基于PLC與GPRS的電梯遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)

中國礦業(yè)大學(xué) 曹金聲 李華清 潘可欣 馬草原 楊宇哲

0 引言

隨著人們生活水平的提高，電梯已經(jīng)成為日常生活中廣泛使用的一種代步工具。在高層建筑中，電梯作為一種非常關(guān)鍵的垂直運(yùn)輸工具，由于大多數(shù)電梯采用PLC與繼電器控制，很難做到遠(yuǎn)程監(jiān)測，如果發(fā)生了一些故障，也難以做到及時(shí)排查，影響人們的生命財(cái)產(chǎn)安全[1]。為了提高電梯的安全性與舒適性，滿足人們的生產(chǎn)生活要求，設(shè)計(jì)了一款電梯遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)。本文查閱了相關(guān)文獻(xiàn)，在西門子S7-200 SMART型號(hào)PLC的基礎(chǔ)上，利用可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信的GPRS模塊，對(duì)傳統(tǒng)電梯控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能，并將部分設(shè)計(jì)思路以及梯形圖加以說明，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該電梯遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)具有較好的可行性[2]。

1 傳統(tǒng)電梯的缺陷

我國目前廣泛應(yīng)用的電梯大多是曳引式電梯，曳引式電梯由很多部分組成，從硬件角度而言，曳引式電梯主要由轎廂、對(duì)重、曳引繩、導(dǎo)向輪、曳引電機(jī)以及減速機(jī)構(gòu)組成。轎廂是乘客登梯的重要工具，在電梯實(shí)際運(yùn)行的過程中，由曳引電機(jī)控制導(dǎo)向輪，導(dǎo)向輪的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)曳引繩，曳引繩兩端固定著轎廂與對(duì)重，轎廂與對(duì)重會(huì)在曳引繩的作用下產(chǎn)生不同的牽引力，從而實(shí)現(xiàn)轎廂上行與下行的運(yùn)動(dòng)[3]。如圖1所示，其中，1-曳引電機(jī)，2-減速機(jī)構(gòu)，3-導(dǎo)向輪，4-曳引繩，5-轎廂，6-對(duì)重。

圖1 電梯結(jié)構(gòu)示意圖

對(duì)于現(xiàn)在常用的電梯而言，故障排查不及時(shí)是存在的最大隱患，雖然電梯有定期的維護(hù)與保養(yǎng)，但是難以做到面面俱到，從而使電梯存在著潛在的威脅[4]。倘若能夠?qū)LC的每個(gè)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋，那么就可以知道電梯運(yùn)行的狀態(tài)，對(duì)可能發(fā)生的故障進(jìn)行排查與解決，也可以對(duì)電梯主控模塊正在進(jìn)行的每個(gè)事件進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋，實(shí)現(xiàn)同步數(shù)據(jù)監(jiān)控。

2 硬件結(jié)構(gòu)搭建

該電梯遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示，下面開始介紹每個(gè)模塊的功能：

圖2 監(jiān)測系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

PLC是我國大部分電梯運(yùn)用的主控模塊，全稱可編程邏輯控制器，是一種適用于工業(yè)環(huán)境下的數(shù)字運(yùn)算操作設(shè)備，本文采用西門子S7-200 SMART型號(hào)PLC，其具有體積小巧、傳輸速度快、網(wǎng)絡(luò)通信、功能完善、可靠性高的特點(diǎn)，是一款性價(jià)比較高的小型PLC。開發(fā)者可以利用它實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、數(shù)字運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，適合運(yùn)用在電梯等工作環(huán)境較差的場合。

GPRS全稱為通用分組無線服務(wù)技術(shù)，是一種采用分組交換技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸方式，屬于移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的一種，它以封包的方式傳輸數(shù)據(jù)，與以往在頻道傳輸數(shù)據(jù)的方式不同，GPRS技術(shù)不用承擔(dān)頻道的費(fèi)用，而是以傳輸?shù)膯卧獊碛?jì)算，因此價(jià)格較為便宜，在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用也較為廣泛。GPRS是一種介于2G和3G之間的技術(shù)，因此GPRS也被稱為二代半（2.5G）技術(shù)。市面上的GPRS模塊種類較多，一般的GPRS模塊具有以下3個(gè)特點(diǎn)：傳輸速率高；永遠(yuǎn)保持在線，不存在掉線問題[5]；只在產(chǎn)生通信流量時(shí)計(jì)費(fèi)，其他情況不會(huì)計(jì)費(fèi)。因此也廣泛地應(yīng)用于遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)的場合。

在綜合考慮模塊的質(zhì)量、價(jià)格和實(shí)用性以后，本系統(tǒng)選用SIM800C GPRS模塊，要想實(shí)現(xiàn)GPRS模塊傳輸數(shù)據(jù)的功能，必須準(zhǔn)備一張已經(jīng)開通短信業(yè)務(wù)與GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的SIM卡，并將SIM卡正確插入卡槽中。為GPRS模塊接上GSM天線，將模塊與PLC正確連接，在這里需要注意的是，PLC 提供的是RS485接口，而GPRS模塊提供的是RS232接口，因此我們需要一個(gè)485轉(zhuǎn)232的接口轉(zhuǎn)換器，從而實(shí)現(xiàn)PLC與GPRS模塊的連接與通信，如果我們使用GPRS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，則需要添加獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫，本系統(tǒng)選擇OneNET移動(dòng)平臺(tái)，OneNET平臺(tái)是一個(gè)免費(fèi)的物聯(lián)網(wǎng)開放平臺(tái)，它技術(shù)先進(jìn)，平臺(tái)穩(wěn)定可以提供遠(yuǎn)距離傳輸數(shù)據(jù)信息的功能。

3 搭建軟件結(jié)構(gòu)

在系統(tǒng)硬件部分搭建完成之后，我們需要使用PLC發(fā)送AT指令重置GPRS模塊，使GPRS模塊連接到公共網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，在連接服務(wù)器的過程中，必須輸入正確的端口號(hào)與IP地址，同時(shí)服務(wù)器一定是公網(wǎng)IP。[6]功能模塊的連接方法有很多，其中較為常用的有TCP和UTP兩種，由于GPRS網(wǎng)絡(luò)帶寬較窄，延遲較大，不適于采用TCP協(xié)議進(jìn)行通信。而采用UDP協(xié)議無連接方式傳輸，其優(yōu)點(diǎn)是效率高，適合小流量通信，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬資源。所以，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇UDP連接方法，使模塊成功以UDP方式連接到OneNET移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。重置過程如下：

（1）AT+CGCLASS="B"。將模塊工作類型為B類，使終端支持包交換與電路交換模式。

（2）AT+CGDCONT=1,"IP","CMNET"。設(shè)置命令定義PDP 上下文參數(shù)為1。運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，接入點(diǎn)為"CMNET"。

（3）AT+CGATT=1。設(shè)置模塊附著GPRS業(yè)務(wù)。

（4）AT+CIPCSGP=1,"CMNET"。設(shè)置功能模塊響應(yīng)GPRS鏈接并設(shè)置接入點(diǎn)為"CMNET"。

（5）AT+CLPORT="TCP","2000"。即設(shè)置功能模塊的TCP通信的本地端口號(hào)是2000。

（6）AT+CIPSTART="TCP","183.230.40.33","80"。建立與OneNet移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的TCP連接。

（7）AT+CIPSEND。開始數(shù)據(jù)透明傳輸。

（8）0x1A。數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束標(biāo)志。

GPRS功能模塊在初始化以后不用重復(fù)設(shè)置，即在第一次設(shè)置完成后，不管模塊是否掉電也無需重新設(shè)置，因?yàn)榭梢灾苯影l(fā)送連接命令實(shí)現(xiàn)重置。圖3所示即利用PLC重置GPRS模塊的梯形圖程序：

圖3 PLC重置GPRS模塊的梯形圖程序

在本電梯遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，我們通過http協(xié)議將GPRS模塊接收到的數(shù)據(jù)信息發(fā)送給OneNET平臺(tái)。用http協(xié)議發(fā)送數(shù)據(jù)信息操作相對(duì)容易，所需發(fā)送的數(shù)據(jù)信息使用post指令就能放送至平臺(tái)。但是，http協(xié)議傳輸屬于一次性傳輸，每次數(shù)據(jù)傳輸成功服務(wù)器會(huì)自動(dòng)停止，所以再一次信息數(shù)據(jù)傳輸需要重新重置模塊使其和OneNET平臺(tái)重新建立TCP連接。由于控制器具有循環(huán)掃描的特點(diǎn)，因此，只需對(duì)指令的發(fā)送做好延時(shí)，便可以實(shí)現(xiàn)不停地建立連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)連續(xù)的傳輸。GPRS控制器的數(shù)據(jù)傳送部分的梯形圖如圖4所示：

圖4 數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶菪螆D程序

4 結(jié)束語

本文主要利用PLC與GPRS模塊，經(jīng)OneNET物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，設(shè)計(jì)了一套電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，經(jīng)實(shí)際測驗(yàn)可得出結(jié)論，該系統(tǒng)可以對(duì)電梯可能發(fā)生的故障進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋，做到遠(yuǎn)程報(bào)警，大大提高了電梯系統(tǒng)的安全性，具有很大的應(yīng)用價(jià)值。

[1]周樺.電梯PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].電子科技大學(xué),2012.

[2]廖常初.PLC編程及應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工程出版社(第二版),2005.

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[5]王亞婷.基于GPRS的電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].南京理工大學(xué),2013.

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