基于GPRS的電梯RTU監控終端的設計

房啟志，戈永哲，徐宏宇

（沈陽航空航天大學 遼寧 沈陽 110136）

許多電梯現場的控制設備，大部分時間都工作在無人值守狀態，當設備出現故障時如何讓維護人員及時察覺，并能對設備實施遠程重啟以及故障恢復等控制手段就顯得非常重要。目前借助Internet網絡進行遠程故障維護是解決上述問題的手段之一，但是用這種方法解決問題，實現起來技術方案復雜，成本高，同時由于受到網絡覆蓋范圍、上網手段等條件的限制，很難做到隨時隨地無縫地監控遠程設備[1]。GSM移動通信網是目前覆蓋范圍最廣泛的網絡，GSM網絡中的GPRS業務具有傳輸速率高、實時在線、覆蓋范圍廣、按流量計費等特點，不僅可以滿足RTU監控系統實時性的要求，而且節約成本、可靠性高對遠程設備進行故障檢測和控制非常合適[2]。

1 GPRS及組網方式

1.1 GPRS介紹

GPRS（General Packet Radio Service），即通用無線分組業務，是基于GSM網絡上的一種新的數據傳輸技術。GPRS采用分組交換方式，僅在實際傳送和接收數據時才占用無線資源，具有較高的數據傳輸速率[3-5]。GPRS技術應用于遠程數據傳輸系統，具有以下幾個特點：1）永遠在線，接人速度快。用戶可以隨時與無線網絡保持連接，且分組交換接入時間少于1秒，可使遠程數據傳輸的效率大大提高；2）采用數據流量的計費方式。GPRS是一種經濟高效的分組數據技術，用戶只需在傳輸數據時按照流量進行付費，無需像電路交換方式那樣對整個鏈路占用期間都付費。這樣就大大降低了用戶的使用費用；3）支持IP協議。由于GPRS網絡覆蓋范圍廣，且支持TCP／IP協議，從而可以實現與Internet的無縫連接。

1.2 系統組網方式

在本項目中采用中心公網動態IP+DNS解析服務。系統網絡結構拓撲圖如圖1所示，客戶首先要與DNS服務商聯系開通動態域名，監控點先采用域名尋址方式連接DNS服務器，再由DNS服務器找到中心公網動態IP，建立連接。電梯RTU將采集到的各類監控數據按照協議打包，通過GTM900C模塊和移動基站將數據實時發送到GPRS網絡服務商所提供的GGSN （Gateway GPRSSupport Node）服務器上，GGSN服務器分配給GPRS數據采集終端相應的IP地址，從而實現了數據采集終端與Internet的連接，再通過Internet網絡將采集的數據發送到位于監控中心的數據采集服務器。GPRS模塊可以是始終在線的，因此位于監控中心的工作人員可以實時了解到終端設備的工作情況并做出相應的工作指示。

圖1 系統網絡結構拓撲圖Fig.1 Topology diagram of the system network structure

2 系統硬件設計方案

每臺電梯配備一套遠程電梯信息數據采集控制終端和通信終端，通信終端通過GPRS網絡與遠程控制中心相連接。電梯數據信息采集控制終端負責采集控制電梯相關作業信息并將數據自動上報至監控管理中心。監測信息有1.電梯運行信息狀態：駐停、檢修、消防、司機、自動、當前運行方向、層站、急停回路、門聯鎖回路、門狀態、載荷、平層以及回傳控制柜所能檢測的故障碼[6]。系統硬件組成框圖如圖2所示，電梯信息采集處理器以C8051F060為核心。Silicon Lab的C8051帶有SoC色彩，集成了嵌入式系統的許多先進技術。C8051F060速度可達25MIPS，具有4 352字節內部數據RAM；59個通用I/O，可同時使用兩個UART串行端口和CAN2.0總線接口。

圖2 RTU硬件結構框圖Fig.2 Structure diagram of the RTU hardware system

2.1 GTM900C驅動編寫

GTM900C模塊是采用AT指令集進行控制的，采用AT指令集可以實現模塊參數的設置以及數據的發送與接收。AT指令集是調制解調器通信接口的工業標準，指令由ASCII字符組成，除“A/”、“+++”指令外，所有指令都是以“AT”開頭，以<回車><換行>結束，絕大多數指令被執行后都有返回參數[7-8]。該部分驅動編寫主要是利用串口中斷和AT指令實現，模塊初始化及TCP/IP鏈接流程圖如圖3所示。

圖3 模塊初始化及TCP/IP鏈接流程圖Fig.3 Flow chart of module initialization and the link of TCP/IP

驅動開發時應注意以下幾點：1）可以設置讀超時，如果對方不能正常響應，則系統會認為與對方通訊失敗。2）如果對方成功響應，那么還需要對對方相應的信息進行判斷，確定串口數據流中的哪些信息是相應自己AT指令的數據。一般地，期望的響應都有一定的特征信息，可以通過判斷相應的數據是否包含特征信息來判斷。3）即使對方能夠成功響應，有時候對方對指令的處理需要一定的時間，這時候并不能通過一個read函數將所有的相應數據都讀回。因此就需要將每次讀回的數據緩存起來，然后不斷的讀取數據，直到期望的特征數據出現為止。4）在不斷的讀取數據時，應該在每次讀取之間sleep一小會，以保證下次盡量能夠讀到數據。

2.2 通信協議

電梯監控終端提供給監測中心的信息內容包括：電梯號、電梯狀態運行方向、所在樓層、載荷、檢修/自動、消防、急停回路、門聯鎖回路、門狀態、變頻器故障狀態、正常/超載、自動/檢修、開門/關門電等。通信協議共5字節，包頭為1字節、數據內容3字節、校驗1字節。數據內容Byte2-4具體表示如表1所示。

采用通信包頭與數據內容按字節求和取反加1作為校驗字節。監控中心收到數據后按字節相加如果結果為全0則認為接收數據正確。

表1 數據內容Tab.1 Contant of data

3 結束語

該系統可以實現對區域內電梯運行狀況進行統一控制和協調管理。底層采用工業標準的通信技術，通過GPRS技術獲得電梯的實時運行信息從而使監控人員能夠對信息進行分析和處理[9-10]。基于GPRS的電梯RTU主要可以實現以下幾類功能。

1）能夠對緊急情況實施快速處理。由于RTU是實時監控電梯運行狀態并將數據實時上傳，這樣電梯發生故障后電梯會將各類故障信息自動上傳至監控中心，監控中心可以根據電梯故障信息準確定位故障原因并通知維保人員立即維修。

2）每部電梯的實時運行數據都會上傳至監控中心，監控中心可以為每部電梯建立運行數據庫，利用電梯專家系統可以以對每部電梯進行診斷分析。監控系統也可以對每部電梯的歷史運行情況、歷史故障情況及維修及保養記錄進行統計分析并統一管理。

隨著電梯技術的開發研究，電梯遠程監控系統作為技術服務及市場競爭的重要手段，已經從幕后走向了前臺。因為此研發技術先進且成本低廉所以遠程電梯監控系統是非常必要的，本系統具有穩定性好，可靠性高具有很好的推廣價值。

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