电梯远程监控系统方案.docx

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电梯远程监控系统方案

电梯远程监控系统（RemoteElevatorMonitoringSystem，REMS），是指某个区域（一幢大楼，一群大楼，一个小区，一个城市等）中安装多部电梯后，对这些电梯进行集中远程监控，并对这些电梯的数据资料进行管理、维护、统计、分析、故障诊断及救援。

其目的是对在用电梯进行远程维护，远程故障诊断及处理，故障的早期诊断与早期排除，以及对电梯的运行性能及故障情况进行统计与分析，以利于不同部门利用该系统进行有效的监控与管理。

目前电梯远程监控系统主要存在的问题是因为不同厂家的不同标准而产生的监控系统开放性相对较低，因而对系统的标准化提出了更高要求。

针对这些现状，本文以开发适用于不同厂家不同型号电梯的远程监控系统为目的，融合多种技术，提出由终端控制器、传输网络和监控平台组成的电梯远程监控系统的设计方案。

文中对终端控制器的开发与设计进行了详细论述，硬件上以ARM微控制器LPC2378为核心，外扩RS．232、RS．485、Modem、USB以及双以太网接口，以实现对不同电梯接口的数据采集；软件上设计了功能接口程序、多协议接口转换程序，制定了统一的网络协议，实现了电梯监控数据的标准化。

同时具体介绍了监控平台上动态数据交换、电梯运行状态实时监控、Web发布等功能的设计与开发。

并最终给出了系统的调试结果。

本文构建的多电梯远程监控系统对组建区域性多电梯监控系统、推进电梯监控系统标准化有重要的实际意义。

关键词：

电梯远程监控嵌入式系统协议转换监控软件组态软件

1绪论

1．1背景介绍

近年来，随着计算机技术和通讯技术的发展以及互联网应用的普及，通过专用网络进行数据传输在各个领域的应用已日益广泛，电梯的远程监控技术便是其中一例【l】。

电梯远程监控系统（RemoteElevatorMonitoringSystem，REMS），是指某个区域（一幢大楼，一群大楼，一个小区，一个城市等）中安装多部电梯后，对这些电梯进行集中远程监控，并对这些电梯的数据资料进行管理、维护、统计、分析、故障诊断及救援。

其目的是对在用电梯进行远程维护，远程故障诊断及处理，故障的早期诊断与早期排除，以及对电梯的运行性能及故障情况进行统计与分析，并在分析的基础之上选择合理的运行方案121。

总之安全可靠、运行稳定、界面友好、管理便捷已日益成为如今电梯监控系统发展的主流方向。

1．2国内外研究现状【3】

目前，我国的电梯业发展迅速，据统计近几年来全行业共生产各类电梯数十万台，且每年都在递增，2008年年产量达到24．31万台。

同时出现了一批专业化配套件生产企业。

目前国内对电梯的维护与管理主要采用的是定期上门保养，发生故障时电话召修的传统方式，但这种方式越来越不适应时代的发展要求，原因有：

（1）电梯的数量增多，维修人员少，不能及时赶到故障电梯的现场。

（2）电梯内缺乏有效的通信工具，维修部门既不了解故障现状又不能提供必要的安抚，使被困人员承受着巨大的身心压力。

（3）不能及时地提供对电梯日常运行的记录和监测资料，增加了分析与排除故障的难度，大大延长了维修的时间。

电梯的远程监控技术正是基于以上原因而出现的，电梯远程监控技术是随着计算机控制技术和网络通信技术的发展而产生的电梯控制领域的前沿技术。

1．2．1国内外现状及存在问题

目前国外的大型电梯企业都有了成熟的电梯远程监控系统，例如蒂森公司的远程监控系统具有控制电梯的功能，能检测和识别滥用或者误操作紧急呼救功能，能较好的掌握电梯的运行情况，并进行分析与处理，转化为图表来显示各行驶方向和每层楼的呼叫次数，呼叫与事件处理曲线等；自动故障报警，该系统可以同时监控电梯，自动扶梯以及楼内其它设备：

但是该系统仅适用于蒂森公司的电梯和扶梯。

奥的斯公司的远程监控中心（RME）是奥的斯公司自行开发的电梯监控系统，具有分级报警的功能（乘客被困报警，自动故障报警和电梯运行表现报警）。

RME系统自动发出电梯服务中断的讯号，显示地点，性质，问题以及乘客的状况资料，当电梯运行表现不符合预定的界限时，系统发出偏差信号。

KNOE公司的EMC监控指令系统通过MODME和标准电话线实现电梯和自动扶梯的远程实时监控，具有较好的运行数据库管理分析功能，可以将指定时间段内的数据转化为直观形象的图表；具有独特的运行记录回放功能，有助于故障查询诊断【4卅。

以上这些电梯远程监控系统相对来说都具有一些代表性，是国外的电梯远程监控比较常见的方式，这些系统普遍的特点就是专用性很强，开放性、通用性与其功能发展程度不相匹配，无法支持其他公司的电梯系统。

这种现状也大大增加了监控系统区域运营的成本。

在国内，已经有了关于电梯远程监控的研究。

但起步较晚，具有自主版权的成熟的产品也比较少。

由于电梯远程监控系统是涉及到电梯控制、计算机控制、现场总线、网络通讯、多媒体技术、数据库技术以及WINDOWS平台下面向对象的高级语言编程等多个专业的较大的系统工程，技术难度较大，同时还需考虑到与各个厂家的电梯控制系统（包括微机控制系统、PLC控制系统以及早期的继电器控制系统）的接口问题等诸多因素，因此，现在国内的电梯监控系统的同类产品中，在开放性、统一性和实时性等方面同样存在着很大的不足【丌。

总结下来，主要由以下问题：

（1）开放性相对较低，没有统一的标准化协议。

（2）功能简单，如只能进行简单的电梯运行状态监控、同时监控的电梯数量少、不能进行电梯故障的早期预警。

（3）界面简单、单一，监控信号量少；只能对电梯状态进行监控，而不能采集电梯轿厢中的图像与声音。

（4）适用电梯种类少，或者是不能兼容不同类型的电梯。

（5）多采用RS．232或RS．485总线传输，或采用两级结构的Modem传输，系统的实时性与可靠性相对较低。

1．2．2目前电梯监控系统的分类隅J电梯的监控系统需实时反馈电梯的操作、运行及故障信息，要求安全可靠、运行稳定、界面友好、管理便捷，其实时采集的电梯信号包括：

（1）电梯操作状态信息，如检修、正常、司机、消防等；

（2）电梯运行状态信息，如楼层显示、上／下行、开／关门等；

（3）井道信息，如平层、端站、限位等；

（4）各种故障信息。

目前电梯的监控系统大约分三类：

（1）大部分品牌电梯都有自己开发的监控系统，这些系统都包括不同的通信方式，不同的硬件接口，能较好的实现多台电梯的运行监视和一些基本的远程控制。

但是此类产品由于销量有限，一般价格很贵，能消费的客户很少。

（2）用PLC构成的网络通信监控。

PLC可以很方便的构成系统，开发此类系统完全省去了硬件开发的成本，只要软件开发成熟即可开工安装，而且系统一般采用标准的通信接口，很容易与建筑的其它智能设备一起构成网络，但是电梯控制要附加PLC并且连带相应的通信单元，成本较高。

目前随着PLC的价格不断下降，也不失一个好方法。

（3）用单片机构成一个独立的采样通信单元，形成一个二级监控系统，此类监控在初期的开发成本包括软硬件，开发成本较高，但形成系统后，再销售的成本就很低了。

但是由于市场不大，难以形成规模，还有此类系统由于不采用标准配件，今后维护的难度，成本较高。

1．2．3多电梯远程监控系统的发展趋势19l

多电梯远程监控在电梯远程监控的基础上，融合了的最优控制，是一种基于时间最优、能量最优的动态综合最优化策略。

因此，多电梯远程监控系统的发展趋势为：

（1）远程监控系统协议开放化

采用统一开放的协议标准，可以在同一系统中采用多种品牌的电梯，并对其进行监控，无须二次开发转换协议。

（2）远程监控系统节能化

从静态的电梯交通配置到动态的多电梯群控系统，电梯的能耗指标往往被忽视。

统计数据表明，电梯的能耗约占大楼综合能耗的3／7，与电梯群控系统的性能直接相关。

因此，节能目标将是多电梯远程监控系统必须考虑的关键目标。

（3）远程监控系统网络化

电梯群控系统将与网络技术相结合，用网络把各地的电梯监管起来进行远程监控。

（4）监控系统产品市场化

未来电梯监控系统的研究将侧重于商品系统的开发，即面对需求面向市场。

1．3课题的意义和内容

本课题主要设计开发适用于不同厂家不同型号电梯的远程监控系统：

通过对一些关键技术，如ARM及多路数字信号采集处理技术、多端口协议转换技术、系统抗干扰设计技术、动态数据交换技术以及网络组建技术等的研究，构建出多电梯远程监控系统；该系统包括可采集电梯运行信息并进行协议转换的终端控制器，可传输数据的网络系统，可进行动态数据转换、远程登录、功能完善、运行稳定的监控软件。

电梯终端控制器所要实现的基本功能如下：

（1）实时采集电梯的运行状态信息（方向、层站、呼梯、安全回路、操作方式、门系统、井道信号等）；

（2）实时采集电梯的各种故障信息（变频器故障、门故障、安全回路故障、井道故障等）；

（3）实时采集的电梯信息在微处理器内部进行处理，以一定格式存放在指定区域，并进行协议转换便于发送：

（4）电梯信息采集前端机应当具有多种接口方式。

电梯监控软件的基本功能如下：

（1）动态数据交换，处理终端控制器通过通信网络发送的电梯信息数据；

（2）实时显示电梯状态及运行参数，包括电压、电流、电机转速等；

（3）实时报警、事件记录及历史趋势曲线功能：

（4）基于C／S架构的Web发布功能，用户可以远程登录监控电梯状态。

1．4本论文的工作

本论文主要完成以下工作：

对嵌入式系统接入以太网方案的进行比较，结合本监控系统的特点采用用硬件协议栈芯片实现TCP／IP协议的方案，提高嵌入式系统接入以太网的开发效率。

为了提高网络系统数据传输的可靠性，本系统采用备份环形局域网连接结构，增强了系统的抗干扰能力。

完成多电梯远程监控系统终端控制器硬件设计的整个过程。

完成多电梯远程监控系统终端控制器的软件设计工作，包括各个功能接口的驱动设计、应用层不同接口协议统一转换为TCP／IP协议的实现。

完成多电梯远程监控系统终端控制器的监控软件开发工作，包括数据处理、功能模块开发、web发布功能调试。

1．5论文章节安排

本文的主要章节安排如下：

第一章：

绪论。

主要介绍了课题提出的背景、研究意义以及国内外的研究现状，最后给出本论文的主要工作。

第二章：

多电梯远程监控系统总体设计。

介绍了监控系统的整体结构，并提出监控系统设计的总体方案，包括硬件总体方案和软件总体方案。

第三章：

多电梯远程控制系统终端控制器硬件设计。

根据硬件总体设计方案，详细介绍了硬件的实现，包括微控制器单元设计、功能接口设计和以太网接口设计三部分。

第四章：

多电梯远程控制系统终端控制器软件设计。

根据软件总体设计方案终端控制器设计部分，详细介绍了终端控制器软件的实现，包括各个功能接口驱动，以及协议转换和主函数的开发与实现。

第五章：

多电梯远程监控系统监控软件的设计与实现。

根据软件总体设计方案监控

软件设计部分，本章详细介绍了监控软件的实现，包括数据处理和动态数据交换的实现、监控界面及功能模块设计。

第六章：

系统运行与总结。

描述了以太网接口的调试，协议转换测试、监控界面的功能测试及web发布测试。

同时总结全文，指出系统可改进扩展之处。

2多电梯远程监控系统总体设计及其相关技术

2．1整体结构及功能

多电梯远程监控系统作为对电梯进行监控的一种手段，在电梯的日常运行中的所起作用日益明显，它是电梯能够安全高效的运行的前提和基础，是电梯企业对产品原有控制系统的延伸和发展，是针对原有监控系统所存在的缺陷以及电梯行业所面临的问题和提出的要求【lJ。

电梯监控系统融合多种技术，它的应用，使得电梯生产企业、质检部门、监控用户等能够通过该系统对在分布各地的电梯产品进行适时的，准确地监控，一方面方便了企业和用户对电梯运行情况的维护，另一方面也加强了企业对产品资料和数据的收集和处理功能，同时也使质检部门的监控更加便捷。

2．1．1结构概述

本文所设计的多电梯远程系统由终端控制器、网络系统、监控平台三部分组成。

终端控制器采用ARM控制器LPC2378芯片设计了数据采集及协议转换器，包含RS一232接口、RS．485接口、USB接口、Moden接口、以太网接口，根据不同的现场状况，采取不同的数据采集方式，任何一种接口采集数据后统一转换成以太网接口的标准协议数据转发。

网络系统是整个监控的骨架。

在需要监控的小区内部通过终端控制器的以太网接口构建了局域网，并负责协议转换功能的实现，而各个小区与区域间则利用互联网进行数据交换，从而构成了整个系统的网络系统。

网络化是电梯监控系统的发展趋势，电梯上的信息可以通过网络实现快速传输，如现场视频信息等；音频系统的语音数据也是通过网络系统在局域网内广播。

系统采用硬件协议栈芯片实现网络协议，内嵌交换机功能，具有两个以太网接口，并且采用带备份通路的环网结构组网，提高了系统的可靠性。

监控平台，使用VB6．0开发了DDE的数据解析程序，同时使用北京三维力控公司提供的力控Foreeeontrol6．1软件下编制监控程序，可以实现对电梯终端控制器所采集信息的接收、处理；并且采用了可视化软件编程，提供了一个全中文、图形化、动态化的监控界面，针对不同的用户（小区监控用户、质检部门等）、不同的管理权限，在不同的地点可以很轻松的对电梯运行情况进行实时监控，以便利于随时处理故障和维护电梯。

并且记录报警、故障信息和进行数据统计，对电梯总体运行情况进行掌控。

同时，监控平台的web发布功能，可以实现用户通过Intemet远程登录监控系统，在紧急状况下对监控系统的远程操控。

系统结构如图2．1．1所示：

图2.1.1多电梯控制系统

2．1．2功能概连

针对目前国内外电梯远程监控技术不足，本系统设计的目的就是为了方便监控运营及质检单位对远程电梯运行情况的监控以及企业和电梯用户之间的信息交流，解决不同厂家电梯控制系统之间的差异性．收集和积累产品数据和信息，从而设计出一个通用性强、开放程度高的监控系统。

在设计过程中，整个系统被划分为终端控制器、网络系统、监控平台三个部分，系统整体实现的功能概括为以下几十方面：

（1）数据的远程实时采集

监控系统的终端控制器的数据采集具有自动循环采集和命令采集两种模式，根据现场状况，系统自动选择采集模式或者并用两种模式。

（2）协议转换

现场采集到的数据不论是何种协议，最终都转换成统一的TCP／IP协议数据通过以太网接口发送至同络中供监控平台或者远端用户读取。

0）电梯运行实时组态功能

本系统的监控平台采用维态软件进行开发，实现接收处理各终端控制器信号，并进行动态数据交换。

监控软件提供运行稳定、图表形象的监控界面，在监控计算机屏幕上实时显示监控小区电梯整体运行信息，同时可以通过具体信息界面分别显示出具体某一部电梯的运行状况和视频、音频信息。

2．2多电梯远程监控系统总体设计

总体设计将提出多电梯远程监控系统的实现方案，包括网络拓扑结构设计、系统硬件实现方案设计和系统软件实现方案设计三部分。

2．2．1系统网络拓扑结构

本系统中底层的终端控制器构成带备份通路的环形局域网（这种结构冗余备份了一个通路极大地增强了网络系统的可靠性），通过网关接入Intemet网。

监控平台可以连接在局域网内部或者通过Intemet采集终端控制器发送的数据，并且通过双机冗余备份，为监控平台的稳定性提供了有力保障。

同时电梯厂家、质检单位等用户可作为客户端通过Intemet对电梯的运行状态进行监控。

本系统通过以下几方面实现带备份通路环网：

（1）物理连接采用每个节点首尾相连组成一个闭型环网。

（2）硬件设计中每个终端控制器节点都有一个可由软件控制打开和断开环网控制开关。

（3）应用层软件开发在系统刚通电时确保局域网中所有点环网开关闭合除了一个节点断开；同时监控判断局域网连接，及时处理故障。

2．2．2硬件设计

本系统设计采用嵌入式技术，选用基于ARM7TDMI．S核的ARM7微控制器做为主控制器芯片，ARM7集成了丰富的片上资源。

本系统选用的LPC2378芯片集成了4个UART，2个CAN控制器、2个USB控制器等，通过主芯片集成的丰富资源可以很方便地设计出终端控制器的接口。

网络接口设计中嵌入式系统接入以太网通常有方法：

（1）采用LPC2378本身集成的以太网控制器，通过在硬件上添加以太网收发器芯片实现以太网接口。

（2）采用硬件协议栈芯片加以太网收发器芯片来实现。

由于第一种方法需要软件实现TCP／IP协议且效率较低，本系统采用相对容易实现且效率高的第二种方法。

本系统中设计了两个以太网接口，内嵌交换机功能，可方便地组网实现带备份通路的环形局域网。

图2．2．1为系统终端控制器设计的总体结构。

图2．2．2描述了多电梯监控系统终端控制器设计的功能接口和网络接口的连接情况。

本系统的功能接口部分包含RS．232、RS．485、Modem、USB、CAN五个接口，这些功能接口是终端控制器采集、处理数据并实现通信的基础。

为了提高以太网接口的数据读写速度，系统采用总线方式与协议栈芯片相连。

2．213软件设计

软件部分的设计中包含了终端控制器的程序设计和监控平台监控软件系统的开发。

（1）终端控制器软件部分

为了提高效率本系统不采用嵌入式操作系统，而是采用嵌入式开发常用的前后台系统。

在前后台系统中，在前台，主要处理异常及实时性要求较高的事件；在后台，由一个死循环调度系统任务及处理其它事件。

在终端控制器的软件设计中，每个功能接口及网络的每个通道（共4个通道）都分配一个存储接收数据的循环队列以解决数据收发量大产生的闰题。

接收到数据后在中断处理程序中就将数据写入相应的接收队列中，当后台程序需要处理接收到的数据时从接收队列中读取。

图2．2．2为本系统的软件总体设计框图。

（2）监控平台软件部分

监控平台最终效果要求界面友好、功能齐全、运行稳定，同时可远程登录、IE访问浏览。

目前在监控平台的上位机中使用高级语言进行编程的技术已经发展的相当成熟，如果从底层开始重新开发虽然开发自由度相对开阔但是工作量较大，时间成本相应增加。

所以在本系统中，采用了三维力控公司的“力控Forcecontrol6．1’’组态软件结合数据库联接技术、动态数据交换技术进行远程监控程序的开发。

这些技术使得监控软件界面能够以一个友好的方式面向使用者，同时也为系统的扩展和升级预留了足够的空间。

监控软件总体设计图如图2．2．3，状态监控、实时报警、web发布等功能都在平台上具体实现。

2．3本章小结

本章介绍了多电梯远程监控系统的整体结构和具体功能，论述了网络系统的总体设计思想，提出构建带备份通路环网结构的局域网，对网络系统可靠性的提高有一定意义。

整体上介绍了系统硬件和软件的总体设计实现、和具体方案。

本章是后续章节的基础，相应的软硬件设计以此为总体框架。

3多电梯远程控制系统终端控制器硬件设计

硬件设计主要分成微控制器单元设计、功能接口设计、网络接口设计三部分。

主控制器是系统的核心，本系统选用NXP公司的LPC2378，它功能强大并且集成丰富的片上资源，满足了系统的需要。

功能接口是终端控制器完成实现系统的开放性、通用性和统一协议转换的基础。

目前我国电梯控制器的接口多样，几乎没有一个统一化的标准，为了实现这些通过不同接口的采集数据，终端控制器需设计相应的功能接口，并能实现这些接口数据统一转换为TCP／IP协议接口数据。

为使终端控制器具有通用性，系统设计了RS．232、RS．485、Modem和USB共四种功能接口。

网络接口是硬件设计的重点。

通过对比各种方案，本系统的网络系统设计采用实现简单、处理迅速的硬件TCP／IP协议栈的方案。

结合电梯的现场状况，本网络系统开发了两个接口，实现了快捷组网；同时构建带备份通路的环型局域让系统的可靠性更上一个层次。

3．1主控芯片

设计嵌入式产品时，处理器芯片的选择直接影响产品开发的进度和使用性能。

本小节将具体介绍如何终端控制器系统主控制芯片的选型及所选主控制芯片的主要特性。

3．1．1主控芯片选型

目前世界上具有嵌入式功能特点的处理器已经超过1000多种，流行的体系结构有30多个系列。

根据嵌入式处理器的功能和应用不同，可以分为：

微控制器MCU、微处理器MPU、数字信号处理器DSP和片上系统SOC!

101。

选择主控芯片应该考虑的因素包括：

微控制器的性能、集成的功能模块、开发环境的熟悉程度等。

目前MCU是嵌入式系统的主流，其价格低廉、功能优良，具有很高的性价比；片上集成的功能和外设资源比较丰富，如计数器、串行口、CAN、12C等【11】。

本系统采用了处理速度比较快的32位ARM微控制器。

由于ARM分为不同的系列，选择一款适合本系统设计的ARM非常重要。

选ARM芯片时应考虑如下因烈11J：

（1）选择合适的ARM内核结构

ARM微控制器包含一系列的内核结构，以适应不同的应用领域，如使用Linux或WinCE等操作系统，就需要选择ARM720T以上带有MMU（MemoryManagementuni0功能的ARM芯片。

由于终端控制器网络系统的设计没有使用操作系统，所以ARM7内核可以满足要求。

（2）系统的工作频率

系统的工作频率在很大程度上决定了ARM微控制器的处理能力。

常见的ARM7芯片系统主时钟为20MHz．133MHz，ARM9的系统主时钟频率为100MHz．233MHz，ARMl0最高可以达到700MHz。

终端控制器网络系统的时钟频率在100MHz内可以满足需求，就工作频率而言，ARM7系列能满足系统需求。

（3）芯片内存储器的容量

大多数的ARM微控制器芯片内置存储器的容量都不太大，需要用户在设计系统时外扩存储器，但也有部分芯片具有相对较大的片内存储空间，有些高达2MB。

本终端控制器网络系统的程序运行对内存的要求不是很高，一般存储空间大小的芯片就可以满足要求。

（4）片内外围电路的选择

除ARM微控制器核以外，ARM芯片根据各自不同的应用领域，扩展相关功能模块，并集成在芯片之中，称为片内外围电路，如USB接口、12C接口、LCD控制器等。

设计时采用片内外围电路完成所需的功能，可简化系统的设计，提高系统的可靠性。

本终端控制器网络系统需要3个UART、1个USB设备控制器。

综合以上各个因素的考虑，在本系统选用NXP一款内核为ARM7TDMI．S的ARM微控制器LPC2378。

它是一种低功耗的32位RISC处理器，512KB片内Flash，片内集成了4个UART、2个CAN控制器、2个USB设各控制器（只能同时用一个）。

另外LPC2378具备总线控制功能，所以在网络连接和内存扩展方面比较容易实现。

3．1．2LPC2378控制器1121

LPC2378使用了一个高性能的32位ARM7内核，可以在高达72MHz的频率下操作。

128位宽的存储器接口和专有的存储器加速器使得32位的代码可在最高的时钟速率下执行，而无需使用高价的SRAM。

LPC2378较小的144脚封装、极低的功耗、优良的性能使它特别适合于工业控制、协议转换等。

LPC2378的重要特性如下：

（1）72MHz主频、32位的ARM7TDMI．S，带AHB／APB接口。

（2）高达512KB的ISP／IAPFlash，58KB的SRAM。

（3）Flash编程极快，通过片内的bootloader软件实现。

（4）10／100EthemetMAC接口，EthemetMAC在独立的AHB总线上有16KB的SRAM和一个相关的DMA控制器。

（5）全速USB2．0（12Mbps）设备，USB控制器含有4KB的USBSRAM和可存取的DMA，并支持32个端点的控制、中断、批量和同步数据传输模式。

（6）2条CAN2．0B总线，带2路通道。

（7）10位A／D转换器和10位D／A转换器。

（8）多个串行接口：

3个高速12C、1个12S、4个符合16C550工业标准的UART（1个带有IrDA）和3个SPI／SSP。

（9）1个带有2KB电池SRAM的低功耗实时时钟、1个看门狗定时器。

（1