基于物聯網技術的提升機遠程監控系統

摘 ?要：傳統的提升機采用接觸器式電控方式，沒有對提升機實行監測控制，無法和其他控制系統進行數據采集和集成控制。基于此，本文介紹一種新型提升機，其遠程監控系統主要由4個部分組成：提升機附加多組傳感器、以單片機為控制核心的電控柜、前、后端服務器和移動端監控APP。利用傳感技術、網絡通信技術并構建軟件體系，使得用戶可以通過前端網頁進行提升機運行數據的查詢和遠程控制。通過將多臺提升機連入物聯網，在進行監測和控制的同時還可以收集存儲運行數據，可以進行事后的性能分析、售后優化、遠程維護等功能。結果表明，該系統可自動運行，能夠完成檢測和控制功能，收集的數據可供統計分析，優化提升機性能。

關鍵詞：提升機;物聯網;遠程控制;數據庫;JAVA;單片機

中圖分類號：TU756 ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? 文章編號：2096-6903（2021）03-0000-00

1背景

近年來，我國建設發展迅速，提升機設備已被廣泛應用于建筑、火電、化工、風電、船舶等多個領域。提升機主要分為卷揚式和爬升式兩種，本文主要針對爬升式涉及的領域和使用場景進行相關開發和研究[1-3]。在高空作業方面，爬升式提升機可搭載工作人員，可見提升機的正常運行直接影響到工程質量和生產人員的安全[4];在火電、化工方面，提升機主要應用于鍋爐檢修，鍋爐檢修現大多以人工檢修為主，人身安全至關重要。其他方面，提升機使用也日益增加。目前的提升機保護系統存在如下缺陷：（1）只能被動保護，無法提前預知問題，沒有預警能力;（2）無法做到故障追憶和數據上傳，生產廠家無法針對問題進行設備升級改進;（3）出現問題只能現場控制，而現場控制會受到技術和現場條件的雙重制約。

隨著物聯網理念的興起和相關技術的成熟，建立一套基于物聯網的提升機檢測與控制系統[5]。將提升機納入網絡，工作人員就可以同時對多臺設備進行實時監測，根據數據的走勢提前發現潛在的危險，并在必要時通過現場授權進行遠程控制;生產的各大廠商可以調取歷史運行狀態記錄和故障數據記錄，對提升機出現的故障進行針對性的維護，大大提高了提升機各種運行的管理效率和運行可靠性。如利用物聯網還可以搭載攝像頭，對鍋爐內部先遠程查看，或者工作人員佩戴無屏幕的智能頭盔與遠程云維護專家系統進行通訊，實現多方位協作。

2項目架構

提升機檢測與控制系統通過自主環境交互的智能體基于物聯網軟件結構體系實現，物端的智能體有三個層次：物理層、感知控制層和應用層：（1）物理層包括采集提升機當前運行狀態的傳感器、控制開關量的電磁繼電器和其物理模型;（2）感知控制層包括單片機芯片、數據整合處理和故障在線分析的感知控制模型;（3）應用層包括提供向云端可供解析應用需求的接口，為管理層提供檢測的客觀數據，選擇需要的、合理的決策應用模型。在程序組成上包括單片機底層嵌入式系統、多重數據庫、TCP服務器和Web服務器[6]。通過數據的交互分析，采用神經網絡算法，形成自適應智能診斷系統。（如圖1）

2.1高效的數據采集系統

該系統分為芯片、程序和硬件三個層面。芯片級采用STM32M3系列中的F103型號，系統的最底層，也就是單片機的運行主程序，是通過使用C語言來編寫的，具有較強的開發性。通過單片機開發的程序負責收集各類傳感器采集的信號，然后將信號處理并打包并通過芯片的網絡通信模組發送出到相關通道[7]，硬件多以開發或選擇低功耗元器件。（如圖2）

2.2TCP服務器

處理MCU發送過來的數據，將有效數據存入數據庫中，另外可以進行實時監測數據庫，維護數據庫的安全，使用java語言搭建整個系統。在服務器后端邏輯的構建中。TCP服務器大多以后臺服務的形式存在。

2.3Web服務器

Web服務器與客戶直接交互，窗口程度高，具有較好的直觀性和操作性;使用者通過直觀網頁獲取設備的運行信息。網頁服務器的前端使用的是xml、html和CSS樣式文件三種組合的形式搭建可視化網頁，后端使用JavaScript語言編寫邏輯。

2.4MySQL數據庫

數據庫中存在多張數據表，包括各種設備的信息表，對于同一數據表，TCP服務器和Web服務器可以共同訪問并操作設備的數據表，另外為了保證數據庫的安全和整潔，需要在TCP服務器中進行定時清倉工作，將過于久遠的數據和重復數據刪除。利用基礎的“更刪改查”四種方式SQL語句實現對數據庫的所有操作，保證數據的準確性。

3 數據路徑分析

任何一個工業控制系統的運轉，其根本原理都是對數據進行一系列操作：從無到有實現對傳感器各類信息的采集、對數據進行指定協議的封裝、將數據包遠程發送到處理中心、對數據包進行解析、將數據存入庫中、管理數據庫、將數據庫中的數據取出并展示到相關頁面。通過對數據的傳輸路徑的掌控，就可以描述遠程監控系統運作方式：

3.1數據采集

使用傳感器的模擬信號，對提升機運行或者停止時的參數進行采集，然后收集提升機運行或者停止時的數據，通過單片機程序判斷控制，可以準確把握提升機的工作狀態，從而對提升機進行維護。

（1）單片機中利用GPIO上升和下降進行檢測，對開關量進行有效的控制。（2）傳感器模擬量的數據采集，需要用到單片機相應的引腳功能，包括串口通訊、AD通訊、SPI通訊和GPIO通訊。

3.2數據處理

將采集到的所有的數據根據已經制定好的TCP或UDP數據協議進行打包，一般來說，封裝數據包之前嵌入式系統應當對數據做一次檢查，起到一次預警的作用。經過信號處理后，傳輸到STM32，芯片，通過數據處理，實現可靠的工業互聯。（圖3）

3.3數據通訊

數據包需要通過網絡遠程發送到處理中心，處理中心可以是一臺電腦、一臺云服務器或是一個后端接口。使用的通信方式可以是RS232/485有線傳輸、無線藍牙、wifi、網絡傳輸，其中遠距離傳輸只能使用網絡傳輸，網絡傳輸又包括2、3、4G，工業物聯網中使用較多的還有NB-Iot傳輸，和未來的5G傳輸。

3.4數據的入庫

利用B/S或C/S搭建服務器系統，使用云服務器或者固定服務器接收到數據包之后，后臺服務器根據協議反向解析數據包的含義，并將提取出來的數據存入MySQL數據庫，最后轉成我們需要的可視化窗口，展示給我們，讓我們了解相關提升機信息。

3.5數據調取和展示

通過在云端部署的服務器或者搭建好的固定服務器都可以實現數據段和云端的同步通訊交換，保證數據穩定和安全。在一些大型的項目中，一個云服務的處理能力可能已經無法滿足要求了，這時就需要分服務器。網頁服務器向云端的服務器數據庫發送后端請求來調取數據庫中的某條或多條數據，這樣就實現了數據的展示，從而實現遠程監控的目的[8，9]。

4提升機遠程監控系統實施效果

4.1提升機實施系統

通過上述研究開發可知，提升機遠程監控系統，采用嵌入式供電：實現穩定、低耗供電;遠程監控：底層嵌入式系統和服務器實時并發管理：提高提升機遠程監控系統管理效率。

4.2提升機實施效果

（1）通過維護人員對提升機進行針對性檢測，不僅極大地節約定期維護時間，提升設備的有效運行時間，還能夠根據設備的運行狀態自動給出設備的運行維護周期和維護要點，實現對設備運行的智能化檢測控制。

（2）遠程操作系統對高空作業設備實現遠程控制，可以方便管理、簡化檢修維護步驟、提高設備運行容錯率。由此可見，在高空作業工作平臺上搭載遠程控制系統，既是該行業的主要發展趨勢，也是安全生產的必然要求。

參考文獻

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[9] 劉豐年.單片機技術在物聯網電子產品中的應用分析[J].信息與電腦（理論版），2018（8）：169-170+173.

收稿日期：2021-01-02

作者簡介：匡浩然（1989—），男，江蘇無錫人，本科，機電工程師，研究方向：物聯網遠程監控。

Abstract： The traditional hoist adopts contactor type electric control mode， without monitoring and control of the hoist， it is unable to carry out data acquisition and integrated control with other control systems. Based on this， this paper introduces a new type of hoist， and its remote monitoring system is mainly composed of four parts： hoist with multiple groups of sensors， electric control cabinet with MCU as the control core， front and back-end servers and mobile monitoring app. Using sensor technology， network communication technology and building software system， users can query and remote control hoist operation data through the front-end web page. By connecting multiple hoists to the Internet of things， the operation data can be collected and stored at the same time of monitoring and control， and the performance analysis， after-sales optimization， remote maintenance and other functions can be carried out afterwards. The results show that the system can run automatically and complete the detection and control functions. The collected data can be used for statistical analysis to optimize the performance of the hoist.

Keywords： elevator;IoT;remote control;database;JAVA;SCM