軟件協(xié)議轉(zhuǎn)換在居住小區(qū)樓宇對講與電梯聯(lián)動中的應用

文｜武漢虹信技術(shù)服務(wù)有限責任公司 胡西平 黃曉艷

在高層建筑中，都普遍存在樓宇對講和電梯兩個子系統(tǒng)。一般情況下，這兩個子系統(tǒng)都是獨立運行的。用戶需到達電梯口按鈕，并等待電梯到達；對訪客乘坐電梯到達的樓層也不能有效控制，給人們的生活帶來不便，安全帶來問題。為了提高用戶生活的便利性、舒適性和保證電梯的安全，需要實現(xiàn)樓宇對講和電梯兩個系統(tǒng)的聯(lián)動。

要實現(xiàn)兩個系統(tǒng)的聯(lián)動，業(yè)界目前有兩種方式可供選擇[1-5]：

（1）協(xié)議硬件轉(zhuǎn)換方式。

樓宇對講系統(tǒng)“電梯聯(lián)動模塊”采集每戶室內(nèi)分機的“開鎖”按鍵信號，并提供通信協(xié)議，通過協(xié)議轉(zhuǎn)換器的硬件實現(xiàn)樓宇對講系統(tǒng)與電梯樓層控制系統(tǒng)的485通信協(xié)議轉(zhuǎn)換。每一部電梯需使用一個協(xié)議轉(zhuǎn)換器，協(xié)議轉(zhuǎn)換器的廠商必須與電梯控制板的廠商一致。需要樓宇對講廠商提供通信協(xié)議。

（2）信號硬件采集方式。

樓宇對講系統(tǒng)以干觸點信號的形式傳輸給電梯樓層控制系統(tǒng)的樓層信號采集器來實現(xiàn)聯(lián)動，有兩種方式：一種是觸點聯(lián)動控制；另一種是總線聯(lián)動控制。采用總線控制方式是這一領(lǐng)域應用的必然趨勢。

上述兩種方式，硬件采集方式需要對設(shè)備或接線進行改造，通信協(xié)議硬件采集方式需要通過更換電梯控制板來保證協(xié)議轉(zhuǎn)換器與電梯控制板廠商一致，對原有系統(tǒng)改動較大，每部電梯一個協(xié)議轉(zhuǎn)換器，聯(lián)調(diào)和重新驗收成本較高，特別是對改造工程。

在研究前人成果的基礎(chǔ)上，本文介紹了如何采用軟件的協(xié)議轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)樓宇對講與電梯的聯(lián)動。通過總線聯(lián)動控制方式引出485 通信協(xié)議，通過串口服務(wù)器將485 通信協(xié)議轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，通過交換機將樓宇對講與電梯聯(lián)系起來，用軟件實現(xiàn)兩者之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換。由于用軟件實現(xiàn)，在不改造原有電梯系統(tǒng)，保證整個系統(tǒng)的安全性的前提下，又具有了軟件的特征和優(yōu)勢。

1 總體設(shè)計方案

本文通過介紹如何實現(xiàn)某小區(qū)的36 部電梯控制，對研究目標進行探討。

項目概況：該小區(qū)需要實現(xiàn)電梯聯(lián)動的共有7 棟高層，共有16 個單元36 部電梯。其中第6 棟層高57 層，有2 個單元，三個避難層14、29、44 層，單元戶型4 梯4 戶；每單元的4 部電梯兩兩聯(lián)動，有一部消防電梯可以到達所有樓層，其他非消防電梯只能到達有住戶的樓層。其他樓棟層高17～18 層，有2 或3 個單元，單元戶型有2 梯4 戶、2 梯2 戶等；所有樓棟都有地下兩層停車場。

項目需求：采集到開鎖指令，實現(xiàn)室內(nèi)機呼梯和電梯狀態(tài)顯示，業(yè)主互訪呼梯、業(yè)主或訪客門口機開鎖呼梯、呼叫管理機開鎖呼梯、App 開鎖呼梯等多種方式的呼梯協(xié)議轉(zhuǎn)換。2 梯4 戶要求其中2 戶呼叫一部電梯，剩下的2 戶呼叫另一部電梯；4 梯4 戶要求其中2 戶呼叫2 部電梯，剩下的2戶呼叫另2 部電梯；2 梯2 戶其中1 戶呼叫一部電梯，剩下的1 戶呼叫另一部電梯。

總體設(shè)計：為了實現(xiàn)樓宇對講系統(tǒng)與電梯系統(tǒng)之間的聯(lián)動，在樓宇對講系統(tǒng)新增硬件-電梯聯(lián)動模塊，電梯系統(tǒng)新增硬件-電梯控制模塊，這兩個模塊分別有各自的通信協(xié)議。所有開鎖指令都通過電梯聯(lián)動模塊發(fā)出，通過協(xié)議轉(zhuǎn)換程序?qū)崿F(xiàn)樓宇對講系統(tǒng)與電梯系統(tǒng)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)功能需求。由于電梯數(shù)量較多，也為了方便調(diào)試，提高性能和穩(wěn)定性，軟件程序設(shè)計成多進程運行的方式，網(wǎng)絡(luò)拓撲如圖1。

圖1 樓宇對講與電梯聯(lián)動網(wǎng)絡(luò)示意圖

（1）每棟樓一個進程，每個進程就是一個協(xié)議轉(zhuǎn)換程序，控制本樓棟各單元的多部電梯，每個進程按本樓棟實際情況分別配置，進程名稱按樓棟名稱命名；（2）每個單元部署一臺電梯聯(lián)動模塊和一到幾臺電梯控制模塊；（3）一臺電梯控制模塊可以控制本單元的一到幾部電梯；（4）多個單元部署多套電梯聯(lián)動模塊和電梯控制模塊的組合；（5）整個小區(qū)有多棟樓就需要多個進程，每棟樓一個進程，每個進程就是一個協(xié)議轉(zhuǎn)換程序，分樓棟分別命名、配置和調(diào)試，進程與進程之間互不干涉；（6）多個進程運行在同一個管理服務(wù)器，使用“看門狗”程序監(jiān)測各樓棟進程程序，方便自動監(jiān)測退出重啟和開機自動啟動。

2 硬件選型

2.1 串口服務(wù)器

樓宇對講系統(tǒng)的電梯聯(lián)動模塊和電梯系統(tǒng)的電梯控制模塊通過485 數(shù)據(jù)線連接到串口服務(wù)器，串口服務(wù)器將485 信號轉(zhuǎn)換成TCP/IP 信號并與管理電腦上的協(xié)議轉(zhuǎn)換程序交換數(shù)據(jù)，實現(xiàn)電梯聯(lián)動模塊和電梯控制模塊之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換和邏輯控制。電梯聯(lián)動模塊對應的串口設(shè)置成Client 方式，電梯控制模塊對應的串口設(shè)置成Server方式。

2.2 電梯聯(lián)動模塊

電梯聯(lián)動模塊由樓宇對講廠家提供，負責采集開鎖信號，發(fā)出電梯控制命令、接收電梯響應，通過485 數(shù)據(jù)線交換符合樓宇對講通信協(xié)議的數(shù)據(jù)。

2.3 電梯控制模塊

電梯控制模塊由電梯廠家提供，負責接收電梯控制信號，反饋電梯狀態(tài)和響應，通過485 數(shù)據(jù)線交換符合電梯通信協(xié)議的數(shù)據(jù)。

3 軟件設(shè)計

電梯聯(lián)動的核心是協(xié)議轉(zhuǎn)換程序，負責實現(xiàn)樓宇對講通信協(xié)議與電梯通信協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換，電梯聯(lián)動協(xié)議轉(zhuǎn)換程序的流程（以ABB 樓宇對講和日立電梯為例）如圖2。

圖2 協(xié)議轉(zhuǎn)換程序流程圖

（1）程序啟動讀取配置文件，在配置文件中，一個樓棟可以有多個單元，每個單元配置一個電梯聯(lián)動模塊，每個電梯聯(lián)動模塊可以管理多個電梯控制模塊，一個電梯控制模塊可以管理一部和多部電梯，當幾部電梯聯(lián)動時，當做一部電梯處理。每部電梯可以選擇配置梯號、關(guān)聯(lián)房號和避難層號。

（2）根據(jù)配置啟動每個樓宇對講電梯聯(lián)動模塊對應的Server，監(jiān)聽樓宇對講對應的串口服務(wù)器的Client 數(shù)據(jù)連接，保存每一個接入的樓宇對講的連接為ClientSocket(i)。

（3）根據(jù)配置啟動與電梯聯(lián)動模塊相關(guān)聯(lián)的電梯控制模塊的Client(i)，連接對應的串口服務(wù)器的Server 端，從而連接對應的電梯。

（4）樓宇對講Server 端接收樓宇對講數(shù)據(jù)后對數(shù)據(jù)進行拼接，并緩存。根據(jù)樓宇對講協(xié)議的開始字符、長度、校驗碼等從緩存中提取完整的數(shù)據(jù)包進行處理，直到處理完再接收新數(shù)據(jù)，已處理的數(shù)據(jù)移出緩存。樓宇對講（ABB）有室內(nèi)呼梯、開鎖呼梯和電梯狀態(tài)查詢?nèi)N命令。室內(nèi)呼梯和開鎖呼梯命令需要對關(guān)聯(lián)房號和避難層進行處理。關(guān)聯(lián)房號的處理：指定房間尾號的呼梯命令只發(fā)送給關(guān)聯(lián)的電梯。避難層處理：非消防電梯的樓層計算需要跳過避難層，消防電梯則不用跳過避難層，每一層都可到達。按照電梯廠商的協(xié)議和樓宇對講廠商的通信協(xié)議，構(gòu)造電梯對應的數(shù)據(jù)包，實現(xiàn)協(xié)議的轉(zhuǎn)換，通過Client(i)發(fā)送給對應的電梯控制模塊。

（5）電梯對應的Client(i)接收到電梯的響應數(shù)據(jù)后對數(shù)據(jù)進行拼接，并緩存。根據(jù)電梯協(xié)議的開始字符、長度、校驗碼等從緩存中提取完整的數(shù)據(jù)包進行處理，直到處理完再接收新數(shù)據(jù)，已處理的數(shù)據(jù)移出緩存。電梯（日立）通信協(xié)議主要包括五種命令：室內(nèi)下召、訪客來訪、住戶互訪、開鎖回家，查詢電梯狀態(tài)。為了避免室內(nèi)呼梯時室內(nèi)機上的電梯狀態(tài)頻繁在多部電梯間切換，設(shè)置了呼梯標識，收到呼梯響應時呼梯標識為真，并啟動定時器，定時器時間到復位呼梯標識，構(gòu)造樓宇對講呼梯響應包發(fā)送給樓宇對講。對查詢電梯狀態(tài)的響應需要檢查呼梯標識，當呼梯標志為真時，需要構(gòu)造樓宇對講電梯狀態(tài)查詢響應包發(fā)送給樓宇對講。

（6）樓宇對講與電梯控制的命令和字段之間并沒有完美的一一對應關(guān)系，需要根據(jù)不同廠商的通信協(xié)議進行處理，使功能能夠完美實現(xiàn)。

4 運行效果與分析

4.1 運行步驟

4.1.1 硬件連接

樓宇對講系統(tǒng)的電梯聯(lián)動模塊和電梯系統(tǒng)的電梯控制模塊通過485 數(shù)據(jù)線連接到串口服務(wù)器，串口服務(wù)器將485 信號轉(zhuǎn)換成TCP/IP 信號并與管理電腦上的協(xié)議轉(zhuǎn)換程序交換數(shù)據(jù)，實現(xiàn)電梯聯(lián)動模塊和電梯控制模塊之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換和邏輯控制，來實現(xiàn)所要達到的功能。

4.1.2 串口服務(wù)器設(shè)置

串口服務(wù)器負責將485 信號轉(zhuǎn)換成TCP/IP 信號，需要按照IP 端口規(guī)劃對串口服務(wù)器進行配置。電梯聯(lián)動模塊對應的串口設(shè)置成Client 方式，電梯控制模塊對應的串口設(shè)置成Server 方式。保證各樓棟各單元的電梯聯(lián)動模塊和電梯控制模塊都與管理電腦網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通。

4.1.3 協(xié)議轉(zhuǎn)換程序配置

對每一棟樓的協(xié)議轉(zhuǎn)換程序進行分別配置，電梯聯(lián)動協(xié)議轉(zhuǎn)換程序用xml 文件實現(xiàn)各種配置，如圖3。具體配置如下：

分層教學模式對教師和學生來講都是一種十分有益的教學辦法。對于教師來說，分層教學可以豐富教師的教學認知，開拓了教師的教學思路，為日后開展更為有效的教學模式奠定了基礎(chǔ)。同時分層教學需要教師對學生的學習狀況有很充分的了解，這在一定程度上改善了師生關(guān)系，也為師生交流提供了橋梁，在教師不斷完善教學模式的基礎(chǔ)上為多元化教學提供了有利條件。因此，分層教學是有利于師生的高效教學模式。

圖3 協(xié)議轉(zhuǎn)換程序配置

Name：電梯聯(lián)動模塊的名字。

IpAddr：電梯聯(lián)動模塊對應的Server端的地址，也就是程序運行的主機地址。每個電梯聯(lián)動模塊啟動一個server。

Port：電梯聯(lián)動模塊對應的Server 端的端口。用不同的端口區(qū)分不同的server。

樓棟號：電梯聯(lián)動模塊對應的樓棟號。

大堂號：樓棟對應的大堂號，即一樓對應的邏輯層號，地下有負二樓，大堂號為3。

電梯控制模塊的配置：

Name：電梯控制模塊的名稱。

IpAddr：電梯控制模塊對應的串口服務(wù)器的Server 端地址。

梯號：電梯對應的梯號。

呼梯時長：呼梯后室內(nèi)機顯示樓層的時長，單位：秒，默認30 秒。

梯號與房號：一個電梯控制模塊可以控制不同梯號的多部電梯。

關(guān)聯(lián)房號：該梯號電梯關(guān)聯(lián)的房號的后兩位，可以填寫多個關(guān)聯(lián)房號，不同房號之間用英文的:分隔。如房號1702，后兩位02，01:02 表示房號后兩位為01 和02的房間。

避難層號：避難層所在的樓層，避難層只有消防電梯才能到達。

4.1.4 將協(xié)議轉(zhuǎn)換程序用“看門狗”程序管理

每棟樓復制一份完整的協(xié)議轉(zhuǎn)換程序，針對每棟樓每單元按照現(xiàn)場實際環(huán)境進行配置，保證配置正確。將每一棟樓的協(xié)議轉(zhuǎn)換程序納入“看門狗”程序管理。

4.1.5 啟動各樓棟的電梯聯(lián)動協(xié)議轉(zhuǎn)換程序

通過“看門狗”程序啟動各樓棟的電梯聯(lián)動協(xié)議轉(zhuǎn)換程序。

4.2 運行數(shù)據(jù)

通過協(xié)議轉(zhuǎn)換程序的運行日志，可以分析樓宇對講與電梯聯(lián)動的協(xié)議交互過程。

4.3 運行效果分析

通過程序協(xié)議轉(zhuǎn)換能夠很好的控制小區(qū)內(nèi)36 部電梯與樓宇對講的聯(lián)動運行。

5 結(jié)論

本文探討了如何通過軟件協(xié)議轉(zhuǎn)換代替硬件的協(xié)議轉(zhuǎn)換。軟件協(xié)議轉(zhuǎn)換不涉及電梯內(nèi)部的硬件控制，保證了電梯的安全，而且可以在協(xié)議轉(zhuǎn)換的過程中實現(xiàn)定制的邏輯控制，滿足用戶的定制化需求。通過更換不同的動態(tài)鏈接庫可以實現(xiàn)不同廠商的樓宇對講和電梯系統(tǒng)之間的聯(lián)動運行，使本方法具有較大的推廣意義，特別是針對改造的項目。但這種方案也存在如下問題：需要提供樓宇對講和電梯廠商的通信協(xié)議，需要樓宇對講廠商提供電梯聯(lián)動模塊的硬件，電梯廠商提供電梯控制模塊的硬件。