電梯運行狀態遠程監控軟件的設計*

□ 張春娟 □ 巫濤江,2 □ 余曉毅,2 □ 郭松梅 □ 尹勁松

1.重慶能源職業學院 重慶 402247 2.電梯智能運維重慶市高校工程中心 重慶 402260

1 設計背景

隨著電梯的廣泛應用,電梯的故障和安全隱患愈發引起人們的重視[1-5]。對于各種大型室外觀光電梯或者礦用電梯而言,由于鋼架結構獨立安裝于轎廂外部,對鋼架結構的應力、導軌的位移進行智能遠程安全監測[6-7],以保證電梯的安全運行十分有必要。光纖光柵傳感器具有準分布式檢測、體積小、可靠性好、靈敏度高、可遠程傳送等優勢[8-9],基于光纖光柵傳感網絡的監測系統已應用于鋼架結構電梯的安全監控。針對該傳感網絡監測系統,筆者設計了相應的電梯運行狀態遠程監控軟件。這一軟件可以根據光纖光柵傳感器布設情況,在專業界面上自主設置和布局傳感器的類型、數量、連接方式,實時顯示相應監測點的應力、位移、溫度,為電梯的安全運行提供大數據支撐。

2 軟件功能

電梯運行狀態遠程監控軟件基于面向電梯鋼架結構現場的光纖光柵傳感網絡設計,設置于電梯運維監測中心的上位機。整個電梯遠程監控系統如圖1所示。監控現場的光纖光柵傳感網絡由準分布式光纖光柵應變傳感器和準分布式光纖光柵位移傳感器構成,采用空分復用+波分復用的方案,通過多通道信號解調儀解調各個傳感節點的波長漂移數據,通過以太網端口實時詢問和接收來自多通道信號解調儀的波長漂移數據,由軟件快速解算出相應監測點的應力、位移、溫度,同時支持數據存儲、歷史數據查詢等功能。

3 軟件架構

電梯運行狀態遠程監控軟件架構分為三層,如圖2所示,分別為數據訪問層、邏輯控制層、表示層。數據訪問層的功能是向多通道信號解調儀發送命令,接收多通道信號解調儀的數據流。這些命令及數據流包含基礎狀態、基礎配置、光柵配置、光柵屬性、接收數據記錄、歷史數據等。邏輯控制層是上下層鏈路的邏輯通道,功能是完成軟件功能的模塊化,包括波長解析算法、頻率解析算法、溫度解析算法、應力解析算法、位移解析算法、報警數據分析等,實現數據讀取、配置讀取、數據保存、配置保存等功能,并負責訪問軟件的數據庫。表示層為軟件的用戶接口,包括專業用戶接口和普通用戶接口。操作人員可以在專業用戶界面設置軟件的相關參數和配置,從模擬環境模塊中導入實際的傳感網絡配置圖,并設置傳感網絡中各類傳感器的拓撲結構、布局、具體參數,通過光譜模式實時查看某個通道中某個傳感器的光譜,進行頻率監控,完成傳感器的故障診斷及定位。普通用戶可以通過普通用戶接口直觀地觀察傳感器網絡拓撲、各種統計信息,以及各個傳感器實時輸出數據曲線的變化。

▲圖1 電梯遠程監控系統

▲圖2 電梯運行狀態遠程監控軟件架構

4 通信協議及命令格式

上位機軟件與多通道信號解調儀通過以太網接口進行數據傳輸,通信接口為 100 Mbit/s以太網接口,協議類型為用戶數據包協議,模塊網絡地址為192.168.0.19,上位機網絡地址為192.168.0.**。

根據多通道信號解調儀的硬件通信協議格式,上位機查詢動態光纖光柵解調儀的序列號設計為0x10 0x03 0x06 0x00,解調主機回傳命令格式見表1。其中,序列號為256×256×256×0xX1+256×256×0xX2+256×0xX3+0xX4。設定掃描頻率起點位置1004HHLL為196250-(0xHH×256+0xLL),掃描步長1005HHLL為0xHH×256+0xLL,掃描頻率終點位置1006HHLL為196250-(0xHH×256+0xLL),讀取原始模數數據步長1007HHLL為0xHH×256+0xLL。

表1 解調主機回傳命令格式

5 軟件工作模式

根據電梯運行狀態遠程監控軟件的界面工作模式需求,設計上位機的工作模式命令為102006XX。軟件分為循環掃描、調試、連續掃描讀模數、停止掃描命令四種工作模式。循環掃描命令為10200601,默認以1 kHz頻率掃描,1 kHz頻率連續傳送解調頻率值。調試工作命令為10200602,讀取一次解調頻率和模數值。連續掃描讀模數命令為10200604,以1 kHz頻率連續讀模數值,將原始模數數據步長設置為20 GHz。

在循環掃描工作模式中,模塊收到命令后,開始循環掃描,每掃描一個周期,通過網口向上位機發送頻率數據包,每個周期為1 ms,信號頻率為(X1×65 536 +X2×256+X3)/10。

在調式工作模式中,模塊收到命令后,掃描一個周期,然后分兩包發送八個通道的頻率數據和模數數據。第一包和頻率數據包相同,共530個字節,關鍵字為1001,信號頻率為(X1×65 536+X2×256+X3)/10。之后有兩個字節關鍵字1005,每個通道數據前有兩個字節通道號0x000xXX。再之后是對應通道模數數據,數據長度為5101/模數數據步長。

在連續掃描讀模數工作模式中,模塊收到命令后,循環掃描,然后發送八個通道的模數數據。數據包頭有兩個字節關鍵字1004,每個通道數據前有兩個字節通道號0x000xXX,之后是對應通道的模數數據,數據長度為5101/模數數據步長。

6 運行效果

電梯運行狀態遠程監控軟件包括面向專業維保人員的專業界面和面向遠程監控室普通操作人員的用戶界面,如圖3所示。專業界面包括系統設置、器件參數、模擬環境、光譜模式等主要模塊。系統設置模塊用于設置軟硬件的網絡運行條件,測試網絡數據傳輸特性。器件參數模塊用于配置現場環境中光纖光柵傳感網絡每個傳感器的類型、標定參數、初始參數,設置報警閾值等。模擬環境模塊用于專業人員對系統進行調用。通過專業界面左側列表可以從外部直接導入現場環境的二維或三維模型,進行初始化,然后在現場環境的二維或三維模型子界面鋪設、刪除傳感器。專業界面右側子界面可供專業人員實時監控各個監測通道的傳感器輸出數據和報警信息,提供每個通道中每個傳感器實時監測數據的歷史查詢功能。專業界面設置和正常運行之后,可以通過左側列表的畫面展示進入面向遠程監控室普通操作人員的用戶界面。用戶界面可以實時顯示每個傳感器的功能、狀態、輸出的最終監測數據曲線,同時顯示監測時段內的統計結果,如傳感器異常、報警次數、異常時間等。

7 測試結果

為測試電梯運行狀態遠程監控軟件的可靠性和穩定性,采用四層電梯鋼架模型,通過波分復用方式分別串接三個光纖光柵應變傳感器和三個光纖光柵位移傳感器,采用貼裝方式安裝于電梯鋼架結構上及電梯導軌和鋼架之間。將電梯運行狀態遠程監控軟件通過后臺接入電梯大數據運維平臺,實時上報監測信息和數據。軟件與電梯大數據運維平臺同步運行1個月,結果表明,當電梯各監測點應力、位移、溫度超過設定閾值后,軟件報警響應時間短于1 s,且電梯大數據運維平臺能夠根據歷史數據進行維保分析。連續測試1個月,電梯運行狀態遠程監控軟件表現出良好的魯棒性。

▲圖3 電梯運行狀態遠程監控軟件界面

8 結束語

筆者設計了電梯運行狀態遠程監控軟件,開發了相應的軟件架構和基于用戶數據包協議的數據結構、命令,以及相應的專業界面和用戶界面。這一軟件具有直觀、功能齊全、可編輯、操作方便等優點,可提供報警設置、歷史數據查詢、故障統計等功能。通過與電梯大數據運維平臺同步運行、調試和測試,表明電梯運行狀態遠程監控軟件效果良好。