǒng)的指令及其后臺(tái)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進(jìn)行管理操作，同時(shí)管理用戶可以在任何網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，連接電梯物聯(lián)網(wǎng)，方便查看電梯運(yùn)行狀態(tài)和故障問題反饋，并根據(jù)提示及時(shí)進(jìn)行處理。

3.2 功能模塊設(shè)計(jì)

(1)實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)控模塊

該模塊主要應(yīng)用于電梯運(yùn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)控，如電梯運(yùn)行方向、電梯門狀態(tài)、樓層信息、轎廂內(nèi)情況等。

(2)參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊

該模塊應(yīng)用于提供實(shí)時(shí)監(jiān)控電梯運(yùn)行參數(shù)，如電梯運(yùn)行速度及加速度、電梯載重、轎門開關(guān)及電梯內(nèi)噪聲等參數(shù)。運(yùn)行過程中，若某一項(xiàng)參數(shù)出現(xiàn)問題，則會(huì)在界面上顯示異常，管理員可以通過查看詳情，獲取異常參數(shù)的當(dāng)前值及正常值區(qū)間。

(3)故障診斷模塊

該模塊主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)的分析及處理，從而獲取電梯控制系統(tǒng)發(fā)生故障相關(guān)信息。系統(tǒng)管理員可借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)版本的設(shè)置，使系統(tǒng)更加優(yōu)化，嵌入更加穩(wěn)定。若無故障信息，也可將故障診斷結(jié)果添加至數(shù)據(jù)庫中，方便管理員查詢。若故障出現(xiàn)，系統(tǒng)則會(huì)診斷出故障類型，并確定故障電梯位置及故障信息。

(4)數(shù)據(jù)維護(hù)模塊能

該模塊主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)的維護(hù)，具體含歷史數(shù)據(jù)維護(hù)、線下訓(xùn)練以及樣本數(shù)據(jù)維護(hù)等。其中歷史數(shù)據(jù)可被工作人員調(diào)取，并進(jìn)行查詢或刪減。樣本數(shù)據(jù)主要為了適配更新神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，在歷史故障信息達(dá)到一定數(shù)量之后，可以對(duì)其進(jìn)行對(duì)應(yīng)的數(shù)量增加，同時(shí)讓神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通開啟全新的訓(xùn)練，可使數(shù)據(jù)反饋更為準(zhǔn)確。

3.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

在本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯實(shí)時(shí)監(jiān)測和故障數(shù)據(jù)記錄后，還須對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)做出科學(xué)有效的管理。與此同時(shí)，通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，所獲得的結(jié)果需要與相對(duì)應(yīng)電梯信息打包存檔，方便為后續(xù)電梯設(shè)備故障的解決提供參考。

具體來看，電梯信息主要包括電梯監(jiān)控內(nèi)容數(shù)據(jù)、監(jiān)控電梯基本信息。其中電梯監(jiān)控內(nèi)容數(shù)據(jù)主要包含設(shè)置運(yùn)行超時(shí)時(shí)間、設(shè)置門區(qū)外停梯時(shí)間、配置上報(bào)時(shí)間間隔、設(shè)置額定運(yùn)行速度、設(shè)置平層插板長度、開啟/關(guān)閉即時(shí)上報(bào)、開啟/關(guān)閉周期上報(bào)、清除歷史故障、總樓層和校準(zhǔn)樓層、清除累計(jì)運(yùn)行時(shí)間和次數(shù)、故障復(fù)位以及重啟終端等。監(jiān)控電梯基本信息主要包含監(jiān)測系統(tǒng)ID、音視頻系統(tǒng)ID、視頻端口號(hào)、視頻連接IP、注冊(cè)代碼及時(shí)間、業(yè)主單位、所在詳細(xì)地址等。基于此，需要結(jié)合電梯監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)際情況來設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫，以便于對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)及設(shè)備信息進(jìn)行存儲(chǔ)和管理。

設(shè)計(jì)中本文采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫的方式，管理電梯運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測和故障報(bào)警信息。關(guān)系數(shù)據(jù)庫是利用集合代數(shù)等相關(guān)的概念運(yùn)營，目的在于對(duì)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行同繁體的處理，其建立是以為關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型為基礎(chǔ)的，關(guān)系數(shù)據(jù)庫能夠讓數(shù)據(jù)的管理更加的全面與準(zhǔn)確?？v觀目前國內(nèi)外的關(guān)系數(shù)據(jù)庫類型，有三種類型的較為普遍，分別是：Oracle、SQL、Access。

SQLServer中設(shè)置數(shù)據(jù)庫ElevatorInspect，同時(shí)創(chuàng)建5張有關(guān)的數(shù)據(jù)表，即分別為∶EquipmentInfo，該種數(shù)據(jù)的主要目的為讓電梯在運(yùn)營過程中的監(jiān)控終端相關(guān)設(shè)備的具體信息得到有效的保存；processes，用于存儲(chǔ)故障報(bào)警處置信息；TimeStateData，該種數(shù)據(jù)的主要作用在于將電梯在運(yùn)營過程中的狀態(tài)信息與數(shù)據(jù)得到及時(shí)有效的保存；UserInfo，用于用戶信息的存儲(chǔ)；Warnlnfo，用于故障報(bào)警信息的存儲(chǔ)。

多傳感器的相互作用是電梯監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)的不可或缺的重要組成部分，系統(tǒng)功能是在此基礎(chǔ)上經(jīng)過層層的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)開發(fā)實(shí)現(xiàn)的。在通過對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)測試后，得出電梯監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)運(yùn)行與電梯正常運(yùn)行契合度良好。具體來看，系統(tǒng)經(jīng)過如下故障模擬測試：第一，測試中電梯監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)運(yùn)行正常，且在電梯在正常運(yùn)行過程中受到電磁干擾依然穩(wěn)定運(yùn)行；第二，對(duì)電梯可能出現(xiàn)的各種故障進(jìn)行有效的模擬，運(yùn)營單位可以模擬中總結(jié)急救、修理等經(jīng)驗(yàn)，從而更好地保障電梯使用人群的安全。

4 總結(jié)

如今，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)得到大范圍的普及和運(yùn)營，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也正在高速的發(fā)展和精進(jìn)，在電梯實(shí)時(shí)監(jiān)控與故障報(bào)警系統(tǒng)中也不例外，同時(shí)該系統(tǒng)結(jié)合網(wǎng)絡(luò)，將生產(chǎn)工藝得到聚到的提升，提高設(shè)備的可用率，最終降低生產(chǎn)成本，提高效益。

本文從電梯實(shí)時(shí)監(jiān)控與故障報(bào)警這兩大系統(tǒng)出發(fā)，對(duì)這兩種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)合實(shí)際進(jìn)行分析，并提出監(jiān)控系統(tǒng)與報(bào)警系統(tǒng)的優(yōu)化方案，讓獨(dú)立傳感器與核心傳感器得到更加有效地運(yùn)用。與此同時(shí)，將太網(wǎng)模塊融入到研究與調(diào)研當(dāng)中，對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)以及參數(shù)的傳輸功能進(jìn)行具體的論證，從而讓電梯設(shè)備故障點(diǎn)以及故障范圍的確定提供有力的幫助。