基于物联网技术的电梯监控系统设计

基于物联网技术的电梯监控系统设计

朱亮1沈宇兵1贺斌2

（1.森赫电梯股份有限公司313013；2.浙江联合电梯有限公司313009）

摘要：本文根据实际需求设计了一套针对PLC的电梯物联网监控系统，将大规模的PLC监控数据传输到云端进行存储､分析和汇总，通过连网的PC监控中心或Android端APP实时监控电梯的运行，以智能高效的方式解决了电梯巡查困难､维保时间长效率低的问题｡该系统的应用不仅节省了巡查电梯的人力，使维保人员及时收到报警电话，实时进行电梯的维保，极大提高了工作效率，而且还方便厂商对电梯质量的评估，便于政府职能部门对电梯的运行进行监管，具有良好的现实意义和推广价值｡

关键词：物联网技术；电梯监控系统；设计

１系统总体设计

1.1需求分析

基于物联网技术的电梯智能监控系统主要针对各种厢式电梯的远程监控，通过对电梯运行数据的实时监测，实现对电梯数据的采集，通过通信网络将感知数据传输给云平台的服务器，在云端进行数据的存储、分析、对比和预测等，对故障电梯实现定位、确定故障类型、提供维修方案、及时报警、实时通知维修人员、维修信息的反馈登记，同时还能提供电梯的保养方案，保养信息的反馈登记，维保人员通过ＡＰＰ实时查询云平台的电梯监测信息等。

综上所述，系统的功能需求包括以下几点：

（１）感知需求：系统实时监控电梯的运行状态，则需要记录电梯的平层状态、开关门状态、梯厢内人员、楼层信息、电梯运行方向、运行速度、电梯故障信息（电梯ＩＤ、电梯位置、故障原因、报警提示、通知维保人员、进行被困人员安抚、维修反馈等）。这些数据的采集需要上下层感应器、基站感应器、冲顶感应器、蹲底感应器、门边感应器、人体感应器、重量感应器、速度感应器、音视频设备、温湿度传感器、烟雾传感器、噪声传感器和红外传感器等，为了确保采集的数据及时传输到云平台，需要得到通信模块的支持。

（２）网络传输需求：考虑电梯监控系统中网络传输采用有线布局的方式较为繁琐，因此本系统通过无线通信模块，将感知数据传输给远程的云平台。本系统中ＤＴＤ４３３ＭＥ－１０Ｗ和ＤＴＰ－Ｓ０９Ｆ无线传输设备代替了以前的连接线路。

（３）云平台需求：云平台接收无线网络传输的感知层数据，并对其进行存储、分析、计算、预测和报警等功能，因此需要配备Ｗｅｂ服务器、电梯运行状态的数据服务器、音视频服务器和存储服务器。为电梯厂商和城市众多电梯物联的大数据分析提供可靠的来源。

（４）应用层需求：为方便用户查看云平台的信息，应用层由ＰＣ端和移动端ＡＰＰ两部分组成，主要负责云平台数据的查询、添加、更新和删除等操作，根据不同身份（系统管理员、维保人员、物业人员、政府监管人员、电梯厂商、业主等）设置不同权限，实现不同的功能。

1.2电梯物联网的系统架构

根据系统功能的需求，本文提出了一种基于物联网技术的电梯智能监控架构，如图１所示。

图１系统设计框图

本系统主要是由N个主PLC､M个从PLC､云平台､PC监测中心､移动终端APP和无线通信网络等部分组成｡

系统中的PLC分为主PLC和从PLC，从PLC下位机能准确感知并监控电梯终端的运行状态，负责将电梯运行情况的实时数据上传给主PLC，每个主PLC将范围内的多个从PLC信息汇总后通过无线网络传输给远程的云平台，通过云平台的多台服务器对监控数据进行存储和分析，用户可以通过PC监控中心和安卓端APP随时查询云平台端的电梯监控信息｡

电梯维保人员通过本系统能及时获知电梯的运行状况、故障报警、故障类型、电梯物理定位、故障处理建议和维保信息等，确保在第一时间赶赴现场实施抢修，第一时间解决电梯的故障问题；物业人员可查看电梯运行情况和员工的工作记录；电梯厂商可查询品牌电梯的使用状态，以便改进电梯质量，排除生产隐患；政府监管部门可按时间、电梯品牌、地理位置等，对电梯运行状态进行查询，有效监管城市电梯的物联网情况。

2系统详细设计

2.1硬件设计

数据采集模块是非常重要的硬件部件，是保证电梯远程监控的基础，通过电梯的数据采集模块可监控电梯的运行状态、故障和保养数据，它也是电梯与远程监控系统的接口。数据采集模块除了包含电梯内部的温湿度传感器、烟雾传感器和音视频传感器外，还包括电梯运行状态的多项传感器，如上下平层感应器、速度传感器、称量传感器、计数传感器、门边感应器、人体红外传感器等。当两组数据的采集相互独立互不干扰时，能最大程度保证电梯数据采集的真实性。

其中，采集电梯运行状态使用的是霍尔传感器，在设计过程中需要注意工作电压的稳定性，当电压过高时会使霍尔元器件的参数发生变化，当电压过低时会因磁场的强度发生变化引起电路的误操作。因此，系统中采集模块最好使用隔离变压器。为了减少噪音干扰，采用霍尔传感器的接近开关要用短线进行连接。

2.2网络传输设计

PLC下位机采集电梯运行数据，通常采用RS232串行接口与IPC上位机进行连接｡但由于有线连接的方式施工受限，且成本较高，逐渐被无线网络传输的方式所替代｡其中，在BP304控制器上安装IEEE802.11b/g协议的无线通讯模式，即可实现数据的无线传输；在s5pv210上安装3G数据收发装置即可实现数据的无线传输，在S7-200PLC中采用GRM500也可以实现数据的4G无线通信｡综上所述，通过在现有监测系统中增加无线装置即可实现数据的无线传输，但考虑到本系统中监控的电梯数量众多，增加无线装置实施成本的因素，在系统的S7-200PLC中设置主PLC和从PLC，在3000米范围内通过DTD433ME-10W有效保证多个PLC间进行无线通信｡对数据无线传输过程中信号的稳定性进行了如下设计：

（1）DTD433ME选用BNC卡口式同轴连接器，其主要的特点是接触可靠，连接迅速快｡

（2）DTD433ME选用5.5DBI的玻璃钢全向天线，根据实际监控过程中数据的传输情况，可适当增加高增益的全向天线｡

（3）DTD433ME天线的阻抗为50Ω，在监测安装过程中尽量缩短微带线的长度，以此减少板上高频信号传输中的衰减｡

2.3软件设计

本系统采用Ｂ／Ｓ模式，任意一台能上网的计算机都可以访问云平台中的数据信息，同时任意一部连网的移动手机也可以访问本系统，为电梯的维保人员、管理人员、电梯供应商、市政监管部门等提供了便捷。

用户登录模块：用户选择一种身份（维保人员、管理人员、电梯供应商、市政监管部门、管理员）进行登录，可查看电梯运行的实时数据。

电梯信息模块：可以按品牌、厂商、物理位置、使用单位等，对电梯基本信息进行查询。

故障报警模块：当数据采集模块采集的监控数据与设置的阈值比较，出现异常时，在ＰＣ监控中心和安卓端ＡＰＰ同时报警，并拨打预留的维保电话。维保人员查看故障电梯的位置、类型及维修方案，及时进行电梯的维修。

保养通知模块：根据电梯的型号、购买时间、使用时间和保养记录等，由ＰＬＣ监测后将信息进行汇总，把需要保养的电梯信息发送给指定的员工。

保修登记模块：员工对电梯进行保养后，在ＰＣ终端或ＡＰＰ端将提示信息由“需要保养”设置为“保养成功”；同理维修后，将“需要维修”设置为“维修成功”。

历史查询模块：用户根据不同的权限可对电梯的运行状态、维修记录和保养记录等信息，按时间、电梯ＩＤ、电梯厂商、电梯品牌、使用单位、维保人员等进行查询。

结束语

该系统由PLC监控端､无线通信网络､云平台､PC监控中心和Android端APP组成｡其中PLC分为主PLC和从PLC，负责监控并采集电梯的运行数据，通过DTD433ME和DTP-S09F无线网络传输到云平台，并在云端对数据进行分析和汇总｡

参考文献：

[1]高常进，孙书成，王寅凯，黄健.物联网技术在电梯故障预警方面的研究[J].中国特种设备安全，2017，33（12）：14-17.

[2]李继承，李喆.基于物联网的电梯智能数据采集报警系统[J].无线互联科技，2017（22）：18-19.

[3]李晓帆.电梯物联网监控系统设计与实现[J].中国特种设备安全，2017，33（05）：26-31.