（控制理论与控制工程专业论文）电梯远程监控及维修服务系统的研究.pdf

摘要 本文主要研究了基于网络的电梯远程监控及维修服务系统，目前国内外同类 产品只具有监视功能，并不具备控制功能和故障诊断维修服务功能，且价格昂贵， 只能针对某一特定电梯型号进行监视。针对以上情况，本文基于计算机智能控制 技术，采用面向对象编程语言，开发出一套功能丰富，具有较好的开放性和实用 性的电梯远程群组监控及故障诊断维修服务系统。该系统可以对群组电梯进行远 程实时的监视和控制、数据维护、统计，并具有屏幕报警、语音报警、电话报警 和手机短信息报警等多种报警方式。该系统还是一种电梯维修与保养的支持系 统，具有电梯的维修人员与远程的专家进行故障咨询、利用改进的神经网络算法 进行电梯故障的诊断、电梯维修人员之间的交流、用户管理、发送信件、自动计 费等功能，其主要目的是当电梯发生故障后，维修人员经验不足无法解决，可通 过该系统得到专家经验，从而顺和解决电梯故障。 与国6 j # l - 同类产品相比，本系统的功能完善，人机界面友好，可根据实际需 要灵活配置监控的群组电梯，有多种组网方式和故障报警方式，成本相对较低。 随着智能大厦迅速发展，本系统具有较高的应用价值和较好的市场前景。目前， 已完成了实验室调试，已经在上海安装了可以监控2 4 部群组电梯的系统，并已 稳定运行6 个月。 关键词：电梯远程监控系统s q ls e r v e r面向对象神经网络故障诊断 a b s t r a c t t h i sp a p e rm a i n l ys t u d yt h er e m o t ee l e v a t o rm o n i t o ra n ds e r v i c es y s t e mb a s e d o nn e t w o r k t h es i m i l a rp r o d u c bh a v eo n l ym o n i t o r i n gf u n c t i o na tp r e s e n ta th o m e a n da b r o a d ，a n dd on o tp o s s e s st h ec o n t r o la n df a u l td i a g n o s i ss e r v i c ef u n c t i o n t h o s e p r o d u c t sa v ee x p e n s i v e ，a n dc a no n l ym o n i t o rac e r t a i nk i n do f e l e v a t o r t h u s ，t h i s p a p e rd e v e l o p s as u i to fr e m o t ee l e v a t o rm o n i t o ra n ds e r v i c es y s t e m ，w h i c hi s f u n c t i o na b u n d a n t ，t r a n s p a r e n ta n d p r a c t i c a b l eb a s e d o nc o m p u t e r i n t e l l i g e n c ec o n t r o l t e c h n o l o g ya n do b j e c to r i e n t e dl a n g u a g e t h es y s t e mo n t h eg r o u pe l e v a t o r sh a sm a n y f u n c t i o n s ，s u c ha sm o n i t o r i n g , c o n t r o l ，d a t am a i n t e n a n c ea n ds t a t i s t i c ，a n df o u rk i n d s o fa l a r mm o d e s ：s c r e e na l a r m ，v o i c ea l a r m ，t e l e p h o n ea l a r ma n dm o b i l e p h o n e s m a l l m e s s a g ea l a r m t h i ss y s t e mi sa l s oa ne l e v a t o rm a i n t e n a n c ea n ds e r v i c es y s t e m i th a s t h ec a p a b i l i t yo ff a u l tc o n s u l t a t i o nb e t w e e nm a i n t e n a n c ep e r s o n n e la n dr e m o t e s p e c i a l i s t ；e l e v a t o rf a u l td i a g n o s i su s i n gi m p r o v e dn e u r a ln e t w o r ka r i t h m e t i ca sw e l l a sc o m m u n i c a t i o n a m o n ge l e v a t o r m a i n t e n a n c ec l e r k s i tc a nd e a lw i t hu s e r m a n a g e m e n t ，l e t t e rm a i l i n g ，a u t o m a t i cc h a r g i n g ，e t c t h em a i np u r p o s ei sw h e nt h e e l e v a t o ri s g o i n gw r o n ga n dt h ei n e x p e r i e n c e dp e r s o n n e lc a n n o ts o l v ei t ，t h e yc a n a c q u i r es p e c i a l i s t se x p e r i e n c et h r o u g h t h e s y s t e m a n ds o l v et h ee l e v a t o rf a u l t s m o o t h l y c o m p a r i n g w i t hs i m i l a rk i n d so f p r o d u c t sa th o m ea n d a b r o a d ，t h ef u n c t i o no f t h e s y s t e mi sc o m p l e t e ，a n dt h eh u m a n - c o m p u t e ri n t e r f a c ei sa m i c a b l e i th a ss e v e r a ln e t f o r m i n ga n df a u l ta l a r m i n gm o d e sa sw e l la sal o wc o s t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n t o f i n t e l l i g e n tb u i l d i n g , t h es y s t e mh a sg r e a ta p p l i c a t i o np o t e n t i a la n dm a r k e tp r o s p e c t t h es y s t e mh a sf i n i s h e dt h el a b d e b u g g i n ga tp r e s e n t t h es y s t e m i n s t a l l e di n s h a n g l l a ic a l lm o n i t o r2 4e l e v a t o r sa n dh a s r u nf o r6m o n t h s s t a b l y k e y w o r d s ：r e m o t e e l e v a t o rm o n i t o rs y s t e m s q l s e r v e r o b j e c to r i e n t e d n e u r a ln e t w o r kf a u l td i a g n o s i s 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨壅盘茔或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：男击之、乎 签字日期：扫、) 3 年1 月g - 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解鑫注盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨注盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：罗仪宁 导师签名： 签字日期：z 哪年月，5 日 签字日期：圳年 月r 同 第一章绪论 第一章绪论 1 1 电梯远程监控及故障诊断维修服务系统的发展现状 随着城市中高层建筑物的增加，作为垂宜运输主要工具的电梯得到了越来越 广泛的应用，电梯产品已成为重要的运输设备之一。对中、大规模的建筑物来说， 需要多台电梯才能满足楼内交通的需要。要求电梯可靠性高，功能齐全，而且在 远程监控、故障维修服务上达到一定的水平 1 】。国内目前在用的3 0 万台电梯中 9 0 没有远程监控及维修服务系统，当电梯出现故障后，无法及时得到解决，关 人现象十分普遍，这种情况需要改善。 电梯故障的发生，给物业部门和电梯的维修服务部门都带来一个新的问题。 电梯发生故障后，物业部门不能及时得知，致使用户长时间被困在电梯内无人跃 系，承受着巨大的身心压力，并影响物业部门和电梯生产厂家的形象，或者出现 故障后，维修人员由于缺乏经验无法得知故障原因，耽误用户的正常使用 2 】。 同时，由于电梯供应商所售出的电梯分布在全国各地，这就给维修服务部门提出 了严峻的挑战：如果配备足够的专业技术维修人员，无疑加大了其运行开销；而 对于没有配备维修人员的地方，如果出现故障，电梯的一个小故障可能需要几天 才能得到维修。如何用较少的专业维修人员，来保证各区域对电梯故障的快速反 应、及时排除故障，是各大电梯制造供应商与电梯维修保养部门研究的焦点。 1 1 1 电梯远程群组监控系统( r e m s ) 的发展状况 r e m s 是随着计算机控制技术和网络技术的发展而发展起来的电梯监控领 域的前沿技术，电子计算机的普及、智能大厦的不断出现，为r e m s 的产生和 不断改进奠定了基础。 随着物业管理的不断普及，r e m s 的重要性也越来越引起人们的重视，并在 近几年取得了迅速的发展。目前，国外各大电梯公司如日本三菱、日立、东芝、 富士达，美国的奥的斯，瑞士的迅达，芬兰的通力，德国的蒂森等国际大公司都 有不同水平的与自己电梯系统配套的r e m s 系统。其中部分公司申请了专利， 典型的有以奥的斯为代表的e m s 系统【3 】。它的系统是采用r s 4 2 2 通讯标准， 在d o s 环境下编程实现的，基于较低的计算机平台，没有数据库配置功能，并 且没有远程控制功能。此外，奥的斯e m s 系统在报警功能上有待改善。图l l 为美国奥的斯公司e m s 的结构图。 第一章绪论 电梯 控制器 操纵盘 开关景 机房接口 适配器 p c 接口适配器 _ | 嚣 + | 豁 j 豁 。r i 主机 机房终 端显示 大厅终 端显示 终端显 不 监控 中心 圈i 一1 美国奥的斯公司e m s 的结构捌 国外公司r e m s 系统费用很高，只能监视本公司的电梯运行状况，相互之 间不具有通用性 4 】，而且一般不具备远程控制功能，在中国的应用前景不是很 广泛。目前国内电梯厂家和公司已经意识到r e m s 的应用前景，正在开发或已 经开发出了各自的r e m s 系统，但由于需要较高深的计算机控制、电梯控制、 网络通讯、m o d e m 控制等高新技术，大多数国内已开发出的产品其开放性、实 用性、实时性等方面存在较大的不足。 1 1 2 远程故障诊断维修服务系统的发展状况 随着计算机网络与通讯技术的迅速发展，异地诊断已经成为可能，它通过信 息交流而不是人员交流来解决现场的故障问题【5 】。现在已经出现了基于n t e r n e t 的远程故障诊断系统 6 】。设备的远程监测与诊断可以实现“移动的是数据而不 是人”，从而改变一旦设备发生故障，诊断人员就疲于奔命的被动局面。最早实 现监测诊断网络化的是美国西屋公司，近年来，美国南部电力公司，i n 1 a n d 钢 铁公司、q u a n t u m 化工公司、b e n t l y 公司等均发展了各自的状态监测诊断网络 【7 】。 近年来，基于i n t e m e t 远程故障诊断技术i r d ( i n t e m e tr e m o t ed i a g n o s i s ) 的研 究，受到了国内外研究者的密切关注和重视。国外许多大学和研究机构( 如斯坦 福大学、麻省理工学院、密执安大学、a b b 公司等) 都正在进行该领域的研究计 划。国内的许多高校也积极开展了基于网络的故障诊断与服务系统的研究 8 】。 如基于网络的机械设备远程检测与故障诊断的研究，建立远程服务系统的研究， 基于b s 的远程故障诊断专家系统研究，远程分布式汽轮机组故障诊断网络系统 的研究等。 远程医疗诊断技术e 1 前在国外已得到了蓬勃发展 9 】，我国也正在发展远程 第一章绪论 医疗事业。但作为医学诊断思想与实际工程相结合产物的远程故障诊断学，在远 程诊断方面的研究才刚刚起步。 在电梯领域，远程维修服务技术还只是刚刚起步，世界各大电梯公司都在积 极开发自己的电梯维修服务系统，其中东芝电梯公司的维修服务系统在中国的实 用性较好，其结构如图1 2 所示： 圈1 - 2 东芝电梯公司维修服务系统结构酗 如果现场的电梯出现故障，发生困人情况，被困用户可以在轿厢中拨打专用 电话到上海东芝维修服务中心或沈阳东芝维修服务中心，维修中心人员通过和用 户交谈了解情况后，通知当地的维修技术人员及时解决，将被困用户解救出来。 谈话的信息都记录在通话语音数据库中，电梯故障事件库记录电梯发生的故障及 对应的解决方法。并且上海维修中心与沈阳维修中心通过专线进行数据库的更 新，保持最新的信息。东芝维修服务系统对于解救被困用户、故障记录有很好的 效果，但工作效率较低，始终要保证服务人员2 4 小时在维修中心，如果电梯出 现故障而轿厢内无人，维修中心便不能及时得到故障信息。而且维修中心也不具 各故障诊断处理的能力，如果维修人员经验不足无法维修时，得不到专家的建议。 1 , 2 课题的提出及应用前景 1 2 1 电梯远程监控及维修服务系统的概念和功能 电梯远程监控及维修服务系统是一个对多部电梯进行远程监控和故障维修 保养的系统，包括两个子系统，分别为电梯远程群组监控系统和电梯远程故障渗 断维修服务系统。其中电梯远程群组监控系统，是指在某个区域的大楼安装了多 第一章绪论 个群组运行的电梯后，对群组电梯进行远程实时的监视和控制、数据维护、统计， 并具有屏幕报警、语音报警、电话报警和手机短信息报警等多种报警方式。电梯 远程故障诊断维修服务系统是一个电梯维修与保养的支持系统，包括电梯的维修 人员与远程的专家进行故障咨询、利用神经网络进行故障的诊断、电梯维修人员 之问的交流、用户管理、发送信件、自动计费等功能，其主要目的是当电梯发生 故障后，若维修人员经验不足无法解决，可通过该系统得到专家经验，从而顺利 解决电梯故障。 1 2 2 课题的应用前景 中国是继美国、日本之后电梯生产第三大国，市场第一大国。每年我国从国 外进口高档电梯需要花几十亿，而且配套的电梯远程监控系统由于其价格昂贵， 功能不完善，并不能很好地适应中国的市场。而国内的电梯大部分没有配备远程 监控系统。因此，通过电梯远程监控管理系统的开发应用，加入符合用户要求的 功能，能够开发出比国外同类产品功能更符合实际应用的远程监控系统，不仅提 高我国电梯控制领域的水平，而且必将带来很大的经济效益和社会效益。 现阶段大批现代化住宅小区及智能大厦的出现，给电梯厂家带来了强有力的 挑战，由于电梯关人事件的发生，用户强烈要求安装电梯远程监控系统。电梯远 程监控系统在各个厂家安装电梯的项目中占有越来越重要的地位，业主要求现代 化大楼配有电梯远程监控系统，以满足实际用户安全的要求，而不同的电梯厂家， 其配备的电梯远程监控系统在功能、价格上都有很大的差异。如果能开发出一种 功能齐全，满足业主要求，而且价格合理的监控系统，必将取得广泛的实际应用。 并且对于日益猖獗的偷窃活动，用户都希望有一个安全的环境，如果监控中心配 有电梯实时图像监视系统，在中控室的工作人员发现有偷窃行为时，可以通过电 梯远程监控系统对电梯进行封锁，从而捕获偷窃分子 1 0 1 。 由于现阶段电梯厂家安装的电梯分布在全国各地，这就给电梯的维修服务部 门带来了严峻的考验，如何在最短的时间内将电梯修好，关系到电梯厂家的形象， 而且是以后电梯厂家项目谈判的筹码。由于维修人员的经验不足，到达故障现场 以后无法得知电梯的故障部位，延误用户的正常使用，更可能使用户长时间园于 轿厢内，因而有必要开发出电梯远程故障诊断维修服务系统。该系统可以根据神 经网络建立的专家经验模型，指导电梯维修人员进行电梯的维修。电梯维修人员 根据现场看到的现象，输入到故障诊断系统中，系统返回电梯可能出现故障的部 位以及对应部位发生故障的概率，使电梯维修人员可以根据专家经验进行电梯的 维修。并且该系统具有很强的自学习功能，电梯的故障诊断专家可以随时输入新 的故障现象，查看诊断的结果是否合理，如果合理，则神经网络建议的故障诊断 4 第一章绪论 模型建立正确，否则说明模型建立还有误差，需要重新对权值进行训练，以适应 新的诊断数据 1 1 ，1 2 。 1 3 论文研究的主要内容 本课题主要完成的任务如下： 1 为调试电梯远程群组监控系统，开发出虚拟电梯系统，该系统可以模拟实际 电梯的运行。设计了虚拟电梯系统的结构，并且编写了虚拟电梯的软件代码、 研华并行板的a c t i v e ? ( 控件和p l c 电梯控制器的程序。 2 采用面向对象语言( v i s u a lb a s i c6 0 1 设计电梯远程群组监控系统的工作站软 件，工作站可以实时监视和控制远程群组电梯的运行情况，每个工作站可以 监控2 4 个群组，每个群组最多可以监控8 部电梯。具有电梯远程控制、权限 控制、运行事件记录入库、故障时间记录入库、语音报警、拨号报警和手机 短信息报警等功能。并对该系统的服务器软件和维修中心软件进行了改善， 当电梯发生故障时，服务器通过工作站得知发生故障的电梯号和故障名称， 自动拨号到维修中心进行报警，使维修中心及时了解到电梯的敌障情况。 3 开发基于b s ( b r o w s e r s e r v e r ) 结构的电梯远程故障诊断维修服务系统【1 3 】主 页，后台数据库采用s q l s e r v e r ，用户通过网络使用该系统。并通过v i s u a l c + + 编写的神经网络正向推导c o m 组件进行电梯故障诊断，还具有用户管理、 专家聊天、用户论坛、发送信息、费用查询和查找用户等功能。 4 。研究电梯故障诊断的方法 1 4 1 ，决定采用c 酡a q b p 算法进行神经网络的权值 训练，并与标准的b p 算法进行了比较。 5 采用面向对象语言( v i s u a l c + + ) 设计电梯故障诊断的外接接口软件，专家通过 该软件完成专家经验的入库工作，编写了g c a q b p 算法的d l l 模块，通过 该模块进行神经网络权值的训练。 第二章电梯远程监控及维修服务系统总体方案 第二章电梯远程监控及维修服务系统总体方案 2 1 电梯远程监控系统的方案 电梯远程监控系统从总体结构上可以分为4 层，分别为数据采集层，现场监 控工作站层，远程监控服务器层和远程维修中心层。 1 目前电梯控制器主要分为p l c 控制器和微机控制器，由于电梯厂家、型号的 不同，对应的电梯控制器发送的信息也不相同。数据采集层的作用就是将不 同的协议信息加以转换，转换成工作站层监控的统一协议。目前，由于对电 梯安全性、舒适性、实用性等功能的要求，p l c 控制器已经逐渐被微机控制 器所取代，现代化的高档电梯基本上都采用微机控制器，以实现其复杂的电 梯运算要求。为此，开发了针对o t i s 公司的3 0 0 v f 微机控制器的数据采集 卡，数据采集卡从微机控制器中读入电梯运行的信息，通过数据转换模块， 转换成工作站监控的协议，以实现工作站监视的目的；数据采集卡接收现场 工作站的控制信息，并将控制信息输入到微机控制器，以实现工作站控制远 程电梯的目的。 2 由于本系统采用分布式监控系统，为实现远距离的可靠通信，采用r s 4 8 5 串行总线接口标准。r s - 4 8 5 串行总线接口采用差动输入和输出，具有很强的 抗共模干扰能力，其传输介质为双绞线，成本低，使用方便。中央处理计算 机的串行总线接口为r s 一2 3 2 标准，因此需采用研华r s 2 3 2 r s 一4 8 5 转换卡 进行接口转换i 1 5 1 。现场工作站在硬件上是通过r s 4 8 5 协议与数据采集卡进 行连接的 1 6 】，计算机的操作系统为w i n d o w s 2 0 0 0p r o f e s s i o n a l 操作系统。现 场工作站可以监控多个群组的多台电梯，功能是为用户提供一个生动的监控 画面，将数据转换卡采集来的信息进行处理，动态显示电梯运行，同时还包 括一些辅助功能，如工作站软件操作人员的权限管理，通过远程监控服务器 查看历史电梯运行事件和故障事件，设置监控的群组和电梯信息，丰富的在 线帮助手册，强大的故障自动报警功能，如屏幕报警、语音报警、电话报警、 手机短信息报警，并具有实时的控制功能。操作人员通过了权限认证后，就 可进行电梯的远程控制功能，根据实际情况，选择远程电梯的内选控制功能、 驻停控制功能、消防控制功能，以及远程群组的外呼控制功能 1 7 1 。 3 出于现场工作站采用的是r s 4 8 5 协议，这就限制了监控室和监控的群组电 梯最大距离为1 0 0 0 米，远程监控服务器在硬件上可以通过局域网与现场工 作站进行连接，从而延长了监控电梯的距离。并且由于远程监控服务器需要 第二章电梯远程监控及维修服务系统总体方案 大容量的数据库记录宅梯运行事件和故障事件，所以数据库采用s q l s e r v e r 7 0 ，操作系统采用w i n d o w s2 0 0 0s e r v e r 。远程监控服务器可以监控多 个现场工作站的电梯，实现大面积地区群组电梯的监控情况。其实现的功能 包括现场工作站的一切功能，并且延长了监控电梯的距离，具有电梯运行和 故障事件的数据库录入功能，当监视的电梯出现故障后，可以自动拨号报警 到远程维修中心，显示电梯故障的情况，使其迅速采取对应的行动。 4 远程维修中心通过i n t e m e t 与远程服务器进行连接，实现了跨地域进行远程 群组电梯监控的目的。远程维修中心可以通过网络监视远程服务器中群组电 梯的运行情况。并配有电话和手机，如果电梯发生故障，现场工作站能够进 行电话语音报警和手机短信息报警。远程服务器可以进行自动拨号报警到维 修中心显示电梯的故障，维修中心收到这些信息后，可以进行故障类型的判 断，联系当地的维修服务人员，并可进行电梯故障数据库记录。 2 2 远程故障诊断维修服务系统的方案 电梯远程故障诊断维修服务系统是基于b s ( b r o w s 耐s e r v 神结构【1 8 ，随着 w e b 技术的迅速发展，使得基于i n t e m e t 的远程应用系统的实现成为可能。将电 梯神经网络故障诊断系统构架于i n t e m e t 环境中，可以方便地进行电梯的远程故 障诊断维修服务功能。电梯远程故障诊断系统分为2 层，分别为服务器层和浏览 器层。总体结构如图2 1 所示。 图2 - i 电梯远程维修服务系统连接图 1 浏览器层可以有多台计算机，并且对于计算机没有特殊要求，只要能够上网 即可，工作站通过标准通用的浏览器( 如n e t s c a p e n a v i g a t o r ，i n t e m e te x p l o r e 等) ，输入服务器的i p 地址，即可浏览电梯远程故障诊断维修服务系统的网 站，从而进行远程的电梯故障诊断和维修服务功能。 第二章电梯远程监控及维修服务系统总体方案 2 服务器层为一- 台服务器，操作系统为w i n d o w s2 0 0 0s e r v e r ，作为故障诊断维 修服务系统的网站，可以为用户提供一个良好的故障诊断和维修服务环境， 并具有用户管理模块、神经网络故障诊断模块、专家在线聊天模块、用户论 坛、e m a i l 及留言簿模块、自动计费模块和查看用户资料模块。用户必需通 过身份验证才能使用各种功能；通过故障诊断模块，用户可以进行电梯的远 程故障诊断；服务器可以在主页上公布专家现场会诊的时间，如果用户对故 障诊断模块有疑问，可以通过网络直接和专家进行交流。如果专家不在线， 用户可通过e m a i l 及留言簿给专家发送信息；并且用户可以通过用户论坛发 表个人意见。 2 3 电梯远程监控及故障诊断维修服务系统的结构 考虑到整个系统的系统维护和硬件成本，将电梯远程故障诊断维修服务系统 的服务器放置于电梯远程监控系统的维修中心层，将整个网站移植到维修中心的 计算机上，使得维修中心的计算机既具有监视服务器层电梯运行的功能，又具有 维修服务系统的功能；将电梯远程故障诊断系统的浏览器放置于电梯远程监控系 统的服务器层，通过服务器层计算机的浏览器访问维修中心层的故障诊断维修服 务系统网站。 图2 - 2电梯远程监控及维修服务系统的网络结构图 第二章电梯远程监控及维修服务系统总体方案 电梯远程监控及维修服务系统硬件结构被分为4 层：数据采集层、工作站层、 服务器层和维修中心层。数据采集层功能为电梯远程监控系统的数据采集层功 能，工作站层的功能是电梯远程监控系统的工作站层功能，服务器层的功能包括 电梯远程监控系统的服务器层功能和电梯远程维修服务系统的浏览器层功能，维 修中心包括电梯远程监控系统的维修中心功能和电梯远程维修服务系统的服务 器层功能，电梯远程监控及维修服务系统的网络结构如图2 2 所示。 事实上，根据监控电梯数量的大小和客户要求的不同，可以灵活地改变整个 系统的网络结构，如果监控的电梯数量不多，考虑到硬件和软件成本，可以将工 作站层和服务器层合为一层，进行电梯的监控。 对应于硬件的4 层结构，电梯远程监控及故障诊断维修服务系统的软件也分 为4 层：数据采集软件、现场工作站软件、远程服务器软件和远程维修中心软件。 结构如图2 3 所示。 数据采集软件在系统的最底层，采用的是2 个单片机共享r a m 形式，一个 单片机负责与电梯控制器进行信息的交换，不停采集电梯的各种信号，经过协议 转换后存储到共享r a m 中，如果有控制信息在共享r a m 中，发送控制信息到 电梯控制器中。另一个单片机负责与现场工作站软件进行交互，通过现场工作站 发送的电梯序号，返回对应的共享r a m 中电梯运行的信息，如果电梯进行控制， 则将控制信息写入共享r a m 中。通过两个单片机协调运行，达到实时监控运行 电梯的目的。 现场工作站软件通过用户操作界面连接用户与后台的各种功能，用户通过操 作界面调用各种模块，其中网络通讯模块采用w i n d o w ss o c k e t 编程技术，通过 局域网连接发送电梯运行信息到远程服务器软件的网络通讯模块中；数据采集模 块采集运行的电梯信息；如果监视的电梯发生故障，报警模块可进行屏幕报警、 语音报警、电话报警和短信息报警；控制模块进行电梯的呼梯控制、驻停控制和 消防控制：数据访问模块通过数据访问接口使操作界面可以连接远程服务器中数 据库，进行添加、删除和修改操作。 远程服务器软件包含电梯远程监控服务器软件和维修服务的浏览器软件，维 修服务的浏览器软件采用i e 浏览器，通过i n t e r a c t 访问远程维修中一1 1 , 软件的远程 故障诊断主页。电梯远程监控服务器软件通过用户操作界面连接用户与后台的各 种功能，用户通过操作界面调用各种模块，包含2 个网络通讯模块，均采用 w i n d o w ss o c k e t 编程技术，一个通过局域网接收现场工作站发送的电梯运行信 息：另个通过i n t e r n e t 连接远程维修中心，负责与远程维修中心进行监视电梯 信息的交互。如果监视的电梯发生故障，可以进行屏幕报警、语音报警、并可自 动拨号到远程维修中一1 1 , 进行报警。数据访问模块通过数据访问接口进行数据库的 幽2 - 3电梯远程监控及维修服务系统的软件结构图 各种操作。s q l s e r v e r 数据库管理系统包含e l e v a t o r 数据库，可以通过数据访问 接口进行e l e v a t o r 数据库的访问。 远程维修中心软件包括电梯远程维修中心软件和远程维修服务系统的服务 器端软件，网络通讯模块通过i n t e m e t 与远程服务器进行通信，数据访问模块通 过数据访问接口访问数据库e l e v a t o r 。s q l s e r v e r 数据库管理系统管理3 个数据 库，分别为n n 、f a u l t 和e l e v a t o r ，并通过i n t e m e t 连接到远程服务器的数据库 管理系统进行e l e v a t o r 数据库的更新。远程故障诊断主页通过神经网络推理组件 进行电梯故障的渗断。专家录入和训练程序通过调用神经网络训练算法进行神经 网络权值的训练。 第三章电梯远程监控系统的关键技术和实现方法 第三章电梯远程监控系统的关键技术和实现方法 3 1 电梯远程自动报警技术的实现 电梯远程自动报警包括2 个部分：现场工作站自动报警和远程服务器自动报 警，现分别加以论述。 现场工作站自动报警有屏幕报警、电话报警和手机短信息报警。其中屏幕报 警是必有的，电话报警和短信息报警根据硬件的配置用户可以自由选择。 屏幕报警是弹出一个故障屏幕，显示现在发生故障的电梯序号和发生的故 障，并具有故障统计功能，可以对以往发生相同的故障进行历史故障查询。 电话报警需要用户配备语音m o d e m ，将计算机声卡的输出接到m o d e m 的 m i c 端子中，并在监控程序的初始化中设定m o d e m 为语音模式。当出现故障时， 监控程序自动拨号到维修中心，调用电梯语音报警的声音文件，即可进行电话自 动报警。 手机短信息报警所需的硬件是g s mm o d e m ，将g s mm o d e m 接到计算机的 串口，通过a t 指令，利用v i s u a lb a s i e 的m s c o m m 控件，可对其进行编程发送 短消息。通过查阅各种信息，并且进行了各个产品的性价比，决定采用 w 埘e c o m 公司的w m o d 2 bg s mm o d e m 。w m o d 2 bg s mm o d e m 是一款双 频g s m 外置调制解调器( e g s m 9 0 0 1 8 0 0 m h z 或e g s m 9 0 0 1 9 0 0 m h z ) ，已通过 了g s mp h a s e2 + 技术标准的所有认证，功能有话音、短信息、传真和数据传输。 其短消息服务功能包括：文字及p d u 、点对点( m t m o ) 和小区广播。操作可 通过标准的a t 命令，采用r s 2 3 2 串口连接。使用时，将手机s i m 卡放入滑入 式s i m 卡储存器中，并与计算机的r s 2 3 2 串口相连，安装好天线和电源后，便 可使用了，可看到w m o d 2 bg s m m o d e m 的红灯闪烁，表示手机正在接收信号。 在监控程序中通过串口发送a t 指令便可发送中文短信息。在具体实现过程中， 将手机发送中文短信息功能封装成一个函数，输入的2 个变量为字符串，分别为 手机号码和中文信息内容，方便开发人员的编程和调试。 考虑到现场工作站和远程服务器都无人职守，而现场工作站由于特殊原因不 能自动报警的情况下，就需要远程服务器具有自动报警功能，当远程服务器监视 的电梯发生故障后，远程服务器通过m o d e m 自动拨号到远程维修中心的计算机， 通知远程维修中心电梯发生故障的类别，以便让维修中心及时进行处理，考虑用 户电话费用等种种原因，设计的方案如下：1 ) 远程服务器监视的电梯发生故障后， 远程服务器进行自动拨号报警。2 ) 拨号接通后，在远程维修中心的屏幕上弹出发 第三章电梯远程监控系统的关键技术和实现方法 生故障的电梯号和故障类型，同时远程维修中心进行语音报警，通知维修中心的 监护人员，通知完毕后，远程服务器自动挂断电话，以节约用户的电话费用。3 ) 远程维修中心得知情况后，可以反过来拨号到远程服务器，查看远程服务器电梯 的运行情况，得知最新的电梯运行情况，及时通知当地的维修部门进行电梯的维 修。 以上两种报警方案，可以根据实际需要进行配置，最终满足实际的使用。 3 2 电梯远程群组监控系统动画监控技术的实现 电梯远程群组监视系统可以监视多个群组的多台电梯，考虑到监视的效果， 一个屏幕最多可以监视8 部电梯，4 个群组；如果楼层大于2 4 层，出于缩小监 视的电梯高度效果不理想，可以加入垂直滚动条来查看电梯的运行情况。监控系 统有6 个监视画面，每个监视画面都可以在画面配置中任意配置，如第一个监视 画面可以监视群组l 和群组3 ，第二个监视画面可以监视群组1 和群组5 。并且 所有在屏幕监视的电梯都是居中显示，因此采用一个2 维数组 g g r a p h d r a w l e t t ( x ，y ) 表示一个监控画面中根据群组和电梯的配置不同，第一个群 组在屏幕上出现的位置。x 表示监视画面的群组数目减l ，y 表示监视画面的电 梯数目减1 ，如监视屏幕中共有3 个群组，6 部电梯，则第一个群组开始显示的 位置在g g r a p h d r a w l e t = i ( 2 ，5 ) ，使得监控的电梯居中对齐。动画监视的代码流程图 如图3 1 所示。 第三章电梯远程监控系统的关键技术利实现方法 圈3 一l 动画监视的代码流程图 对于电梯远程控制功能的实现，其流程图如图3 - 2 所示。 3 第三章电梯远程监控系统的关键技术和实现方法 图3 - 2 电梯远程控制功能流程图 通过从串口中发送控制站号和控制字节数组以实现控制的目的。 3 3 电梯远程群组监控系统的实现 3 3 1 虚拟电梯系统的实现 由于现场工作站程序的调试与演示需要电梯动态运行的信号，这些信号必须 是符合实际物理意义的，为了在实验室中能够产生这些信号，决定开发虚拟电梯 系统 1 9 】。虚拟电梯是指将计算机和p l c 虚拟成一台实际运行的电梯，计算机虚 拟为电梯的轿厢和井道，发出各个串行呼梯信号和并行检测信号，并将这些信号 传送到p l c 控制器的串型4 8 5 口和并行输入端子。p l c 返回对应的串行呼梯信 号和并行控制信号，计算机通过返回的信号显示电梯的运行情况，从而达到虚拟 4 第三章电梯远程监控系统的关键技术和实现方法 电梯的目的。并且还可以模拟故障，方便调试电梯远程监控系统的故障报警功能。 3 3 1 1 开发虚拟电梯的意义 与传统的物理模型电梯相比，虚拟电梯具有以下优点 2 0 】： 1 传统的物理模型电梯都是自成系统的，功能单一，体积庞大，仪器繁多，而 虚拟电梯只需要一台计算机和p l c 控制器，其它必须的硬件如r s 一4 8 5 串口 通讯、并行信号的输入输出均可固定在计算机插槽上，体积小，使用方便。 2 传统的物理模型由于其各个信号都是物理实现，操作次数多了可能会出现机 械、电气设备接触不良、线路故障，不利于电梯的模拟运行。丽虚拟电梯的 操作键是由软件生成的，用鼠标对其进行操作，不可能出现机械故障和电气 故障。 3 虚拟电梯是自动运行的，如有呼梯则电梯自动运行，开关门。而物理模型电 梯的各个信号都是人工实现的，如平层信号、减速信号和开关门控制等，并 且不能保证电梯的匀速运行。通过虚拟电梯，可以省去人工操作这一繁琐而 费时的过程，正常运行时，只需点击所需的呼梯、内选，则电梯按规律自动 运行。 4 虚拟电梯的楼层可以任意选择，最底层可为3 ，2 ，1 ，l 。最高可到3 2 层。 而实际物理模型一旦做成，楼层便已经固定，不可更改。同时虚拟电梯的梯 速和楼层高度也可以任意改变，而实际物理模型都是不可更改的。 3 3 1 2 虚拟电梯的硬件部分 虚拟电梯的主要硬件包括：计算机、3 2 位通道独立数字输入输出卡、r s 一4 8 5 串行接口卡，三端口r s - 4 8 5 串1 2 1 板以及3 2 点p l c 控制器。其硬件连接如图3 3 所示。 计算机作为虚拟电梯的人机交互部分，主要负责界面的显示，以及各种信号 的输入与输出。它可以模拟发出呼梯信号、内选信号、井道信号和控制信号。通 过返回p l c 的控制信号，将电梯的运行情况显示在画面上，如各种呼梯信号， 门信号，井道信号等，使操作者对于虚拟电梯的运行情况一目了然。并且计算机 作为信号传输的终端，需要将3 2 位通道独立数字输入输出卡和r s 4 8 5 串行接口 卡插入其插槽中，利用计算机来发送和接收r s 4 8 5 串行信号、p l c 的并行数字 信号。 p l c 控制器 2 1 的程序与实际电梯p l c 控制器的程序完全一致，但由于本软 件可以动态模拟楼层，故对于每一种楼层情况均需要编写对应的p l c 程序。并 且由于模拟实际电梯的运行，采用r s 4 8 5 作为传输的串行信号协议，故另外购 置r s 一4 8 5 模块插入p l c 中，使p l c 能够以r s 4 8 5 协议进行传输。考虑到电梯 第三章电梯远程监控系统的关键技术和实现方法 的井道信号和控制信号的个数，采用有3 2 点( 1 6 点输入、1 6 点输出) 的p l c 。 图3 - 3 虚拟电梯硬件连接 由于采集各个井道信号和控制信号的p l c 控制器为3 2 点，采用3 2 点独立 数字输入输出卡来作为计算机与p l c 的并行信号连接。通过编程来软件控制其 输出状态。 实际电梯的呼梯信号都是采用r s 4 8 5 传输协议，故虚拟电梯采用r s 4 8 5 传输协议，由于计算机没有r s - 4 8 5 接口，需另装r s 4 8 5 接口板。 由于本软件只是作为电梯监控系统的一部被监控电梯，故在虚拟电梯与p l c 之间用一个串口板连接，串口板共有3 个串口，一个按p l c ，一个接虚拟电梯， 一个接工作站监控系统。串口板设有拨码开关，工作站监控系统通过选择不同的 地址从而选择不同的虚拟电梯，完成监控多台电梯的目的。由于工作站可以监控 不同型号的电梯，所以串口板的一个重要功能就是转换协议，将p l c 控制器发 出的电梯运行信号转换成统一的工作站监控的协议，以便于监控多台不同控制器 的电梯。同时作为中转，将计算机的串行信号发送到p l c 控制器中并接收p l c 控制器返回的串行状态信号 2 2 1 。 3 3 1 3 虚拟电梯的软件部分 虚拟电梯的软件是用v i s u a lb a s i c6 0 开发的。初始起动时，要求用户选择最 低楼层、最高楼层、梯速和楼层高度。 选择完毕后，软件自动生成对应的楼层和呼梯。其中主画面如图3 - 4 所示： 画面包括了井道部分、电梯的运行状态信号、电梯配置、控制信号、门状态、 上下行和楼层显示、轿厢信号以及故障模拟。 1 6 第三章电梯远程监控系统的关键技术和实现方法 翻3 4 虚拟电梯的软什界面 井道部分包括井道、对重、曳引机、轿厢、上呼、下呼和对应的楼层显示。 运行状态部分则包括虚拟电梯的各种运行信息，包括有无司机、厅门门锁、 底层钥匙开关、急停、检修、平层、上行限位、下行限位、减速、上行缓速、下 行缓速、轻载、电源、满载、消防、超载。 电梯配置显示选择电梯的最低楼层、最高楼层、梯速和楼层高度。 门状念动态显示电梯的开门和关门。如果在第一层，则显示大厅的画面，在 其它楼层，显示如图3 - 4 的楼道画面。 上下行和楼层显示则指明电梯运行的方向和电梯所在的楼层。 轿厢信号模拟轿厢内部信号，包括内选信号、开门信号、关门信号。 故障模拟部分包括模拟急停故障、冲顶故障、撞底故障和运行中掉门锁故障。 为了方便用户的操作，虚拟电梯配有帮助文件，用户只需按f l 键便自动弹 出帮助界面，其中有虚拟电梯的功能介绍和具体操作，使用户可以实时的进行查 询。 虚拟电梯的界面程序是一个通用的软件，可以模拟任何小于等于3 2 层的电 梯。对于p l c 控制器，对应不同楼层，程序不同，运行时，只须将所需楼层的 p l c 程序传入即可。并且虚拟电梯可以模拟不同梯速和不同楼层高度的电梯。 开始模拟后，用户可以用鼠标点击上呼、下呼和内选图标，如果电梯不在本 层，则显示红色，表示响应呼梯，电梯按照运行规律响应呼梯，取消对应的呼梯 第三章电梯远程监控系统的关键技术年【f 实现方法 信号。 虚拟电梯可以模拟故障，故障发生时，电梯停止运行，发对应的故障信号， 此时工作站程序可以进行故障报警，直到取消故障，电梯正常运行。 为了在虚拟电梯软件中使计算机与3 2 位通道独立数字输入输出卡进行通 信，另行编写了对应的a c t i v e x 控件，可以在主程序中调用控件，控制p l c 的 1 6 点并行信号输入和检测p l c 的1 6 点信号输出。 3 3 1 4 虚拟电梯的信号传输 对于虚拟电梯，串行信号均采用r s 一4 8 5 标准，包括计算机与三端口串口板、 三端