CN203392646U - 一种基于现场总线的远程电梯监控系统 - Google Patents

Abstract

一种基于现场总线的远程电梯监控系统，包括网络用户层和设备层，网络用户层由以太网组成，并通过以太网与监控层连接，监控层的监控主机通过现场总线与数据采集层实现双向数据传输，数据采集层中的每一台REMS下位机连接对应的设备层中的电梯；所述数据采集层采用双CPU结构，两个CPU通过双口RAM电路连接，其中一个CPU通过电梯数据采集及控制模块与电梯控制系统连接，另一个CPU通过通讯及系统配置模块与监控层的监控主机连接。本实用新型具有良好的通用性和兼容性、成本合适、运行稳定可靠、操作简单、安装方便，并且监控范围广。

Description

一种基于现场总线的远程电梯监控系统

技术领域

本实用新型属于计算机远程控制系统，特别涉及一种基于现场总线的远程电梯监控系统。 

背景技术

随着社会的发展和科技的进步，电梯已越来越接近人们的工作和生活，广泛地进入了各种场合。电梯作为高层建筑物内的垂直交通工具，与人们的工作和生活密切相关。 

电梯远程监控技术为人们提供了及时发现电梯故障、提高电梯安全性的保证的技术手段。随着楼宇智能控制技术越来越广泛的应用，电梯监控技术也将不断完善和提高，不断发展和创新。 

目前，国内对电梯远程监控系统的研究尚处起步阶段，比较成熟可靠的系统主要是由一些国外电梯厂家开发的，例如奥的斯，三菱，富士等。其中，以奥的斯的电梯远程监控系统最有影响力。 

目前，许多电梯生产企业和相关单位都在积极研究并推出各自的电梯远程监控系统，然而都存在着或多或少的缺点和不足。首先是电梯安装的环境各不相同，例如在同一栋楼可能安装不同型号的电梯，其操作和设备肯定不同，可能无法用同一套监控系统去监控所有电梯。其次，由于各个电梯生产制造商为了自己的利益，均使用各自独立的通讯方式和通讯协议，并且涉及到知识产权问题，使其无法综合到智能建筑综合管理系统（IBMS）中去，这样就大大地限制了智能建筑综合管理系统的系统集成度，使管理复杂化。 

针对这种情况，国内一些企业尝试开发适应中国环境的电梯远程监控系统，但由于这是涉及到计算机控制、电梯控制、网络通讯、软件编程等多个专业的较大的系统工程，技术难度较大，风险投资高，无法取得用户的信任。同时，在设计时还要考虑与各个厂家的电梯控制系统接口问题等诸多因素，因此现在国内的电梯远程监控系统，在一定程度上存在某些不足： 

1、功能简单，无法远程控制电梯的运行，不能进行故障的早期预警，发生故障时无法及时得到详细信息； 

2、技术落后，适用面较小。甚至不能兼容相同品牌不同类型的电梯； 

3、监控的电梯台数少； 

4、通讯距离短，往往需要加入中继器。 

对于电梯远程监控系统，国内与国外有着相对不同的侧重点，其情况对比如表1所示。 

表1.国内外电梯远程监控系统对比 

国外现状	国内现状
		网络发达，误码率较低	误码率较高，通信质量较差
注重运行效率	注重运行时的安全与可靠
		有一定规模的管理系统网络	还未形成健全体系
重视日常故障诊断及预防	尽快排除故障，缩短停梯时间，减少损失
		远程调试电梯，远程设置	现场调试，设置数据，远程监视与管理
希望节省人力	劳动力市场较大

发明内容：

本实用新型的目的就在于克服上述现有技术中存在的不足，而提供一种基于现场总线的远程电梯监控系统，该系统具有良好的通用性和兼容性、成本合适、运行稳定可靠、操作简单、安装方便，并且监控范围广。 

如上构思，本实用新型的技术方案是：一种基于现场总线的远程电梯监控系统，包括网络用户层和设备层，其特征在于：网络用户层由以太网组成，并通过以太网与监控层连接，监控层的监控主机通过现场总线与数据采集层实现双向数据传输，数据采集层中的每一台REMS下位机连接对应的设备层中的电梯； 

所述数据采集层采用双CPU结构，两个CPU通过双口RAM电路连接，其中一个CPU通过电梯数据采集及控制模块与电梯控制系统连接，另一个CPU通过通讯及系统配置模块与监控层的监控主机连接； 

所述电梯数据采集及控制模块包括一个CPU、双口RAM电路、复位及看门狗电路、电子拨码盘设置呼梯选层及锁梯控制电路、光电隔离电路和并行转串行电路，该CPU的输出端口与电子拨码盘设置呼梯选层及锁梯控制电路连接的输入端口连接，电子拨码盘设置呼梯选层及锁梯控制电路的输出端口通过光电隔离电路与电梯控制系统中的呼梯及锁梯控制接口连接，呼梯及锁梯控制接口向外连接电梯串行通讯线，同时，电梯串行通讯线与电梯控制系统中的电梯楼层及运行状态数据接口的输入端口和电梯故障状态接口的输入端口连接，电梯楼层及运行状态数据接口和电梯故障状态接口的输出端口依次通过光电隔离电路和并行转串行电路与CPU连接；CPU的输出端口连接有复位及看门狗电路； 

所述通讯及系统配置模块包括一个CPU、双口RAM电路、液晶显示器、复位及看门狗电路、RS-485驱动电路、CAN总线驱动电路、Flash存储器及地址编码电路，CPU与RS-485驱动电路、CAN总线驱动电路、Flash存储器双向连接，其中RS-485驱动电路、CAN总线驱动电路的输出端口与监控层的监控主机双向连接，同时，复位及看门狗电路和地址编码器的输出端口与CPU的输入端口连接，CPU的以输出端口与液晶显示器连接。 

所述电梯数据采集及控制模块中的CPU采用芯片AT89S52。 

所述通讯及系统配置模块中的CPU采用芯片P87C591。 

本实用新型具有如下的优点和积极效果： 

1、本实用新型由设备层、数据采集层、监控层和网络用户层组成，集单片机控制和远程通讯技术于一体，通过设定好的电梯状态数据采集层和现场总线结构，将分布在各处的电梯运行状况和故障信息及时传递到监控中心的监视终端，以实现对各处电梯的远程监测和控制。 

2、本实用新型的通讯及系统配置模块采用CAN总线技术，从而实现了总线式或星形连接的网络拓扑结构，扩大了系统的应用范围和提高系统可靠性。并且，在实现CAN总线应用层中采用行业通用的Modbus通讯协议，解决了与建筑管理系统BMS的兼容性问题。 

3、本实用新型的电梯数据采集及控制模块采用双微处理器技术和双RAM技术来实现系统的信息资源传递与共享，使电梯数据采集部分和上、下位机通讯部分分别通过各自独立的CPU进行处理，提高电梯监控系统的实时性，并且降低了系统构成成本，使系统动态实时监控电梯的最大数量提高至64台。同时，采用电气全隔离的方案，通过光电耦合器和隔离电源芯片将电梯远程监控系统与电梯系统完全隔离，避免了系统的互相干扰，提高了系统的可靠性。 

4、本实用新型可对系统进行动态全面配置，可解决采用不同型号电梯类型时，电梯楼层的IO地址不一致和不同型号电梯系统的兼容性问题。 

5、本实用新型的通讯及系统配置模块设置了非挥发存储芯片，可以在线配置系统IO地址，从而解决了采用不同型号电梯，电梯楼层IO地址不一致问题和系统兼容性问题。 

附图说明：

图1是基于现场总线的电梯远程监控系统结构图； 

图2是电梯电气系统原理图； 

图3是数据采集层方案图； 

图4是数据采集层硬件模块原理图； 

图5是电梯数据采集及控制模块原理图； 

图6是光电隔离及并行转串行接口电路图； 

图7是电梯数据采集及控制模块主控芯片电路原理图； 

图8是通讯及系统配置模块原理图； 

图9是通讯及系统配置模块电气原理图； 

图10是RS-485接口电气原理图； 

图11是AT24C01接线图； 

图12是电源模块电气原理图。 

具体实施方式

如图1所示：一种基于现场总线的远程电梯监控系统，由网络用户层、监控层、数据采集层和设备层组成。网络用户层由以太网组成，并通过以太网连接有监控层，监控层的监控主机通过现场总线连接包括数台REMS下位机的数据采集层，数据采集层中的每一台REMS下位机连接对应的设备层中的电梯。 

如图2所示：电梯串行数据总线是通过串行数据接口板和电梯输入输出部件相接口的。系统中使用电梯串行总线的方法，来获得电梯运行与故障数据。 

如图3所示：数据采集层主要完成的任务是与电梯进行接口，采集电梯实施（实时）数据，并根据命令将采集的数据传至监控层。 

该数据采集层采用双CPU结构，两个CPU通过双口RAM电路连接，其中一个CPU通过电梯数据采集及控制模块与电梯控制系统连接，另一个CPU通过通讯及系统配置模块与监控层的监控主机连接。为了实现两个控制芯片之间的数据转换，加入了DS1609双口RAM芯片，由于它具有两套完全独立的数据线、地址线、读/写控制线，允许两个CPU对双端口存储器的同一单元进行同时存取，这样就可以解决两个模块之间数据的通讯问题。在这里用一个双口RAM作为数据缓存器，也使得数据处理更加合理有效。 

如图4、5所示：所述电梯数据采集及控制模块由控制芯片AT89S52、双口RAM电路、复位及看门狗电路、电子拨码盘设置呼梯选层及锁梯控制电路、光电隔离电路和并行转串行电路组成。该控制芯片的输出端口与电子拨码盘设置呼梯选层及锁梯控制电路连接的输入端口连接，电子拨码盘设置呼梯选层及锁梯控制电路的输出端口通过光电隔离电路与电梯控制系统中通信接口电路3(即呼梯及锁梯控制接口）连接，呼梯及锁梯控制接口向外连接电梯串行通讯线，同时，电梯串行通讯线与电梯控制系统中通信接口电路1（即电梯楼层及运行状态数据接口）的输入端口和通信接口电路2（即电梯故障状态接口的输入端口）连接，电梯楼层及运行状态数据接口和电梯故障状态接口的输出端口依次通过光电隔离电路和并行转串行电路与控制芯片连接；控制芯片的输出端口连接有复位及看门狗电路。 

为了保证电梯运行的安全，本模块设计中采用了全光电隔离的设计方案。由于输入输出的信号较多，AT89S52上的端口数量已经不能满足需要，因此电路中设计了并行转串行电路。图6是光电隔离及并行转串行接口电路。 

如图7所示，AT89S52的P0口与外部双口RAM(DS1609)相连接，使得P0口作为地址/数据分时复用线。串行口通过74LS164扩展出6位电子拨码，用作通信接口电路的电子地址。然后通过P2口控制通信接口电路的输入、输出。同时，通信接口电路的输入、输出和电子拨码与单片机相连接的部分，都经过了光耦隔离。使得信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。 

参阅图3数据采集层方案图 

3）使用Modbus通讯协议 

由于目前世界上对于电梯监控来讲还没有统一的通讯协议，经过周密的分析，确定使用Modbus通讯协议。使用Modbus的优点如下： 

（1）Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言，是通用工业标准，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。 

（2）Modbus协议定义了一个控制器能识别使用的消息结构,而不管它们是经过何种网络进行通信的。它描述了控制器请求访问其它设备的过程，如何回应请求，以及怎样侦测错误并记录。它制定了消息域格局和内容的公共格式。 

（3）当在一Modbus网络上通信时，此协议决定了每个控制器要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动。如果需要回应，控制器将生成反馈信息并用Modbus协议发出。在其它网络上，包含了Modbus协议的消息转换为在此网络上使用的帧或包结构。这种转换也扩展了根据具体的网络解决地址、路由路径及错误检测的方法。 

（4）Modbus是OSI模型第7层上的应用层报文传输协议，它在连接至不同类型总线或网络的设备之间提供客户机/服务器通信。 

（5）Modbus是一个请求/应答协议，并且提供功能码规定的服务。即Modbus协议是在一根通讯线上，采用主从应答方式的通讯连接方式。 

（6）由于Modbus是一通用标准，因此通用组态软件包含有Modbus开发接口，很容易实现用户界面。 

Modbus协议的应用为本系统的推广使用奠定了良好的基础。 

如图8所示：所述通讯及系统配置模块由控制芯片P87C591、双口RAM电路、液晶显示器、复位及看门狗电路、RS-485驱动电路、CAN总线驱动电路、Flash存储器及地址编码电路，CPU与RS-485驱动电路、CAN总线驱动电路、Flash存储器双向连接，其中RS-485驱动电路、CAN总线驱动电路的输出端口与监控层的监控主机双向连接，同时，复位及看门狗电路和地址编码器的输出端口与CPU的输入端口连接，CPU的以输出端口与液晶显示器连接。 

如图9所示：本模块中选用了PHILIPS公司的具有片内CAN控制器的P87C591作为主控芯片。P87C591是一个单片8位高性能微处理器，它通过外置CAN驱动器82C250和CAN物理总线相连。CAN控制器的发送缓冲区可保存一帧完整的CAN信息。只要通过CPU启动发送，信息字节就从发送缓冲区传输到CAN内核模块。当接收一个信息时，CAN内核模块将串行位流转换成并行数据输入到验收滤波器，所有由验收滤波器验收的接收数据都保存在接收FIFO中，最多可保存21个CAN信息。这使用户在指定系统的中断服务和中断优先级[时具有更多的灵活性，大大降低了数据溢出的可能性。控制器局域网CAN为串行通讯协议，能有效地支持具有很高安全等级的分布实时控制，CAN的应用范围很广，从高速的网络到低价位的多路接线都可以使用CAN，已形成为一种国际标准的现场总线。 

本模块主要是与监控层中的监控主机进行通讯，本模块中保留了RS-485接口电路，同时设计了CAN总线接口电路。RS-485接口电路的核心芯片使用的是SN65LBC184。具有瞬变电压抑制功能的差分收发器。（如图10所示）SN65LBC184是SN5176行业标准范围内的差分数据线收发器，它带有内置高能量瞬变噪声保护装置，这种设计特点显著提高了抵抗数据同步传输电缆上的瞬变噪声的可靠性。这种可靠性超过了多数现有器件。采用这类电路可提供可靠的、低成本的直连。不带绝缘变压器数据线，接口不需要任何外部元件。 

为了本地显示电梯的运行状态，本模块中加入了LCD1602液晶显示器。可以方便电梯运行与维护人员在机房内观察电梯的运行状态。模块中还设置有二进制拨码开关，以用来设置本系统的ID号。同时，为了提高系统的适应性，本模块在设计时考虑到不同电梯梯型IO地址与各个不同外部输入输出设备的不一致性，加入了一个I2C-Flash存储芯片，用来配置不同型号电梯系统。 

Claims (3)

1.一种基于现场总线的远程电梯监控系统，包括网络用户层和设备层，其特征在于：网络用户层由以太网组成，并通过以太网与监控层连接，监控层的监控主机通过现场总线与数据采集层实现双向数据传输，数据采集层中的每一台REMS下位机连接对应的设备层中的电梯； 

所述数据采集层采用双CPU结构，两个CPU通过双口RAM电路连接，其中一个CPU通过电梯数据采集及控制模块与电梯控制系统连接，另一个CPU通过通讯及系统配置模块与监控层的监控主机连接； 

所述电梯数据采集及控制模块包括一个CPU、双口RAM电路、复位及看门狗电路、电子拨码盘设置呼梯选层及锁梯控制电路、光电隔离电路和并行转串行电路，该CPU的输出端口与电子拨码盘设置呼梯选层及锁梯控制电路连接的输入端口连接，电子拨码盘设置呼梯选层及锁梯控制电路的输出端口通过光电隔离电路与电梯控制系统中的呼梯及锁梯控制接口连接，呼梯及锁梯控制接口向外连接电梯串行通讯线，同时，电梯串行通讯线与电梯控制系统中的电梯楼层及运行状态数据接口的输入端口和电梯故障状态接口的输入端口连接，电梯楼层及运行状态数据接口和电梯故障状态接口的输出端口依次通过光电隔离电路和并行转串行电路与CPU连接；CPU的输出端口连接有复位及看门狗电路； 

所述通讯及系统配置模块包括一个CPU、双口RAM电路、液晶显示器、复位及看门狗电路、RS-485驱动电路、CAN总线驱动电路、Flash存储器及地址编码电路，CPU与RS-485驱动电路、CAN总线驱动电路、Flash存储器双向连接，其中RS-485驱动电路、CAN总线驱动电路的输出端口与监控层的监控主机双向连接，同时，复位及看门狗电路和地址编码器的输出端口与CPU的输入端口连接，CPU的输出端口与液晶显示器连接。 

2.根据权利要求1所述一种基于现场总线的远程电梯监控系统，其特征在于：所述电梯数据采集及控制模块中的CPU采用芯片AT89S52。 

3.根据权利要求1所述一种基于现场总线的远程电梯监控系统，其特征在于：所述通讯及系统配置模块中的CPU采用芯片P87C591。 

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