电梯急停远程监测终端与检验

电梯急停远程监测终端与检验

方华平

浙江省特种设备科学研究院， 浙江 杭州 310000

摘要：尽管电梯故障的原因比较多元，在电梯安全保护系统的影响下，电梯会急停以防止事故的出现。与此同时，电梯检验的其他环节也需利用计算机软件来提升信息化水平。本文结合“电梯检验辅助系统”项目，对电梯急停远程监测终端和电梯检验辅助软件进行论述。

关键词：电梯急停；远程监控终端；检验

1 电梯急停远程监测终端概况

国内的电梯安全监测技术的研究起步晚，但近几年发展迅猛。比较具有代表性的有中建科学机械化研究院的凯博电梯智能数据采集系统，该系统的监测终端安装在电梯轿厢上实时采集电梯的运行数据。一旦电梯运行异常，终端会将采集的数据通过电话线网络传送到服务器。无锡中秀电梯公司的电梯远程视频监控系统突出的特点是不仅能够监测到电梯的运行数据，也可以同时通过视频终端获取到电梯轿厢里面实时的画面。由于传输的数据量比较大，该系统采用有线电话线进行数据的传输。上海的阿尔法电梯有限公司开发的电梯监控系统的功能类似于“黑匣子”，在电梯上安装完成后，该监测终端会记录电梯所有的运行数据并具有简单的报警功能，在电梯发生故障时，这些数据可以辅助分析电梯故障的原因。另一方面，尽管电梯系统的故障原因多种多样，可能是机械部分的老化，电气部分线路的松动，但在电梯安全保护系统的作用下电梯都会急停以避免事故的发生。并且电梯检验部门需求的电梯远程监测系统需要具有以下特点：

（1）能够独立于现有的电梯控制系统，适用于不同品牌的电梯；

（2）能适应电梯位置分布广但周围缺少有线网络的特点；

（3）操作简单、成本低、安装方便且易于升级维护。

2 电梯急停远程监测终端研发

电梯急停远程监测终端安装在电梯轿厢的顶部，实时监测电梯的运行状态，为电梯检验提供数据支持。通过远程监测终端监测的数据，电梯检验部门在进行电梯定期检验或者监督检验的时候，能够制定更加科学合理的方案。

2.1 监测终端总体设计

电梯急停远程监测终端由硬件与软件两部分组成。硬件由嵌入式硬件系统和外围传感器组成。之所以直接在市场上选用成熟的嵌入式硬件系统，一方面为了加快整个项目的进度，另一方面这些产品经过了严格的测试，稳定性较好，易于适应电梯这种复杂工业环境。最重要的是，为了后续终端改造或升级的需要，电梯急停远程监测终端与各个传感器或模块以标准串口进行通信，而这样的标准化产品市场上较多。本文中选用的嵌入式硬件系统是天祥电子公司生产的TX2440开发板，该开发板的最小系统采用基于ARM9内核的S3C2440芯片，外围接口资源包括3个串口，1个LCD触摸屏接口，1个SD卡接口以及4个USB接口。 软件由 Windows Embedded CE 6.0 操作系统和开发的电梯急停监测软件组成。由于有操作系统的支持，该终端的功能更加易于定制，而且后续的功能修改或升级更加方便。

从功能上区分，终端可分成6个模块，各个模块通过接口电路与最小系统通信。其中，基于S3C2440的最小系统主要用于加载 Windows Embedded CE 6.0系统；激光传感器模块实时采集电梯轿厢的位置，通过位置的差分运算获取电梯轿厢运行的速度；加速度传感器能够采集电梯三轴的加速度信号，三轴分别为垂直于轿厢门的X轴、平行于轿厢门的Y轴以及轿厢运行方向Z轴，由于加速度信号中包含电梯故障的很多细节信息，因此该信号能够为确定电梯急停原因提供帮助；电梯属于频繁使用的垂直交通工具，如果将所有数据均通过无线方式传送到服务器，数据量较大，不仅增加了成本，而且没有必要，在本文中采用SD卡（Secure Digital Memory Card）存储电梯运载乘客由一个楼层到另一个楼层过程的所有数据，同时将数据的存储文件名称发送到服务器的数据库；触摸屏用来显示人机交互界面，电梯检验人员可用来配置楼层高度、电梯地理位置等信息，也可以观测实时电梯运行状态、查看历史信息等；GPRS模块用来实现无线数据传送及报警功能，或者接受电梯检验人员发送的命令查询电梯轿厢的状态。监测软件开发Windows Embedded CE 6.0 操作系统移植的最终目的是为应用软件提供一个平台。本文所述的远程监测终端上的应用软件按照功能可以划分为两个模块：数据通信模块和急停报警模块。下面详细介绍软件的实现过程。

2.1.1 开发环境

Visual Studio 2005是微软公司推出的最新支持Windows Embedded CE 应用开发的集成开发环境。该集成环境包含了从应用创建、调试、测试以及最终发布的一系列工具，且支持C#、C++、VB、Java等语言。C#语言是一种可用于创建运行在.NET Common Language Runtime(CLR)上的应用程序的语言,它从C、C++、Java 等语言演化而来,是微软专门为使用.NET 平台而创建的一种高级面向对象的语言。由于有.NET 强大类库的支持，开发应用软件相比于其他语言等更加简单而且易于移植。综上所述，远程监测终端上的应用软件选择Visual Studio2005作为SDK（Software Development Kit，软件开发工具包），且将C#作为开发语言，应用类型为Windows Form。

2.1.2 数据通信模块的实现

远程监测终端上的应用软件是基于串口与各个传感器或模块通信的。Windows Form 的基础类库实现了串口通信的相关的类。这些类均位于System.IO.Ports 命名空间中，其中最主要的是 SerialPort 类，在该类中，比较重要属性有波特率（BaudRate）、数据位（DataBits）、奇偶校验位（Parity）以及停止位（StopBits）等。最常用到的事件是 DataReceived，表示串口接收到了数据需要进行处理。

（1）终端与激光传感器的通信

远程监测终端通过GLS-B40激光传感器获取电梯轿厢的位置，并不需要控制激光传感器，只需要连续采集激光传感器的数据。本文中将激光传感器的6、7引脚短接，实现上电即测，而远程监测终端上的急停监测软件只需要通讯协议处理串口发送过来的数据。

（2）终端与GPRS模块通信

GPRS 模块完成两个功能：其一是传输电梯一次从启动到停止过程中加速度数据及轿厢位置数据保存的文件名称到服务器；其二是在电梯发生急停时给电梯维保人员或电梯检验人员发送报警短信。因此，终端上的急停监测软件在电梯发生急停故障时需要向GPRS模块发送AT 指令以启动短信报警功能。指令格式“AT+CISMSSEND= PHNUM,FORMAT,DATA”。其中，PHNUM 为目的手机号码；FORMAT为发送格式，取值1～3，分别表示以7BIT、8BIT 和UCS2格式发送数据；DATA为短信具体内容。

2.2 急停报警模块的实现

为了保障电梯运行的安全，现代电梯设置了机械式、电气式和机电综合式电梯安全保护系统。尽管电梯发生故障的原因多种多样，但是在安全保护系统的作用下最终都会实现电梯急停。电梯发生急停时，电梯轿厢的位置、速度以及加速度均会发生变化。位置变化的特征是轿厢停在了非门区，速度和加速度变化的特征是方向不断改变而大小迅速衰减。另外，通过多组实验表明电梯发生急停时垂直方向加速度最大值是电梯额定加速度大小的10倍以上。根据以上分析，本文对电梯急停判断的依据：

（1）垂直加速度最大值是否超过电梯额定加速度大小的10倍，该阈值在软件中也可手动设置以适应不同电梯；

（2）加速度方向是否不断发生变化，本文设置连续两次方向改变时间间隔为100ms，改变次数设置为5；

（3）电梯轿厢停止的位置是否在非门区； 上述三个急停判断条件是逻辑与的关系。另外，由于电梯发生急停时电梯首先在垂直方向作自由振荡，然后再缓慢停止。急停判断条件，在软件中实现时需要严格按照上述顺序。

3 结语

随着电梯数量的增多以及科技的进步，中国提出了开发“电梯检验辅助系统”的要求。基于该背景，本文提出了电梯急停远程监测终端研发与检验辅助软件的设计方案。电梯急停远程监测终端安装在电梯轿厢上实时监测电梯运行状态，为电梯检验部门提供运行数据，以便科学地制定电梯定期检验或监督方案，解决电梯的共振问题。

参考文献：

[1]刘宝迅,周慧娟.电梯远程监控系统研究进展[J].自动化仪表, 2019, 35(3): 12-6.

[2]安洪涛.基于网络的电梯远程监控系统的研究[D].江苏:南京理工大学, 2014.