一种电梯远程监控系统方案的设计

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  【摘 要】电梯远程监控是指通过网络或者电话线的方式,相关工作人员在电梯监控中心对分布在各个地区的电梯运行状态进行远程监测和控制。它的设计理念是通过internet实时监测各个电梯的运行状况,自动记录并存储电梯的运行数据及故障事件。当电梯发生故障时,电梯远程监控系统立即发送报警信号至控制中心,控制中心会发回故障电梯的名称、型号、位置、故障类型等等信息,工作人员在确认故障后,通知离故障现场最近的维修人员在第一时间内到达现场进行故障处理]。
  【关键词】电梯远程监控;监测;报警信号;控制中心
  1 物联网技术
  物联网(Internet of Things),通俗的讲就是物与物相连的网络。物联网是信息时代和工业时代的产物,融合了传感技术、控制技术和信息通信技术,将一切物品和基础设施(例如铁路、桥梁、公路、建筑、水坝等)通过各种传感设备与互联网连接,实现数据通信,从而具有对物品进行识别、定位、远程监控和管理的功能。物联网是现有互联网的延伸和扩展,是新时期实现全面互联互通的智能化网络。
  1999年美国Auto-ID研究中心最早提出了“物联网”的概念,当时的物联网是以产品电子代码(EPC,Electronic Product Code)为核心,利用射频识别技术(RFID,Radio Frequency Identification)、无线通信技术等,利用互联网建立起来的。
  物联网技术还是一个新的领域,它的发展还处于起步阶段,电梯等特种设备在物联网的应用方面也是处于刚刚起步的时期。近些年,随着物联网技术的发展,我国在电梯远程监控方面的研究有了较大的进步。物联网技术的结构分为三部分,分别是感应层,传输层、业务应用层。
  物联网信息的源头就是物联网技术的感应层,它是电梯远程监控系统中采集电梯运行数据的关键部分,其关键技术是通过在电梯轿厢和轿顶安装相应的传感器和光电开关等感知设备来实时的采集电梯运行数据。当某台电梯出现故障时,迅速进行故障检测和分析判断,感应层用到的感知技术主要有传感器技术、RFID技术等,再通过传感器网路将电梯运行信息传递出去。
  所谓的传感器网络也就是无线传感网络,无线传感网络技术主要包括传感器技术、信息处理技术和嵌入式计算技术等,相互之间能够协调工作以便实时监测、感知和采集各种数据信息进行分析处理。感应层是电梯物联网的触角,因此传感技术是电梯物联网的核心技术之一。
  传输层是把感知层采集到的数据通过可靠的通信方式传递到控制中心,并实现数据的双向传递。在电梯监控系统中,传输层将汇集的电梯监控数据实时、准确地传递出去以便及时地进行分析和处理,这些数据通过internet进行传输,所以传输层是感应层和业务应用层之间的连接纽带,传输过程中需要选择可靠的传输方式以便于保障数据的高传输率和数据的高准确性,以便于达到电梯实时运行状态信息的可靠传递和及时处理和救援。
  业务应用层是对的电梯运行状态的信息,根据业务需求进行分析和处理,然后提供相应的应用程序服务,在电梯远程监控系统中是反映在系统控制中心的软件系统,服务器将传输层发送的数据信息接收分析并存入数据库,根据不同用户的不同需求对电梯运行数据和当前运行状态进行查询,也可以进行故障诊断和故障信号的检测以及故障报警和处理,因此,数据库设计、故障判断和确认等功能要根据业务应用层的用户需求进行设计 。
  2 远程监控系统可行性研究
  为了改善电梯企业的售后服务、产品资料的收集和电梯设备远程诊断等方面的技术和能力,基于电梯行业生产现状和产品分布特点的电梯远程监控系统应运而生。它是传统机电系统的发展和延伸,也是电梯企业进行技术改造的一个重要的方面,所以有必要 对该系统进行一定程度上的可行性分析。
  众所周知,一个项目的可行性分析是项目启动的前提条件,本研究对电梯远程监控系统进行如下的可行性分析:
  电梯控制技术在我国的起步较晚,而国外的电梯技术则比较成熟,因此我们可以借鉴很多国外电梯设计的成功经验,从而充实我们自己的理论体系研究。另一方面,目前国内很多知名高校都有科研人员在研究远程监控系统,这使我国的电梯远程控制技术基本可以与国外保持同步。
  随着网络的发展,局域网的组建、维护、数据在网络上的传输,加密等等技术都得到了很好的发展。各种数据通讯协议层出不穷,并且己经制定出了一系列的国际标准,如TCP/IP协议,OSI模型,IPX协议等,这对于Internet的进一步发展和壮大起到了关键的作用,也使得人类在数据通讯领域的技术更加成熟,为系统的软件开发奠定了基础。
  微电子技术的突飞猛进以及超大规模集成电路技术的飞速发展使得单片机在数据计算、数据处理等方面有了很大的进展,同时各种系统外围芯片的功能也随之发展,为技术的二次开发提供了硬件基础。
  3 电梯远程监控系统功能
  (1)系统应该能够诊断电梯的各种故障,能够迅速做出判断并在第一时间提示维修人员进行故障的排除。
  (2)系统必须能进行24小时监控,如果发生故障,自动进行故障报警,自动的将数据发送到监控中心,工作人员将根据故障情况做出相应的处理方法。
  (3)对严重的故障能够做出及时的监控和诊断,如果有必要,可以通知现场管理人员将电梯停止,并通知工作人员进行故障排除和解决。
  (4)系统能够对轿厢内的视频画面进行实时的监控,保证乘客的人身和财产安全。
  (5)当某台电梯发生故障时,电梯远程监控系统具有自动提示维修人员的功能,并且要显示电梯的型号,电梯故障的类型的功能。
  (6)监控中心的电脑要能通过internet进行实时的监控电梯的运行状态,而且要将其实时状态通过图形的方式显示。
  (7)系统要能够记录区域内的每台电梯的故障所发生的时间、故障的类型和故障产生的后果,并统计其该区域内电梯发生故障的概率,真实的表示出电梯的工作状况。   (8)系统的监控中心的服务器可以通过internet将电梯的视频信息和音频信息发送到电梯机房终端。
  (9)系统能够按照电梯的维修和保养的周期,对工作人员的工作情况进行监督。
  4 电梯远程监控系统需求分析
  电梯远程监控系统包括机房监控终端部分、数据传输部分和监控中心三个部分。根据以上功能要求,分析得出各部分的需求。
  4.1 电梯远程监管终端需求
  电梯远程监控系统的监控终端的主要功能包括数据的采集、存储和传输。具体要求有:
  (1)远程监控必须要同时监控多个电梯,实现对该区域内的多个电梯的监控的功能需求;
  (2)远程监控应具有充分的数据采集接口设备,保障能够对多种类型电梯产品的运行数据进行有效的采集;
  (3)远程监控系统的机房终端应提供现场工作人员的手动输入或采用RFID卡的方式输入信息的功能,满足远程查看以及正常的维护管理工作的需求,还要对数据信息的格式提供多种方案供不同类型用户的选择使用;
  (4)如果安装了电梯远程监控系统,但是影响电梯本身设备安全工作,就是行不通的,所以两个系统之间不能有相互影响。
  (5)远程监控系统的机房终端的供电措施必须能够合理的根据电梯工作现场的真实情况进行选取。
  (6)电梯远程监控系统的机房监控终端还要有比较舒适的监控环境;
  (7)信号从电梯产品的继电器或机房中得到,但是不能对电梯自身的控制系统有负面的作用,同时也要保证信号真实有效的采集;
  (8)电梯远程监控系统的机房终端应具有自动报警的功能,一旦采集终端发生故障,该系统要在短时间内将故障信息上传到监控中心,同时要自动记录故障解除的记录;
  (9)电梯远程监控系统的传输网络应该稳定的运行,既要保障数据传输的安全,又要保障数据传输的质量;
  (10)远程端数据采集终端必须要能存储长时间的安全特征参数和电梯告警数据及工作人员输入的数据。
  4.2 控制中心及软件功能需求
  电梯远程监控系统的控制中心可以收集、处理和分析电梯设备安全运行的参数和平常的数据的管理,提高对电梯的监控力度和发现事故隐患的能力,以及事故处理的反应速度来减少事故的发生,并逐步成立电梯产品安全运行的合理的评价体系和智能的监控体系。控制中心及软件功能需求有:
  (1)系统能对指定的任意监控点实现实时监控,查看有关的实时参数和管理信息;
  (2)系统能接收和处理数据采集终端设备所传来的多种传感器信号的参数;
  (3)系统根据远程监控终端的地址代码能够迅速的查清楚故障电梯的地点,并做出快速的提示;
  (4)系统所采集的各种信号也能通过相适应的软件接口设备来提供给不同的管理系统;
  (5)远程监控系统的管理软件应该能够提供关键字的查找功能和定位的功能,这样工作人员的管理就会很方便;
  (6)远程监控系统管理软件还应该能够提供监控同种型号、同一个单位、同一个区域等多个采集终端的数据信息进行快速的处理、设置、和升级等的功能。
  (7)远程监控系统管理软件应该能够提供电梯出现非正常工作状况时的统计工作,为将来对电梯事故类型的统计提供一些有用的资料;
  (8)远程监控系统应该能够对电梯各部分的非正常工作状况的报警,如果某个设备出现非正常工作状况,要在短时间内将相关的非正常工作信息发送到监控中心,并通知相关的工作人员到现场进行维修处理。
  4.3 数据传输网络需求
  电梯远程监控系统的采集终端和监控中心之间的通信方式就是数据传输网络,电梯远程监控系统要能稳定高效地运行,必须要提供安全可靠的数据传输网络。
  (1)数据传输网络首先要考虑的问题是到电梯本身的运动的性质。电梯的数据传输方式的选择就有其特殊性,所以选择数据传输网络时需要考虑布线是否方便以及建设周期是否合理的两个问题。
  (2)由于需要监控电梯轿厢内的视频画面,就需要传输大量的视频信息,所以要求网络的带宽要能满足要求。
  (3)电梯远程监控系统的数据安全可靠传输是非常重要的,数据传输网络需要保证数据在传输过程中不被盗用或者改动。所以,电梯远程监控系统需要一个布线相对方便、安全可靠、建设周期短并且网络带宽大的数据传输网络的构建。
  5 电梯远程监控系统软件设计原则
  在电梯监控软件系统的设计中我们主要遵循下面的原则:
  5.1 功能设计模块化
  在对电梯远程监控系统功能需求分析的基础上,对各个功能模块进行单独研究开发和检测,减少不同功能模块之间的耦合度,这样系统的各个模块开发受到的影响就会较少,从而达到缩短研发周期的效果。
  5.2 良好的扩展性
  科学技术的发展快速,比如电梯制造技术和数据传输方式的快速发展,电梯远程监控水平也在飞速进步。所以在设计电梯远程监控系统的软件部分时,在满足当前应用的条件下,要尽可能地考虑到对监控技术发展的影响,使得监控系统便于进一步的扩展和功能的升级。
  5.3 安全可靠
  电梯的安全稳定的运行是关系到乘客的人身和财产的安全性,所以进行电梯监控系统的软件设计时必须要考虑多种未知因素对系统可靠性的产生的负面作用,尽可能的增加系统的稳定性。另外,监控中心存储的是重要的电梯平常的维护数据,因此必须要保证数据和信息足够安全。
  5.4 便于操作性
  由于从事电梯日常监控管理的是普通工人,没有比较专业的技术知识,因此设计的监控系统的软件应该满足人机界面好,操作简便;硬件要求维护检修方便:操作简便就可以减少误操作,提高工作效率。   5.5 易维护性
  电梯远程监控的工程量比较大,这样便要求使用的监控系统要便于维修和养护,最好能够实现远程的维护、管理。
  5.6 低运维成本性
  电梯远程监管系统监管的电梯产品比较分散而且数量庞大,这就要求系统所采用的数据传输方式的费用不能过高。
  6 电梯远程监控系统的结构及组成
  电梯远程监控系统的主要作用是对电梯进行远程的实时监控,故障分析以及及时的故障处理,同时要针对政府部门、物业单位和维保单位需求不同而产生不同的功能。电梯远程监控分为三个组成部分:数据采集系统部分、数据传输系统部分和控制系统部分。分别对应于物联网的设备感应层、网络通信层和业务应用层。
  系统的设计思想是通过internet将设备层实时采集到的电梯上下行、开关门等运行状况数据传输到业务应用层,业务应用层能够接收传来的运行数据信息和故障信息,然后进行数据的存储,在系统中形成比较系统的电梯运行档案。系统还需要支撑政府部门、维保单位、物业单位等单位对电梯档案的存储和查询功能。在正常工作中,系统实现不同用户对电梯档案和不同单位档案的记录进行查询,并可以查阅电梯运行的历史记录,从而根据需求进行电梯的养护和管理,当电梯发生运行故障时,系统的业务应用层及时的做出判断并发出相应的报警信号,电梯管理工作人员得到警报信息后及时的安排维修工作人员到达现场进行故障排除。
  电梯远程监控系统的数据采集系统对应的是物联网的感应层,是整个系统信息的源头,实时的采集电梯运行状态的多种信息。其包括安装在电梯轿厢的传感器和前端机。数据采集系统根据设置的参数类型向远程的控制中心发送数据包,远程控制中心是系统的业务应用层,收到这个信息包后对其进行分析并做出相应的处理措施,同时将信息存储在数据库中。系统的数据传输支持GPRS的网络形式,采用公共网络的固定IP地址。系统的远程控制中心向系统用户(包括电梯厂家、维保单位等)提供标准化、容易实现的远程监控方式,它可以根据不同用户的需求查询相应的电梯档案信息。
  采集系统:电梯远程监控的信号采集系统是直接连接在电梯产品中,利用数据采集器采集电梯运行时的数据信息,通过远程数据传输方式传送到控制中心。
  信号传送系统:将数据采集器采集到的信号传送到控制系统中进行分析和处理,处理之后的控制信号也要通过此传送系统发回到电梯机房终端的控制器。
  控制系统:对各种运行的数据信号进行分析处理,提取不同部门所需要的各种数据,达到对电梯的远程监控功能。
  电梯远程监控系统工作过程:
  (1)数据采集系统通过采集终端采集电梯运行的数据,并对数据进行分析处理。
  (2)进过处理之后的数据通过串口发送至GPRS模块上。
  (3)GPRS模块将接收到的电梯数据进行打包处理,包括数据采集终端的ID号,后台控制中心的IP地址和端口号等。
  (4)打包形成数据包后就由GPRS模块通过Internet各网关和路由器传输到达控制中心。
  (5)控制中心软件将传输来的数据包进行解压之后就会还原数据,并根据不同单位的功能需求进行数据处理,最后将处理完的数据存入数据库。
  7 结语
  电梯远程监控是指通过网络或者电话线的方式,相关工作人员在电梯监控中心对分布在各个地区的电梯运行状态进行远程监测和控制。本章介绍了物联网技术的概念和特点,并对电梯远程监控系统设计的可行性以及系统设计的需求进行分析阐述;从功能设计模块化、扩展性、安全性、操作性以及维护性等方面说明了电梯监控系统的设计原则;从数据采集系统、数据传输系统和控制系统方面介绍了电梯远程监控系统的组成。
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