（通信与信息系统专业论文）基于tcpip协议的电梯远程监测系统的设计.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 电梯作为现代高层建筑最常用的垂直运输工具，广泛应用于社会活动的各 个角落，如何保证每台电梯都能够可靠运行，已成为提高物业管理水平和电梯 技术进步的关键所在。电梯运行质量直接由监测系统的功能决定，而系统软件 又直接决定着监测系统运行的好坏。远程监测对电梯安全运行和故障维修具有 重要意义，在减少维修管理人员的同时，可及时发现故障，缩短故障候梯时间， 实现管理的自动化。本文设计和开发的电梯远程监测系统，可通过局域网从小 区中心监测小区内所有电梯的运行状态，及时有效地响应设备故障。同时，可 提供电梯资料、运行数据和其它与维修相关的信息。主要研究内容及成果如下： 论文运用网络技术和软件技术，与嵌入式系统相结合，提出了基于t c p i p 协议的电梯远程监测系统的总体构架。该系统主要由现场数据采集系统和小区 电梯监测中心系统组成。数据采集系统完成电梯信息的采集与处理，实现网络 接入；小区监测中心建立软件系统，通过与嵌入式终端通信获取电梯状态信息， 并进行数据与事件分析。 根据电梯主控制器中数字信号处理芯片t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 和网络接口芯片 r t l 8 0 1 9 a s 的特性和结构，完成了电梯控制器网络接入模块的设计。设计了网 络接口电路，运用c 语言编写了r t l 8 0 1 9 a s 驱动程序，并制定了数据采集端 与监测中心端的数据传输格式。 针对嵌入式系统接入i n t e m e t 的要求，本文完成了嵌入式t c p i p 协议栈的 设计和软件实现。详细描述主要协议的工作原理，具体介绍数据帧的封装过程， 将数据采集端采集到的数据进行封装。 论文完成小区电梯监测中心系统软件的设计与实现。以模块化的软件设计思 想对监测系统软件进行了模块的划分和细化，运用d e l p h i 语言编写电梯监测程 序，设计监测界面，实现电梯运行状态显示。运用数据库技术，建立电梯资料数 据库，实现电梯基本资料管理、人员管理、运行维护、系统配置等管理功能。 最后论文对系统的结构和性能做出了总结，并提出改进的建议。 关键词：电梯；嵌入式系统；t c p i p 协议；g r m s o c k ；远程监测 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ee l e v a t o ri sm o s tc , o m m o n i yu s e di nt h em o d e m h i g hc o n s t r u c t i o na sv e r t i c a l t r a n s p o r tm e a n s ，a n dw i d e l yu s e di ns o c i a la c t i v i t y h o wt og u a r a n t e ee a c he l e v a t o r m o v er e l i a b l yh a sb e c o m et h ea d v a n c e m e n tk e yo ft h ee s t a t em a n a g e m e n tl e v e la n d e l e v a t o rt e c h n o l o g y t h ee l e v a t o rm o v e m e n tq u a l i t yi sd e c i d e db yt h em o n i t o r s y s t e mf u n c t i o n , b u tt h em o n i t o rs y s t e mq u a l i t yi sd e c i d e db yt h es o f t w a r e t h e r e m o t em o n i t o r i n gi s v e r yi m p o r t a n tf o r t h ee l e v a t o rs a f eo p e r a t i o na n dt h e b r e a k d o w n $ a - v i e e i td e c r e a s e st h em a i n t a i n i n ga n ds e r v i c ep e r s o n n e l f u r t h e r m o r e ， i tc a nf m do u tf a u l t si nt i m e ，s h o r t e nt h ew a i t i n gt i m eb e c a u s eo f f a u l t s ，a n dm a k et h e a u t o m a t i cm a n a g e m e n ta n dt h ei n c r e a s i n go fs e r v i c eq u a n t i t yc o m et r u e t h e e l e v a t o rl o n g - d i s t a n c em o n i t o rs y s t e md e s i g n e di nt h i sp a p e r , w h i c hg a l lt h r o u g ht h e l o c a la r e an e t w o r kf r o mt h ep l o tc e n t e rm o n i t o ra l le l e v a t o rr u n n i n gs t a t u s ，p r o m p t e f f e c t i v er e s p o n s ee a c hk i n do fe q u i p m e n tf a i l u r ei nt h ep l o t a tt h es a m et i m e ，t h e e l e v a t o rp e r f o r m a n c ed a t aa n do t h e rs e r v i c er e l a t e di n f o r m a t i o nw e r ep r o v i d e d i nt h i sp a p e r , u s i n gt h en e t w o r k i n ga n dt h es o f t w a r et e c h n o l o g y , u n i f i e dw i t h t h ee m b e d d e ds y s t e m , t h ee l e v a t o rr e m o t em o n i t o r i n gs y s t e ms k e l e t o nb a s e do n t c p i pp r o t o c o lw a sp r o p o s e d t h i ss y s t e mi sc o n s i s t e do fd a t ac o l l e c t i o nm o d u l e a n de l e v a t o rr e m o t em o n i t o r i n gc e n t e rs y s t e m t h ed a t ac o l l e c t i o ne n d c o m p l e t e st h e e l e v a t o ri n f o r m a t i o ng a t h e r i n ga n dp r o c e s s i n g ；t h ec e n t e rs y s t e mg a i ne l e v a t o r c o n d i t i o ni n f o r m a t i o nt h r o u g hc o m m u n i c a t i o nw i t ht h ee m b e d d e dt e r m i n a l ，d ow i t h t h ei n f o r m a t i o nd a t aa n de v e n t t h r o u g ha n a l y s i sc h a r a c t e r i s t i ca n ds t r u c t u r eo fd s pc h i pt m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a a n dr t l 8 0 1 9 a s ，e l e v a t o rc o n t r o l l e rn e t w o r ka c 圮e s sm o d u l ei s d e s i g n e d t h e i n t e r f a c ec i r c u i ti s d e s i g n e d , p r o g r a mo fr t l 8 0 1 9 a si sa c c o m p l i s h e d ，a n dd a t a t r a n s m i s s i o nf o r m a tb e t w e e nd a t ac o l l e c t i o nm o d u l ea n de l e v a t o rr e m o t em o n i t o r i n g c e n t e rs y s t e mi sm a d e p r o g r a mo f r t l 8 0 1 9 a si sa c c o m p l i s h e db yc l a n g u a g e i nv i e w o fr e q u e s to fe m b e d d e ds y s t e me n t e r i n gi n t e m e t , t h ee m b e d d e dt c p i p p r o t o c o ls t a c kd e s i g na n dr e a l i z a t i o nw e r ei n t r o d u c e di nt h i sa r t i c l e o p e r a t i n g 武汉理工大学硕士学位论文 p r i n c i p l eo f p r o t o c o la n de n c a p s u l a t i o no f d a t af l a t n e si sd e s c r i b e & i nt h ep a p e rt h ee l e v a t o rm o n i t o rs y s t e mc l i e n ts i d es o r w a r es y s t e md e s i g na n d r e a l i z a t i o nw a sd e p i c t e d t h ec l i e n ts i d es o f t w a r es y s t e mw a sm o d u l a r i z e da n d t h i n n e da c c o m p l i s h e dm o n i t o rp r o g r a mb yd e l p h il a n g u a g e t h em a n a g e m e n t f u n c t i o ni n c l u d i n ge l e v a t o rc o n d i t i o nd e m o n s t r a t i o n , t h eb r e a k d o w nd i a g n o s i s ，t h e e l e v a t o rb a s i cd o c u m e n t , t h ep e r s o n n e lm a n a g e s ，m o v e m e n tm a i n t e n a n c e , a n d s y s t e md i s p o s i t i o nw a s r e a l i z a t i o n f i n a l l y , s u m m a r y o fs y s t e ms t r u c t u r ea n dp e r f o r m 撇i sm a d e ；t h e i m p r o v e m e n tp c r f 鳅p r o p o s a li sp u t t e df o r w a r d k e yw o r d s ：e l e v a t o r ；e m b e d d e ds y s t e m ；t c p i pp r o t o c o l ；w h 1 ：s o c k , r e m o t em o n i t o r 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的 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。 签名：绘爱聋日期：垄丑：! ! 丝 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保 留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阕；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：左避导师签名：纽! 日期：皑 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 研究的目的和意义 随着我国社会主义市场经济的快速发展，高层楼宇近几年来在一些大中城 市的增长速度呈上升趋势，电梯越来越多的走进人们的视野并逐渐成为人们日 常生活不可缺少的组成部分。同时，作为一种特殊的交通工具，电梯安全、故 障报警和及时维修愈来愈成为电梯生产企业、使用单位及广大民众关注的话题。 为了更好的适应形势的发展，许多电梯生产企业和相关单位都在积极研制 和推出自己的电梯远程监测系统。电梯远程监测系统是指某个区域的大楼中安 装多部电梯后，对这些电梯进行远程监测，数据管理、维护、统计、分析、故 障报警及救援。其目的是对电梯进行远程数据维护，故障报警，以及对电梯的 运行性能( 群控效果、使用频率、故障次数及故障类型) 进行统计与分析【l - 2 。 然而由于电梯在安装上具有面广点散的分布特性，其使用环境比较复杂、 电梯型号多种多样、操作运行各异，加之国内维修技术人员比较缺乏，这些已 有的特定因素对电梯监测系统提出了很高的要求，以往的监测系统多数是电梯 企业自己建立的直线管理网络，只负责监测自己安装维修的电梯。使用方式单 一，缺乏对电梯的管理功能，系统的通用性和兼容性都比较差，往往是针对一 种型号的电梯建造的监测系统换成另外一种型号的电梯便无法使用。此外，通 过专线搭建的监测管理系统费用也比较昂贵。为了更好的解决这些问题，迫切 需要研制和开发一套运行高效，成本低廉，通用性较强的新的电梯远程监测系 统 3 - 4 1 。 利用网络进行电梯远程监测，首先可以提高电梯维护和保养单位的服务质 量和服务效率。一个维修单位如果安装了基于网络的电梯远程监测系统，维修 保养工作将会变被动保养为主动保养，电梯运行过程中出现的问题可以被及时 发现和处理，负责维修的专业技术人员通过网络，可以在较短的时间内掌握电 梯的故障情况，及时、准确了解电梯出现故障的原因及相关信息，迅速确定如 何快速到达故障电梯现场，进行抢修的方案，使用户因故障停梯的时间大大缩 减，从而对用户的服务提高一个台阶。其次，一个物业管理公司的管理人员可 武汉理工大学硕士学位论文 以对其所管理的几个小区的电梯运行状况是否正常，电梯故障报警是否及时， 乘客在轿厢内是否安全，能否及时与乘客取得联系等等情况进行准确的把握和 了解。地方电梯管理部门，也可以对辖区内电梯故障率，停梯时间，停梯原因 进行分析研究。再次，系统对其监测的电梯建立了完善的数据库，每台电梯当 天，当月甚至当年的故障情况都被记录下来，若要对某种电梯的性能及电梯维 修保养单位的服务质量进行评估，则可以提供全面、翔实、客观的资料。 目前，嵌入式系统已经广泛渗透到人们的工作、生活中。从家用电器、信 息终端、手持通信设备到航空航天、仪器仪表、汽车船舶、制造工业、过程控 制等领域，嵌入式设备己随处可见。2 l 世纪嵌入式系统将无所不在，它将为人 类生产带来革命性的发展，实现 p c se v e r y w h e r e ”的生活梦想。 因此，可以说基于嵌入式i n t e m e t 的控制网络和远程监测系统在不久的将来 必将具有十分广阔的应用前景，它代表了新一代控制网络发展的必然趋势。 1 2 国内外研究现状 监视监测技术广泛应用于各种工业过程控制、军事自动化、电力自动化、 金融自动化、高速公路集中监视、环境自动观测、水情遥测、大型输水工程自 动监测等。随着电子技术的发展，特别是计算机技术、数字通信技术、t q 动控 制技术以及l s i ，v l s i 集成电路的飞速发展，8 0 年代以来监视监测技术发生了 深刻的变化，计算机的监视监测系统正是随着这些技术的出现和发展而产生的。 进入9 0 年代，计算机、通信、微电子等技术的进一步发展，对监视监测任务和 要求不断复杂，代表当前水平的监视监测系统也具有其时代特征，尽管各种系 统应用的场合和完成的任务不同，但他们在系统级上，大致都有着以下一些特 点和发展趋势1 5 - 8 1 。 ( 1 ) 系统功能综合化，对于被监测对象的监测方式从单一的场地监测、集 中监测发展到分散、分布式监测。 ( 2 ) 从系统的数字化监测与控制，发展到与工业电视监视相结合，信息的 采集与处理也在单一数据的基础上增加音频和视频。 ( 3 ) 从综合监测发展到与管理自动化相结合。 因此，先进的监视控制系统应该集控制、监视、管理以及决策支持等功能 于一体，成为综合自动化系统。 2 武汉理工大学硕士学位论文 电梯远程监测系统也随着监视监测技术的进步而不断更新和发展，电子计 算机的普及和网络通讯技术的不断进步，为电梯远程监测系统的产生奠定了基 础。同时，电梯远程监测系统的重要性越来越引起了人们的注意，国外各大电 梯公司如日本三菱、美国的奥的斯等公司起步较早，都有不同水平的与自己的 电梯系统配套的电梯远程监测系统和电梯监测系统。 蒂森公司的远程监测系统具有控制电梯的功能，能检测和识别滥用或误操 作紧急呼救功能；能较好地掌握电梯的运行状况，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、呼叫与处理时间曲线等；自动故 障报警，该系统同时可以监测电梯、自动扶梯和楼内其他设备；但是该系统仅 适用于其本公司生产的电梯和自动扶梯。 奥的斯公司自行开发的电梯监测系统，具有分级报警的功能。监测系统自 动发出电梯服务中断的信号，显示地点、性质、问题及乘客状况资料。当电梯 的运行表现不符合预定的界限时，系统发出报警信号。 r e m ( 远程电梯监测系统) 是奥的斯设计的电子监察系统，每日2 4 小时 不问断地为客户的电梯提供全面及远距离服务。不论电梯的类型和安装年限， r e v i 系统的独特设计均可迅速有效地确认问题，并做出快捷、可靠的回答行动。 r e m 系统包括三个操作服务性能：l 、电梯运作异常警报：当电梯的运行表现 不符合预定的界限时，r e m 系统便会发出讯号。2 、自动故障警报：r e m 系统 会自动发出电梯服务中断的讯号，显示地点、性质、问题及乘客状况等资料。3 、 乘客被困警报：被困乘客可与奥的斯服务中心建立直接双向的通话。 r e m ( 远程电梯监测系统) 使奥的斯维修保养系统更为完善，它使奥的斯 能通过电子设备在奥的斯热线服务中心监视电梯的运行。r e m 使奥的斯能连续 不断地监视电梯所有的关键运行参数并完成所需要的维修。并能够在故障出现 前预测并完成所需要的维修。一旦远程电梯监测系统监测到故障或停车，它将 立即通过电话线通知给我们的奥的斯热线服务中心。奥的斯服务中心的人员将 会立即采取行动派遣维修技师到达现场解决问题。通过远程电梯监测系统，奥 的斯服务中心的人员还可以与被困乘客直接通话，告知他们当前的情况并缓解 他们的焦虑。远程电梯监测系统还能在电梯出现故障前检测到设备运行中的异 常现象。如果电梯运行质量降低，远程电梯监测系统会向奥的斯发出警告信息， 防患于未然。这样，将最大程度地满足乘客的使用需要，并使他们满意。 日立电梯远程监测系统以计算机系统2 4 小时监测用户电梯的运行状况，为 武汉理工大学硕士学位论文 每一台电梯建立运行状态数据档案，定期进行检查保养，有效防止电梯故障的 发生，大大延长电梯的使用寿命。当电梯发生故障时，信号自动接通监测中心， 监测装置显示电梯的故障资料并立即向电梯故障发生地的维修人员发出指令， 确保第一时间赶到现场 9 - 1 0 1 。 三菱电梯监测系统用于三菱电梯运行状态的监测以及在灾害和故障情况下 的应急控制系统，系统主机软件采用v b 5 0 设计开发，各数据接口板用8 9 c 5 1 设计开发。该系统实质上是一个集散控制系统，主机通过通讯线路从各个节点 控制器获得数据，并可根据情况发出控制信息。同时还有交通流量统计等附加 功能。 m e l m o s i i 是三菱电梯有限公司的产品。以下简要介绍它的主要特征。 ( 1 ) 实时远程监测。m e l m o s i i 与一个易于理解的彩色图形监视器安装 在一起，可以实时地显示所有电梯的操作。在中心控制室、安全部门或者其它 想要的地方可以几乎实时地查看电梯的运动。在发生火灾、地震、电梯故障或 者其它紧急状况下，系统会马上在c r t 显示器上显示一个警告消息，并且产生 一个报警。在电梯进入紧急模式时，它也会显示一个消息。操作员可以随时查 看显示紧急操作的提示屏幕。 ( 2 ) 固有的系统可靠性。自我诊断的功能被包含在m f 【m o s 中，作为 它预防维护方案的一个部份。一组主要开关被安装用以备份操作，例如，在万 一系统失败时，记录紧急状态模式活动。这些措施为电梯乘客确保了系统可信 度和安全性。 ( 3 ) 不需要特别的操作培训。m f l m o s i i 的操作不需要特别的培训。用 鼠标点击显示在c r t 显示器顶部的操作菜单，可以控制电梯运动。如果操作员 有关于系统管理方面的问题，还可以查看帮助。 ( 4 ) 标准数据l o g 用于协助操作管理。系统自动地维护包括使用频率，运 行时间，反常和紧急状况控制活动的电梯操作的记录。数据能被调出来并且在 c r t 上显示。也提供恢复信息。数据的硬拷贝能打印出来。 ( 5 ) 可选的控制特征。m f l m o s i i 提议可选的远程控制特征，例如：锁 楼层，节能操作等。电梯通讯的数据也可以图形方式显示，例如：一个小时内 召唤个数、平均等待时间、长时间等待百分比。 f u j i t e e 美国公司的电梯监测系统( e m s t m ) 是一个复杂的，基于p c 的包 罗万象的电梯管理装置。使用f u j i t e e 的最高质量标准开发。电梯监测系统包含 4 武汉理工大学硕士学位论文 有特色的图解式的表现，交谈式沟通特征，精确的数据积聚能力和进一步的事 件l o g 特性满足广泛范围的客户监测需求【1 1 _ 1 2 1 。 工作在w i n d o w sn t 工作站环境下，电梯监测系统包含了可视化监测、交 互式指令控制，运行分析和回放模块，修正逐日的电梯操作，分析历史的电梯 运行模式而且回顾最近的电梯活动，以使电梯系统表现最佳化。 先进的计算机网络技术使电梯监测系统能够在客户机服务器模式中被配 置为或本地的或远程的访问。它被设计用在局域网( l a n ) 中或者m o d e m 访 问网络( r a s ) 中。经认可的人能访问驻留在中心系统中的应用程序，并且可 以在所有已经联机的工作站之间共享数据。在各种不同的位置包括在建筑物里 面安装，电梯监测系统能提供给电梯管理员以虚拟的对整个电梯系统的控制， 并且允许他们交互式地监测并且更改系统的操作，性能与出错环境。 以上介绍的这些电梯远程监测系统相对来说都是仅适用于本公司生产的电 梯，一旦换成其他公司生产的电梯，则无法与之相兼容。而且其成本较高，价 格十分昂贵，在国内没有形成广阔的市场，仅有那些财力雄厚的用户才能使用 和购买。这与现今电梯这种交通工具广泛的进入住宅小区的形势不相适应。同 时由于这些系统开发时间较早，基于较低的计算机平台，不能实现网络通讯、 数据库管理、语音报警等功能。 国内一些企业也尝试开发具有中国特色的电梯远程监测系统，但由于这样 一个系统是涉及到计算机控制、电梯控制、网络通讯、软件技术等多个专业的 较大的系统工程，技术难度较大，同时在设计时还要考虑到中国电话网络的信 号传输质量，以及与各个厂家的电梯控制系统( 包括微机控制系统、p l c 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 梯远程监测系统，在一定程度上存在某些不足 1 3 - 1 5 】： ( 1 ) 功能简单，比如只能进行简单的电梯运行状态监测、同时监测的电梯 数量少、只能监视而不能控制管理和远程调试、不能进行电梯故障的早期预警。 ( 2 ) 适用电梯种类少，对可编程控制器( p l c ) 控制的电梯进行监测比较 容易，但是，对微机控制的电梯监测就困难得多。 现在国内急需一种功能完善、适应广且价格低廉的电梯远程监测、管理与 故障诊断系统，以使该系统在电梯物业管理、日常维护等工作中得到广泛的应 用，提高电梯运行质量。 国内的一些电梯生产企业也积极的投入财力、人力，开发自己的电梯远程 5 武汉理工大学硕士学位论文 监测系统。目前已有一些系统投入使用。如： 北京冲云机电有限公司远程监测系统当电梯出现故障时应急运行，避免乘 客受困。及时广播电梯异常情况，安抚语音，与监测中心直接通话。 广州市易达讯电子科技有限公司开发的电梯远程监测系统通过交互式的界 面实现对电梯的监视和控制。当电梯出现故障或紧急情况时，自动向监测中心 报警，在中心的监测计算机上显示故障类型、故障发生的时间、地点和故障发 生的具体部位，同时打印故障清单并自动拨通电梯维修人员的移动电话，以便 电梯维修人员及时处理。该系统可以自动建立电梯运行的数据库，维护人员可 通过数据库对电梯运行历史进行查询和分析，设置相应的参数，对诸如接触器， 控制电路，刹车阀等重要部件的使用次数和寿命等进行统计，实现电梯维护的 智能化、网络化。 中国建筑科学院机械化研究分院的凯博电梯远程监控系统由位于电梯机房 的信号采集与处理器、负责信号调制与传输的调制解调器和电话网络、向操作 员提供监控界面的服务中心计算机3 部分组成。其基本工作过程如下：由前端 机随时采集电梯的运行状态和有关信息，在电梯发生故障时通过电话网络将故 障信息传送给位于服务中心的服务器。维护人员可以在服务器上随时拨号接通 前端机，通过监控窗口直观地观察到与监控中心相连的任意电梯的运行信息， 还可以对电梯进行远程故障诊断。 无锡中秀电梯公司的电梯远程视频监控系统，将电梯运行数据和轿厢内的 视频图像、语音信息通过电话线同时传送，维修人员可以在监控中心查看电梯 视频图像；通过z x - d e 系列采集器来实现电梯状态可监视化，有一定的通用性， 但采集信号点有限 1 6 - 1 8 】。 总的来说，由于价格及产品定向等原因，国外的电梯远程监测系统在中国 的实际应用有一定的局限性。国内自主研制和开发的远程监测系统往往因为涉 及到计算机、电梯系统控制、网络通讯、高级语言编程等各个部分，成熟的产 品还比较少，功能也有待完善。 1 3 研究目标和主要内容 根据国内外研究的现状和趋势，建立基于t c p i p 的嵌入式电梯远程监铡系 统。在使用d s p 微处理器直接上网的基础上设计网络接口等硬件模块，设计远 6 武汉理工大学硕士学位论文 程监测端的应用程序，实现电梯参数的采集和远程控制以及故障诊断，使电梯 运行故障发生后，能够尽快显示故障类型，使检修和维修的时间大大缩短。 本文主要研究三个方面的问题： ( 1 ) 电梯监测系统的总体结构设计 电梯远程监测系统是一个集电梯运行相关信息采集，人机界面控制，数据 网络传输，故障记录和查询的大型监测系统。为了实现上述各项功能，基于网 络的小区电梯远程监测系统主要包括三部分：现场数据采集系统，数据传输模 块，小区监测中心监测系统。 ( 2 ) 基于d s p 的嵌入式i n t e r n e t 的实现方案 使用d s p 芯片t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 控制网络接口芯片r t l 8 0 1 9 a s 进行数据 传输，进行以太网端口的设计，编写驱动程序。采用t c p i p 协议，实现将采集 的电梯状态数据通过网络上传到控制中心，各层协议包括a r p 协议，网际口 协议和t c p 协议等。 ( 3 ) 电梯监测系统软件的开发 设计应用程序主界面，完成数据采集和网络通讯，进行电梯参数的采集和 处理，实现电梯和远程控制主机的信息交换，建立电梯基本资料数据库。 本文的研究目标： ( 1 ) 实现基于t c p 仰协议的电梯远程监测系统的整体设计。完成智能小区 电梯监测系统的构建。 ( 2 ) 使管理人员在监测中心通过基于以太网的智能电梯监测系统接收到现 场随时发回的电梯的各种数据，并在计算机的监测界面直观地观察到每台电梯 的运行情况，通过比较和分析各种数据，在第一时间内发现电梯存在的各种隐 患，将电梯的故障率降到最低。 ( 3 ) 在软件系统实现中，使用最新的数据访问技术，缩短数据库连接时间。 并设计友好的用户界面。 7 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章电梯远程监测系统总体设计 电梯远程监测系统是一个集电梯相关运行信息采集，人机界面控制，数据 网络传输，故障记录和查询为一体的大型监测系统。由于系统要实现的功能较 多，所以设计了很多实现相应功能的模块。各模块之间的合理划分，及其有效 衔接决定了系统总体结构的可靠性和壮健性。在设计过程中充分考虑了系统的 实用性，既能够为用户创造效益，又能够在应用中起到实际作用。 2 1 电梯远程监测系统总体方案设计 总体结构的设计是最初的，也是至关重要的，模块的划分，新技术的运用， 功能的定位，决定着整个系统的可靠性。电梯远程监测系统是一个集电梯相关 运行信息采集，人机界面控制，数据网络传输，故障记录和查询的大型监测系 统。由于系统要实现的功能较多，所以首先设计实现相应功能的各个模块。 电梯远程监测系统主要功能： ( 1 ) 巡回检测各台电梯的运行方式、工作状态及安全保护信号。 ( 2 ) 电梯运行状态实时显示，如轿厢运行楼层位置、方向的显示。 ( 3 ) 根据检测信号进行故障自动判断，故障报警。 ( 4 ) 故障时问、类型及设备开机、关机时间记录，每日运行次数与故障次 数的统计。 ( 5 ) 对电梯进行远程控制，如锁梯、启动等。 ( 6 ) 紧急情况下，如电梯关人，启动音视频对讲，对乘客进行安抚。 为了实现上述各项功能，基于网络的电梯远程监测系统主要包括三个层次： 现场数据采集系统，小区电梯监测中心系统，电梯远程监测系统 1 9 - 2 0 。系统总 体结构如图2 一l 所示，现场数据采集系统和小区电梯监测中心系统是电梯远程 监测系统的组成部分，本论文主要完成这两个系统的设计。其中电梯远程监测 系统有全球固定的口，现场数据采集系统包括电梯主控制器，电梯主控制器包 括网络接入模块，通过网络与小区监测中心进行通信，并进行现场数据采集； 小区监测中心接收电梯状态数据，进行电梯资料管理和系统管理。 武汉理工大学硕士学位论文 图2 1 系统总体结构图 现场数据采集系统与小区电梯监测中心系统分布如图2 2 所示，其中现场 数据采集系统包括各台单梯主控制器，各台电梯的轿厢控制器，各台电梯各层 站的若干呼梯控制器，各台单梯的液晶显示控制器等，在电梯现场端每部主控 制器都有一个通信端口，通过网络接口与小区的监测中心连接。小区监测中心 系统监测软件主要安装在各个智能小区，对本小区内所有电梯运行状态远程监 测，接收电梯状态数据，进行电梯资料管理和系统管理，并进行事故分析，有 效地实现小区电梯的科学监测，减少维护的时间与费用。 现场数据采集系统通过电梯主控制器实时采集电梯各种运行状态信息，并 通过r t l 8 0 1 9 a s 进行状态信息传输和一些参数的远程设置。使用d s p 芯片控 制网络接口r t l 8 0 1 9 a s 芯片进行数据传输，进行以太网端口的设计与实现。采 用t c p i p 协议实现采集的电梯数据通过网络传输到控制中心现场，数据采集模 块完成如下任务： 实时监测，平时不问断从各个电梯上抄电梯状态数据。一方面，在小区监 测中心或电梯远程监测中心的呼唤下，将该上抄的电梯状态数据上送，以进行 实时监侧；另一方面，判断操作模式变量的内容，是否某台电梯出现故障。如 果出现故障，则主动记录该电梯的故障监测参数，主动同电梯远程监测中心系 9 武汉理工大学硕士学位论文 统通信，上送故障信息口1 1 。 现场数据采集系统 小区监测中心系统 - i 数据传输r _1 小区监测中心 - - tk 龠舟 图2 2 小区电梯监测系统示意图 小区电梯远程监测系统作为电梯远程监测系统的监测部分，电梯远程监测 中心系统安装在小区监测室，对小区内所有的电梯进行远程的监测，有效的实 现所有电梯运行信息管理与维护。监测中心软件主要完成电梯运行状态的显示， 故障报警，建立电梯基本资料数据库、故障浏览与查询数据库、运行数据库等 数据库。根据实际需要，实现： 常见型号电梯基本信息数据库的建立与配置； 电梯所在楼层及运行方向监视； 电梯消防状态监视； 2 4 小时电梯状态监视； 电梯运行次数和开关门次数统计； 故障自动报警、远程故障分析、历史故障数据自动记录与统计； 远程控制。 2 2 现场数据采集系统的设计开发 2 2 1 数据采集系统的硬件设计 现场数据采集系统实质上是一种基于分布式多路c a n 总线的电梯智能控 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 制系统，其特征在于：分布式电梯网络控制系统设计。它包括各台单梯主控制 器，各台电梯的轿厢控制器，各台电梯各层站的若干呼梯控制器，系统结构如 图2 3 所示。 c a n h 图2 3 数据采集系统结构图 单梯主控制器负责实时采集各电梯的安全信号、速度信号、轿厢位置信号、 门系统信号，实时接收各召唤信号；实时对各个控制器发送消息，控制轿厢的 运行和门机动作。 轿厢控制器负责采集召唤信号、称重信号、司机信号、检修信号，向单梯 主控制器发送轿厢各种状态信息、召唤信息；负责接收单梯主控制器信息；负 责语音报站，实时显示轿厢所在楼层，实时显示电梯故障状态；负责对按钮信 号灯进行点亮或消号的控制。 呼梯控制器负责采集召唤信号，向单梯主控制器发送各楼层的召唤信息； 负责接收单体主控制器信息；实时显示轿厢所在楼层，实时显示电梯故障状态。 现场数据采集系统是一个典型的微机应用系统，数据采集的开发设计过程 主要包括四个部分：系统硬件设计、系统软件设计、系统仿真调试和脱机运行 调试。本系统的开发和应用中，是按照如图2 4 示的流程进行 2 2 - 2 3 。 数据采集端的设计的好坏直接关系到整个监测系统设计开发的成败。论文 设计的该应用系统具有可靠性高、安全性高、实时性强和成本低等优点。 武汉理工大学硕士学位论文 进行总体功能设计 分配i o 口及外围设备 硬件设计i 确定软硬件分工编写软件 i 软件设计 系统硬件框图设计 接口硬件设计 功能模块划分 模块化框图设计 芯片的筛选及测试ll 源程序的设计和编译 硬件调试 忑 布线及安装电路检查 系统调试运行 完成? 设计结束 形成目标程序 仿真和测试 摹肇力 写入存储器 图2 4 数据采集系统设计流程图 2 2 2 数据采集系统的软件设计 电梯远程监测系统是一个时变性要求很高的系统，设计一套应用软件对电 梯作业进行监测，它必须具有较强的实时性，在对象允许的时间间隔内对系统 进行监测，完成复杂的处理并及时将信息传送出去。同时它必须具有较强的灵 活性和可靠性，而且具有良好的诊断功能，当遇到错误时能快速地对系统进行 诊断。在设计应用软件时考虑如下方面的内容： ( 1 ) 程序承担的任务。任何一个监测系统的设计，都有其具体的应用场合 和明确的工艺要求，程序设计的首要任务就是确定程序承担的任务。 ( 2 ) 程序的时序性。计算机是按时序运行的，所以程序设计要考虑监测任 务执行顺序和时间要求。 1 2 武汉理工大学硕士学位论文 ( 3 ) 程序的实时性。实时性即要求监测系统能对监测对象传递来的信息在 系统允许的时间间隔内进行处理并做出反应。 ( 4 ) 程序的适应性。所谓的适应性，也即要求设计出来的程序具有灵活性， 以便针对不同的对象及工艺要求而进行必要的修改，增加通用性。 ( 5 ) 程序的设计模式直接影响程序的编程、纠错及测试难易度。在这里， 我们采用模块化设计模式思想，将一个完整的程序分成若干块小的可以独立完 成某些任务的子程序。这种程序设计思想具有易于编写、通读性强、纠错及调 试方便等优点。 2 3 小区电梯监测中心系统总体设计 2 3 1 软件功畿规划 小区监测中心监测软件按功能可分为五个子系统，如图2 4 所示。 图2 4 小区电梯监测中心模块图 界面设计的好坏直接影响到用户对该软件的第一印象，应用软件的用户接 口是否简洁、方便也是评价该软件性能的一个重要指标。同时，系统各项功能 的体现也集中反映在与用户交互的主界面上，用户可以直接从本系统的主界面中 选择所要进入的功能。因此，界面的可读性，友好性，并及实用性便提上日程。 这个部分就是一个采用高级编程语言d e l p h i 编写的应用程序。随着操作系 统、开发平台的不断更新，在系统中采用最新的技术己经成为必然。电梯远程 监测系统是一个利用现有的计算机技术、网络技术和微电子技术进行开发的先 进监测系统，作者在进行系统设计的过程中查阅了大量的技术资料，并从中吸 武汉理工大学硕士学位论文 取和采纳了大量的有用的新技术，在程序的编写过程中，作者采用了多媒体网 络通信技术、数据库技术、多线程技术等多种现今比较流行的软件技术。这些 技术的应用为实现电梯远程监测系统的各项功能提供了技术上的支持和保障， 同时也极大的提高了程序执行的效率。 监测中心软件主要完成电梯运行状态的显示，故障报警，电梯基本资料数 据库、运行数据库、故障数据库、电梯基本型号数据库的查询、增加，删除以 及修改等功能。程序启动后，首先弹出一个对话框，要求使用者输入密码，此 密码为电梯远程监测系统的管理员所拥有，只用输入正确的密码，程序才能继 续运行。否则，程序将不能执行，点击“取消”按钮，将退出应用程序。 2 3 2 数据与事件分析 ( 1 ) 数据分析：实现中心进行信息的离线分析。 即时监测信息分析：主要是通过选择电梯与选择入库时间范围来进行信息 定位，以表格形式显示即时监测信息。 远程调试分析：主要是通过选择电梯与选择入库时间范围来进行信息定位， 以表格形式显示远程调试信息。 ( 2 ) 事件分析：对各类事件进行分析。 异常事件分析：可按时间顺序列出所有事故报警事件，以表格形式对所有 事故报警进行总浏览。列出某台电梯的所有事故报警事件。选中某个事件后， 以卡片形式列出该事件的详细监测内容。 通信失败分析：可以按时间顺序列出所有同电梯通信失败记录，或某台电 梯的通信失败记录；按时间顺序列出所有p c 机同电梯通信失败记录，或某台 电梯的接口同电梯通信失败记录。 报警事件统计分析：进行事件分析，另一个主要功能必须是进行事件统计， 找出相应的统计结果，揭示一定的统计规律。这里，还必须列出相应的统计条件。 2 3 3 系统管理及数据库设计 ( 1 ) 系统管理 用户管理：进行用户信息管理，并进行权限设置。在用户信息中，要表明 用户的类型。 1 4 武汉理工大学硕士学位论文 关于：介绍一些系统信息。 ( 2 ) 数据库设计 d e l p h i 中处理数据库主要有两种方法，也就是b d e 、a d o ，b d e ( b o r l a n d d a t a b a s ee n g i n e ) ，是d e l p h i 中最古老的技术，b d e 是一个基于驱动程序的体 系结构，每一种数据格式或数据源都有一种驱动程序来驱动相近的数据源。b d e 可以很好的支持0 d b c a p i 方法。 o d b c 是一种c ，c 抖应用程序编程接口( a p i ) ，无论是对任何一种客户 服务器关系型数据库管理系统( r d b m s ) ，还是最流行索引顺序访问方法 ( i s a m ) 数据库( j e t 、f o x p r o ) ，都能很好的访问。 a d o 技术是微软提出来的处理关系型数据库和非关系型数据库的新技 术，它基于微软被称为o l ed b 的数据访问模式，它是专门为了给大范围商业 数据源提供访问而设计的，包括传统的关系型数据表、电子邮件系统、图形格 式、i n t e r a c t 资源等。a d o 所需内存更少，更适合大流量和大事务量的网络计 算机系统。 数据库需求分析： ( 1 ) 系统配置管理模块中需要包含用户使用权限信息、电梯汇总数据采集 配置信息、报警对象信息和报警数据信息，共设计包括角色名、功能模块、小 区d 、电梯i d 、开梯时间、关梯时间、口地址、是否采集、报警对象、报警 时间、报警数据、联系方式等1 6 个数据项。 ( 2 ) 员工管理模块中需要包含员工档案信息、交接班记录信息和维修保养 基本工时信息，共设计包括姓名、性别、民族、出生日期、身份证号码、政治 面貌、婚姻状况、毕业学校、学历、专业、户口所在地、籍贯、地址、邮政编 码、所属部门、担任职务、入公司时间、转正时间、合同到期时间、续签时间、 是否已调档、聘用形式、联系方式、如未调档档案所在地、备注、小区i d 、交 接班时间、交班人、接班人、交接班备注、电梯类型、电梯名称、部件名称、 保养基本工时、维修基本工时等3 5 个数据项。 ( 3 ) 设备管理模块中需要体现电梯技术档案信息和电梯配件信息，制定包 括电梯编号、使用部门、使用部门电话、使用部门联系人、使用部门地址、管 理部门、管理部门电话、管理部门联系人、电梯制造单位、电梯安装单位、电 梯启用日期、驾驶人员、驾驶人员证件编号、电梯种类、控制方式、电梯型号、 额定载重量、运行速度、运行站、曳引方式、开门距离、开门