自動化電梯控制系統故障遠程診斷研究

甄志鵬

[摘 ? ?要 ]針對電梯的安全檢查主要以人工為主，實行電梯技術人員負責制，由專門的電梯技術人員對其進行安全檢查及保養。這種檢查方式帶來的結果是檢查效率低下，并且電梯技術人員的工作量大，素質參差不齊，難免疏忽一些安全漏洞，通過獲取電梯傳感器的信息并依據電梯監控視頻信息，對電梯進行自動化的遠程安全診斷，對提升電梯運行安全性十分重要。

[關鍵詞]自動化電梯;控制系統;遠程診斷

[中圖分類號]TP273 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）06–00–02

[Abstract]The safety inspection of elevator is mainly manual， the responsibility system of elevator technicians is carried out， and the safety inspection and maintenance are carried out by special elevator technicians， but the result of this inspection is that the inspection efficiency is low.

[Keywords]automated elevator; control system; remote diagnosis

本文主要介紹一種智慧型電梯控制系統，該系統主要通過PCC對電梯的運行過程進行控制，將電梯內的動態畫面利用遠程高清攝像頭進行監控，將底層的電梯運行信息利用網口、GPRS傳感器以及無線網絡共3種網絡通信綜合傳輸給云端遠程控制平臺，由云平臺綜合各種底層信息、電梯運行信息對電梯的故障診斷結果進行智能化判斷，以優化故障判別結果的客觀性。

1 自動化電梯系統功能設計

該系統的電梯升降操作過程主要基于PCC系統控制下的控制電機完成，PCC在電梯控制系統中發揮著類似于人類大腦的作用，可接受各層站的上呼與下呼信號、樓層的指令信號以及轎廂的置位號，并且可以判斷電梯的運行方向，當轎門關閉，PCC將信號發至電梯專用變頻器，使其產生速度曲線，驅動電機工作。電機在運作后PCC可對其電壓、電流以及轉速和方向進行實時監控，以實現控制電機運行。該系統配備有存儲電梯運行數據的完備數據庫，可以將ARM控制器所傳送的電梯運行數據以日記的方式進行存儲，對于出現視頻異常的數據內容將其單獨分類存儲，對其進行故障診斷與消息通知;電梯使用用戶可以通過官方APP及時查看云端發送的故障診斷信息與請求，及時接收警告信息，在警告信息中應附加電梯運營方發送的操作建議及警告指令;該系統的用戶分為管理員與普通用戶兩個層面，普通用戶可查詢電梯的基礎運行信息，如電梯是否出現故障等，而管理員可以查詢電梯的基礎運行數據以及故障信息，以便對電梯的運行數據進行深入地挖掘與分析，以便對可能出現的電梯故障進行預判與診斷，最后將實時預知結果及時發送給云端電梯的管理界面中。上述自動化電梯系統功能設計框架如圖1所示。

2 自動化電梯控制系統硬件設計

2.1 系統硬件總體架構

該系統硬件設備主要可分為3大部分，即智能化遠程監控管理平臺、全程嵌入式自動控制系統以及PCC控制系統，全程嵌入式自動控制系統又分別由以ARM系統為基礎的嵌入式控制系統與以IP攝像頭為硬件基礎的電梯運行狀態行為異常識別系統構成，其中PCC系統在整個自動化電梯控制系統中發揮著重要作用。

2.2 智能化遠程監控管理平臺

在構建該平臺時，需要在滿足系統基本性能的基礎上，依據實際的市場價格情況、可獲得情況選擇上述3種通信方式的相應核心器件。具體選擇內容如下：①將USR-K3串口轉接以太網模塊部署在網口通信處，作為其核心器件，USR-K3使用了基于TI的Coetex-M4的內核，具有較強的性能，并且價格合理，是一種廣泛應用于工業生產、能夠同時滿足多種功能的超級網口，可以完整實現TTL串口同以太網之間的雙向規則透明傳輸，全方位地滿足在電梯運行及維護的工業現場所需的網口通信需求。②遠程無線通信方式所選的核心器件為USR-C322，該器件主要采用基于TI的CC3200方案，在運行頻率方面可達80 MHz，并且該器件能夠支持雙串口以及三方鏈接，并且該器件無論是在耗能還是在運行效果方面都有著較好的性能，USR-C322的在網待機時功耗可低至3.5 mA，而深度休眠時的功耗則更低達到25 uA，在USR-C322的支持下，可以使電梯的底層控制器件同云平臺之間實現高質量、速度迅速的通信效果。③GPRS地理信息模塊的核心器件主要為嵌入式的無線數據傳輸模塊USR-GPRS232-7S3，該模塊能夠同時支持所有主流運營商，并且可選擇2G、3G、4G互聯網流量模式。

在選擇相應的網口、無線網絡以及GPRS地理信息共3種網絡通信方式后，需要根據選擇結果配備并設計相應的硬件電路，從而為互聯網云平臺與嵌入控制系統之間的穩定通信提供保障。USR-K3型號的網口總共配置了16個引腳，其需要的外部供電電源為3.3 V，并且其串口收發部分以及LED指示燈處都配備了與外部供電電源相匹配的3.3 V電平，省略了網口與ARM控制器之間的電平匹配過程。在選擇無線網絡通信方式并以USR-C322作為其核心器件時，總共可達45個引腳，并且可以將外部物理設備及時拓展連接到無線網絡上，高效實現對物聯網系統的管理及控制。GPRS通信方式的核心器件主要為SR-GPRS232-7S3，該器件可以通過串口實現與互聯網及GPRS地理信息通信方式之間數據互傳的功能，但是該器件具有一定的局限：其電壓與無線網絡通信方式及網口通信方式不同，需要匹配的供電電壓為5～16 V，所以需要加設供電電路，其GPRS通信方式網絡結構如圖2所示。

2.3 智能化嵌入式控制系統硬件設計思路

在完成電梯基礎運行平臺與云端平臺的信息交互環節中，以ARM為基礎的智能化嵌入式系統十分重要，據此，根據智能化電梯控制系統的總體功能要求與各分部功能要求，需要對比市場上已有的多類型ARM控制器的總體性能以及功耗情況，在多方對比上述條件后，選擇STM32F429IGT6實現對本系統的控制，將其作為本系統的主控芯片。其次，需要圍繞STM32F429IGT6主控芯片對本系統的最小系統、外部電源外接模塊、子通信系統模塊以及接口電路方式進行系統化設計。

2.4 基于PCC控制系統的硬件設計思路

電機模塊、限位開關與光電開關等主要由PCC進行控制，基于PCC的控制系統可以同電梯的機械結構進行信息交互。電梯的電機模塊可控制電梯的運行情況，限位開關可以檢測轎廂底部的地板位置，而觀點開關則可檢測電梯轎門的正常開關情況。在該系統對各項指標要求及所控節點數量要求的基礎上，對比多家品牌的PCC，綜合性價比及性能因素，最終選擇PCC的型號為CP1E-N60。

3 自動化電梯控制系統軟件設計

該系統的軟件設計主要由遠程監控管理系統、智能化嵌入式控制系統以及PCC控制系統的軟件設計構成，其軟件設計的實現流程如圖3所示。

3.1 遠程監控管理系統軟件設計思路

用戶可以通過云平臺在此軟件系統上發送信息，并且該系統可以通過云端接收用戶發來的電梯運行情況以及電梯限位開關的運行情況，將上述信息與ARM控制器中電梯的運行狀態進行對比，并將系統自動對比、診斷得出的控制信息發送給ARM控制器部分。電梯的正常運行日記以及診斷情況都會以規定格式存儲在云平臺系統中，以備后續的挖掘與分析，從而為電梯的故障診斷提供支持。

3.2 智能化嵌入式控制系統的軟件設計思路

該部分主要由以ARM為基礎的智能化嵌入式控制系統與以PCC為基礎的電機轉速控制系統構成，以便對信息進行采集。基于ARM的智能化嵌入式系統能夠起到對系統所收集的信息進行中轉的作用，同時，可以接收以PCC為基礎的電機轉速系統所傳輸的電梯控制命令。在通信方式的選擇方面，該部分的軟件設計主要基于HTTP協議方式，并通過CJSON數據格式進行數據的傳輸與接收。

3.3 PCC控制系統軟件設計思路

通過該系統的軟件部分可以實現與電梯用戶間的信息交互，在軟件平臺的設計過程中要時刻將電梯用戶的安全情況放在首位，在發生運行故障時，應及時暫停系統的運行，以便防止用戶因系統安全而造成使用隱患。

4 結束語

本文設計了一套系統化的智慧電梯控制系統，該系統可以智能化運行，輔助人工控制，可實現對電梯運行情況的監控、電梯故障的云端診斷以及電梯安全隱患檢查等多種功能。電梯用戶可通過云端平臺與電梯管理人員進行交互，而基于云平臺，普通用戶可以查詢電梯運行狀態信息及管理員通告，管理人員可以對內部數據進行分析與挖掘。該系統在提升電梯的智能化水平以及加強電梯的安全隱患檢查力度方面具有一定的意義。今后的研究中將繼續關注對該系統可靠性的提升。

參考文獻

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