基于GPRS的电梯RTU监控终端的设计

房启志，戈永哲，徐宏宇

（沈阳航空航天大学 辽宁 沈阳 110136）

许多电梯现场的控制设备，大部分时间都工作在无人值守状态，当设备出现故障时如何让维护人员及时察觉，并能对设备实施远程重启以及故障恢复等控制手段就显得非常重要。目前借助Internet网络进行远程故障维护是解决上述问题的手段之一，但是用这种方法解决问题，实现起来技术方案复杂，成本高，同时由于受到网络覆盖范围、上网手段等条件的限制，很难做到随时随地无缝地监控远程设备[1]。GSM移动通信网是目前覆盖范围最广泛的网络，GSM网络中的GPRS业务具有传输速率高、实时在线、覆盖范围广、按流量计费等特点，不仅可以满足RTU监控系统实时性的要求，而且节约成本、可靠性高对远程设备进行故障检测和控制非常合适[2]。

1 GPRS及组网方式

1.1 GPRS介绍

GPRS（General Packet Radio Service），即通用无线分组业务，是基于GSM网络上的一种新的数据传输技术。GPRS采用分组交换方式，仅在实际传送和接收数据时才占用无线资源，具有较高的数据传输速率[3-5]。GPRS技术应用于远程数据传输系统，具有以下几个特点：1）永远在线，接人速度快。用户可以随时与无线网络保持连接，且分组交换接入时间少于1秒，可使远程数据传输的效率大大提高；2）采用数据流量的计费方式。GPRS是一种经济高效的分组数据技术，用户只需在传输数据时按照流量进行付费，无需像电路交换方式那样对整个链路占用期间都付费。这样就大大降低了用户的使用费用；3）支持IP协议。由于GPRS网络覆盖范围广，且支持TCP／IP协议，从而可以实现与Internet的无缝连接。

1.2 系统组网方式

在本项目中采用中心公网动态IP+DNS解析服务。系统网络结构拓扑图如图1所示，客户首先要与DNS服务商联系开通动态域名，监控点先采用域名寻址方式连接DNS服务器，再由DNS服务器找到中心公网动态IP，建立连接。电梯RTU将采集到的各类监控数据按照协议打包，通过GTM900C模块和移动基站将数据实时发送到GPRS网络服务商所提供的GGSN （Gateway GPRSSupport Node）服务器上，GGSN服务器分配给GPRS数据采集终端相应的IP地址，从而实现了数据采集终端与Internet的连接，再通过Internet网络将采集的数据发送到位于监控中心的数据采集服务器。GPRS模块可以是始终在线的，因此位于监控中心的工作人员可以实时了解到终端设备的工作情况并做出相应的工作指示。

图1 系统网络结构拓扑图Fig.1 Topology diagram of the system network structure

2 系统硬件设计方案

每台电梯配备一套远程电梯信息数据采集控制终端和通信终端，通信终端通过GPRS网络与远程控制中心相连接。电梯数据信息采集控制终端负责采集控制电梯相关作业信息并将数据自动上报至监控管理中心。监测信息有1.电梯运行信息状态：驻停、检修、消防、司机、自动、当前运行方向、层站、急停回路、门联锁回路、门状态、载荷、平层以及回传控制柜所能检测的故障码[6]。系统硬件组成框图如图2所示，电梯信息采集处理器以C8051F060为核心。Silicon Lab的C8051带有SoC色彩，集成了嵌入式系统的许多先进技术。C8051F060速度可达25MIPS，具有4 352字节内部数据RAM；59个通用I/O，可同时使用两个UART串行端口和CAN2.0总线接口。

图2 RTU硬件结构框图Fig.2 Structure diagram of the RTU hardware system

2.1 GTM900C驱动编写

GTM900C模块是采用AT指令集进行控制的，采用AT指令集可以实现模块参数的设置以及数据的发送与接收。AT指令集是调制解调器通信接口的工业标准，指令由ASCII字符组成，除“A/”、“+++”指令外，所有指令都是以“AT”开头，以<回车><换行>结束，绝大多数指令被执行后都有返回参数[7-8]。该部分驱动编写主要是利用串口中断和AT指令实现，模块初始化及TCP/IP链接流程图如图3所示。

图3 模块初始化及TCP/IP链接流程图Fig.3 Flow chart of module initialization and the link of TCP/IP

驱动开发时应注意以下几点：1）可以设置读超时，如果对方不能正常响应，则系统会认为与对方通讯失败。2）如果对方成功响应，那么还需要对对方相应的信息进行判断，确定串口数据流中的哪些信息是相应自己AT指令的数据。一般地，期望的响应都有一定的特征信息，可以通过判断相应的数据是否包含特征信息来判断。3）即使对方能够成功响应，有时候对方对指令的处理需要一定的时间，这时候并不能通过一个read函数将所有的相应数据都读回。因此就需要将每次读回的数据缓存起来，然后不断的读取数据，直到期望的特征数据出现为止。4）在不断的读取数据时，应该在每次读取之间sleep一小会，以保证下次尽量能够读到数据。

2.2 通信协议

电梯监控终端提供给监测中心的信息内容包括：电梯号、电梯状态运行方向、所在楼层、载荷、检修/自动、消防、急停回路、门联锁回路、门状态、变频器故障状态、正常/超载、自动/检修、开门/关门电等。通信协议共5字节，包头为1字节、数据内容3字节、校验1字节。数据内容Byte2-4具体表示如表1所示。

采用通信包头与数据内容按字节求和取反加1作为校验字节。监控中心收到数据后按字节相加如果结果为全0则认为接收数据正确。

表1 数据内容Tab.1 Contant of data

3 结束语

该系统可以实现对区域内电梯运行状况进行统一控制和协调管理。底层采用工业标准的通信技术，通过GPRS技术获得电梯的实时运行信息从而使监控人员能够对信息进行分析和处理[9-10]。基于GPRS的电梯RTU主要可以实现以下几类功能。

1）能够对紧急情况实施快速处理。由于RTU是实时监控电梯运行状态并将数据实时上传，这样电梯发生故障后电梯会将各类故障信息自动上传至监控中心，监控中心可以根据电梯故障信息准确定位故障原因并通知维保人员立即维修。

2）每部电梯的实时运行数据都会上传至监控中心，监控中心可以为每部电梯建立运行数据库，利用电梯专家系统可以以对每部电梯进行诊断分析。监控系统也可以对每部电梯的历史运行情况、历史故障情况及维修及保养记录进行统计分析并统一管理。

随着电梯技术的开发研究，电梯远程监控系统作为技术服务及市场竞争的重要手段，已经从幕后走向了前台。因为此研发技术先进且成本低廉所以远程电梯监控系统是非常必要的，本系统具有稳定性好，可靠性高具有很好的推广价值。

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