史瑞鵬

（西山煤電（集團）有限責任公司機電部，山西 太原 030002）

引言

為滿足人們對電梯運行安全性、可靠性的迫切需求，電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)應運而生，其能夠做到電梯運行狀態(tài)實時顯示、故障及時報警、故障點及時定位。電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)利用專用傳輸線路、專用傳輸網(wǎng)絡實現(xiàn)電梯實時運行數(shù)據(jù)、故障信息的遠程傳輸，通過交互式人機界面將電梯運行狀態(tài)展現(xiàn)于監(jiān)控界面，實現(xiàn)實時監(jiān)控和故障提示。電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)集運行狀態(tài)監(jiān)視、電梯動作控制、電梯故障診斷、電梯運行管理類、電梯歷史數(shù)據(jù)存儲/查詢/分析等功能于一體，是一個較為復雜的綜合系統(tǒng)[1-2]。電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)的典型代表有美國奧蒂斯電梯的REM系統(tǒng)、日本三菱電梯的MelEye 系統(tǒng)，能夠完成電梯遠程操作、遠程監(jiān)視以及故障診斷功能，但是圖像顯示功能薄弱。國內(nèi)電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)獨立于電梯系統(tǒng)之外，典型代表有凱博公司研制的“調(diào)制解調(diào)器-前端機-PLC 控制器”系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可監(jiān)視任何一個與前端機相連的電梯，通用性強，但是故障診斷能力稍差[3-4]。本文為解決現(xiàn)代電梯監(jiān)控系統(tǒng)存在的節(jié)點多、距離長、干擾源多的問題，設計基于CAN、TCP/IP 通信技術，在ARM9 開發(fā)平臺實現(xiàn)電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)，達到電梯實時故障診斷、智能化管理、透明化運行的目的。

1 系統(tǒng)設計

電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計以保證電梯狀態(tài)數(shù)據(jù)的實時性、準確性為目標，以電梯運行狀態(tài)數(shù)據(jù)的遠程可靠傳輸和再處理為手段，實現(xiàn)電梯監(jiān)控工作人員對電梯的“零距離”監(jiān)控。電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計框圖如圖1 所示，由監(jiān)控電梯本體、CAN 總線通信網(wǎng)絡、前端采集模塊、TCP/IP 通信網(wǎng)絡以及電梯遠程監(jiān)控中心五部分組成。1～N 號電機的運行狀態(tài)、故障信息通過CAN 總線通信傳輸至前端采集模塊。前端采集模塊周期性地接收電梯運行狀態(tài)信息和故障信息并對上述信息進行正確性判斷、邏輯處理；其中狀態(tài)信息主要有運行方向、梯門狀態(tài)、樓層狀態(tài)信息等；故障信息主要有平層故障、梯門故障、變頻器故障、傳感器故障等。前端采集模塊將接收并處理后的電梯運行所有數(shù)據(jù)以TCP/IP 通信模式傳送給電梯遠程監(jiān)控中心進行集中顯示，便于電梯監(jiān)控工作人員及時查看、統(tǒng)計并處理故障。選用CAN 總線通信、TCP/IP 通信能夠在降低電梯運行數(shù)據(jù)傳輸成本的同時提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯崟r性，保證電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)安全、可靠、高效運行。

圖1 電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計框圖

2 硬件設計

電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)硬件設計框圖如下頁圖2 所示，其核心處理器為ARM Cotex-A9 四核CPU，型號為Exynos4421。該微處理器采用Thumb-2 技術，支持單精度、雙精度浮點運算；支持WIFI/CAN/RS485 通信；支持100 Mbit/s 高速TCP/IP 通信；支持Linux 內(nèi)核移植，滿足電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計要求[5]。核心處理器內(nèi)的CAN 主控制器通過高速CAN 收發(fā)器接收來自電梯的運行數(shù)據(jù)；TCP/IP 控制器可將處理后的電梯運行數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡插座變換器發(fā)送至電梯遠程監(jiān)控中心。核心處理器的供電電壓等級為DC3.3 V，需將外部DC5 V 供電電源通過電源轉(zhuǎn)換模塊傳送至電源管理模塊，通過電源管理模塊為CAN 控制器、TCPIP 控制器以及網(wǎng)絡插座變換器供電。

圖2 電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)硬件設計框圖

高速CAN 收發(fā)器選用Microchip 公司研發(fā)的MCP2515，該控制器為串行數(shù)據(jù)傳輸方式，接線簡單，占用芯片資源較少，且支持SPI 接口。在設計CAN 總線模塊硬件電路時，在MCP2515 控制器后增加MCP2551 模塊，為接收電梯數(shù)據(jù)、信號提供差分收發(fā)能力，提高收發(fā)CAN 總線數(shù)據(jù)的抗電磁干擾能力。網(wǎng)絡插座變換器選用聯(lián)華電子公司研發(fā)的DM9621，該控制器可提供高速USB 轉(zhuǎn)10/100 Mbit/s 數(shù)據(jù)傳輸，符合并支持USBV1.0-1.2 規(guī)范。同時DM9621 芯片集成了片上10/100 Mbit/s TCP/IP 轉(zhuǎn)PHY 獨立接口，可將TCP/IP 信號轉(zhuǎn)換為平衡信號進行傳輸，在提高傳輸效率的同時減少了共模干擾。

3 軟件設計

電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)軟件設計基于Linux Ubuntu12.04.2 平臺實現(xiàn)。該平臺支持CAN socket 編程，可建立電梯運行數(shù)據(jù)CAN 連接和數(shù)據(jù)收發(fā)功能。該平臺同時支持基于TCP/IP Socket 編程，可建立電梯運行數(shù)據(jù)TCP/IP 連接、數(shù)據(jù)請求以及數(shù)據(jù)應答，完成TCP/IP 通信。

電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)軟件系統(tǒng)上電并完成設備初始化過程后，建立電梯本體與前端采集模塊的CAN總線通信連接，建立前端采集模塊與電梯遠程監(jiān)控中心的TCP/IP 通信連接。電梯運行所有數(shù)據(jù)經(jīng)CAN、TCP/IP 通信傳送至電梯遠程監(jiān)控中心。電梯遠程監(jiān)控中心對數(shù)據(jù)進行接卸、分類、存儲、顯示，有故障且有手動報警信號時觸發(fā)自動撥號并聯(lián)系維保人員緊急救援；有故障無手動報警信號時聯(lián)系維保人員進行電梯維護保養(yǎng)并將故障信息上傳至移動端；當沒有故障代碼時，在Web 端為用戶提供查看數(shù)據(jù)信息。

4 系統(tǒng)測試

4.1 系統(tǒng)硬件測試

在確保電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)硬件電路正確且測試電路沒有接錯線、短路、短路故障的基礎上完成上電過程，并對硬件各模塊進行輸入、輸出電壓測試。測試結(jié)果為：

1）電源管理模塊輸入電壓標準值為4 V，實測輸入電壓值為4.7 V；輸出電壓標準值為1.8 V、3.3 V，實測輸入電壓值為1.78 V、3.15 V；

2）CAN 總線模塊輸入電壓標準值為3.3 V，實際輸入電壓值為3.15 V；

3）網(wǎng)絡插座變換器輸入電壓標準值為1.8 V、3.3 V，實測輸入電壓值為1.78 V、3.15 V。

上述電源系統(tǒng)測試效果較好，滿足供電需求。

4.2 CAN 總線通信測試

電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)CAN 總線通信測試通過USB_CAN tool 工具完成，將CANH、CANL 信號線與硬件正確接線后，在USB_CAN tool 軟件系統(tǒng)中設置波特率、CANID 并建立Socket CAN 通信連接。CAN總線通信測試系統(tǒng)連接好后通過接收、發(fā)送的CAN總線數(shù)據(jù)驗證通信鏈路是否正常，數(shù)據(jù)傳輸是否正確并滿足實時性要求。

4.3 TCP/IP 通信測試

電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)TCP/IP 通信測試通過PC 機、數(shù)據(jù)采集器以及下位機測試終端完成，利用網(wǎng)線將各設備連接并保證在同一個局域網(wǎng)內(nèi)。以PC 機位服務器端、下位機測試終端為客戶端，建立Socket TCP/IP通信連接，依次完成三次握手流程。同時在服務器端發(fā)送模擬數(shù)據(jù)，在客戶端查看收到的數(shù)據(jù)是否與發(fā)送的數(shù)據(jù)一致并滿足實時性要求。

4.4 上位機測試

電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)上位機測試基于遠程監(jiān)控平臺，模擬電梯運行狀態(tài)，在監(jiān)控平臺查看是否可以正確展示電梯運行狀態(tài)。設計并實現(xiàn)的電梯遠程監(jiān)控平臺人機界面如圖3 所示，模擬“C1 號電梯轎廂開門超時”故障。

圖3 電梯遠程監(jiān)控平臺人機界面

5 結(jié)論

1）基于ARM9 Exynos4421 芯片為核心，利用CAN總線通信技術、TCP/IP 通信技術實現(xiàn)電梯運行狀態(tài)、故障信息的遠程實時、智能監(jiān)控，并達到透明化運行的目的。

2）搭建電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)硬件、CAN 總線通信、TCP/IP 通信以及上位測試場景，測試結(jié)果表明：硬件設計方案電源供電系統(tǒng)穩(wěn)定；CAN 總線通信鏈路、TCP/IP 通信鏈路穩(wěn)定，實時性好，數(shù)據(jù)傳輸正確。

3）該方案實現(xiàn)了電梯遠程智能監(jiān)控，對提升電梯管理水平，保障電梯安全、高效運行具有非常重要的意義。