电梯运行状态远程监控软件的设计*

□ 张春娟 □ 巫涛江,2 □ 余晓毅,2 □ 郭松梅 □ 尹劲松

1.重庆能源职业学院 重庆 402247 2.电梯智能运维重庆市高校工程中心 重庆 402260

1 设计背景

随着电梯的广泛应用,电梯的故障和安全隐患愈发引起人们的重视[1-5]。对于各种大型室外观光电梯或者矿用电梯而言,由于钢架结构独立安装于轿厢外部,对钢架结构的应力、导轨的位移进行智能远程安全监测[6-7],以保证电梯的安全运行十分有必要。光纤光栅传感器具有准分布式检测、体积小、可靠性好、灵敏度高、可远程传送等优势[8-9],基于光纤光栅传感网络的监测系统已应用于钢架结构电梯的安全监控。针对该传感网络监测系统,笔者设计了相应的电梯运行状态远程监控软件。这一软件可以根据光纤光栅传感器布设情况,在专业界面上自主设置和布局传感器的类型、数量、连接方式,实时显示相应监测点的应力、位移、温度,为电梯的安全运行提供大数据支撑。

2 软件功能

电梯运行状态远程监控软件基于面向电梯钢架结构现场的光纤光栅传感网络设计,设置于电梯运维监测中心的上位机。整个电梯远程监控系统如图1所示。监控现场的光纤光栅传感网络由准分布式光纤光栅应变传感器和准分布式光纤光栅位移传感器构成,采用空分复用+波分复用的方案,通过多通道信号解调仪解调各个传感节点的波长漂移数据,通过以太网端口实时询问和接收来自多通道信号解调仪的波长漂移数据,由软件快速解算出相应监测点的应力、位移、温度,同时支持数据存储、历史数据查询等功能。

3 软件架构

电梯运行状态远程监控软件架构分为三层,如图2所示,分别为数据访问层、逻辑控制层、表示层。数据访问层的功能是向多通道信号解调仪发送命令,接收多通道信号解调仪的数据流。这些命令及数据流包含基础状态、基础配置、光栅配置、光栅属性、接收数据记录、历史数据等。逻辑控制层是上下层链路的逻辑通道,功能是完成软件功能的模块化,包括波长解析算法、频率解析算法、温度解析算法、应力解析算法、位移解析算法、报警数据分析等,实现数据读取、配置读取、数据保存、配置保存等功能,并负责访问软件的数据库。表示层为软件的用户接口,包括专业用户接口和普通用户接口。操作人员可以在专业用户界面设置软件的相关参数和配置,从模拟环境模块中导入实际的传感网络配置图,并设置传感网络中各类传感器的拓扑结构、布局、具体参数,通过光谱模式实时查看某个通道中某个传感器的光谱,进行频率监控,完成传感器的故障诊断及定位。普通用户可以通过普通用户接口直观地观察传感器网络拓扑、各种统计信息,以及各个传感器实时输出数据曲线的变化。

▲图1 电梯远程监控系统

▲图2 电梯运行状态远程监控软件架构

4 通信协议及命令格式

上位机软件与多通道信号解调仪通过以太网接口进行数据传输,通信接口为 100 Mbit/s以太网接口,协议类型为用户数据包协议,模块网络地址为192.168.0.19,上位机网络地址为192.168.0.**。

根据多通道信号解调仪的硬件通信协议格式,上位机查询动态光纤光栅解调仪的序列号设计为0x10 0x03 0x06 0x00,解调主机回传命令格式见表1。其中,序列号为256×256×256×0xX1+256×256×0xX2+256×0xX3+0xX4。设定扫描频率起点位置1004HHLL为196250-(0xHH×256+0xLL),扫描步长1005HHLL为0xHH×256+0xLL,扫描频率终点位置1006HHLL为196250-(0xHH×256+0xLL),读取原始模数数据步长1007HHLL为0xHH×256+0xLL。

表1 解调主机回传命令格式

5 软件工作模式

根据电梯运行状态远程监控软件的界面工作模式需求,设计上位机的工作模式命令为102006XX。软件分为循环扫描、调试、连续扫描读模数、停止扫描命令四种工作模式。循环扫描命令为10200601,默认以1 kHz频率扫描,1 kHz频率连续传送解调频率值。调试工作命令为10200602,读取一次解调频率和模数值。连续扫描读模数命令为10200604,以1 kHz频率连续读模数值,将原始模数数据步长设置为20 GHz。

在循环扫描工作模式中,模块收到命令后,开始循环扫描,每扫描一个周期,通过网口向上位机发送频率数据包,每个周期为1 ms,信号频率为(X1×65 536 +X2×256+X3)/10。

在调式工作模式中,模块收到命令后,扫描一个周期,然后分两包发送八个通道的频率数据和模数数据。第一包和频率数据包相同,共530个字节,关键字为1001,信号频率为(X1×65 536+X2×256+X3)/10。之后有两个字节关键字1005,每个通道数据前有两个字节通道号0x000xXX。再之后是对应通道模数数据,数据长度为5101/模数数据步长。

在连续扫描读模数工作模式中,模块收到命令后,循环扫描,然后发送八个通道的模数数据。数据包头有两个字节关键字1004,每个通道数据前有两个字节通道号0x000xXX,之后是对应通道的模数数据,数据长度为5101/模数数据步长。

6 运行效果

电梯运行状态远程监控软件包括面向专业维保人员的专业界面和面向远程监控室普通操作人员的用户界面,如图3所示。专业界面包括系统设置、器件参数、模拟环境、光谱模式等主要模块。系统设置模块用于设置软硬件的网络运行条件,测试网络数据传输特性。器件参数模块用于配置现场环境中光纤光栅传感网络每个传感器的类型、标定参数、初始参数,设置报警阈值等。模拟环境模块用于专业人员对系统进行调用。通过专业界面左侧列表可以从外部直接导入现场环境的二维或三维模型,进行初始化,然后在现场环境的二维或三维模型子界面铺设、删除传感器。专业界面右侧子界面可供专业人员实时监控各个监测通道的传感器输出数据和报警信息,提供每个通道中每个传感器实时监测数据的历史查询功能。专业界面设置和正常运行之后,可以通过左侧列表的画面展示进入面向远程监控室普通操作人员的用户界面。用户界面可以实时显示每个传感器的功能、状态、输出的最终监测数据曲线,同时显示监测时段内的统计结果,如传感器异常、报警次数、异常时间等。

7 测试结果

为测试电梯运行状态远程监控软件的可靠性和稳定性,采用四层电梯钢架模型,通过波分复用方式分别串接三个光纤光栅应变传感器和三个光纤光栅位移传感器,采用贴装方式安装于电梯钢架结构上及电梯导轨和钢架之间。将电梯运行状态远程监控软件通过后台接入电梯大数据运维平台,实时上报监测信息和数据。软件与电梯大数据运维平台同步运行1个月,结果表明,当电梯各监测点应力、位移、温度超过设定阈值后,软件报警响应时间短于1 s,且电梯大数据运维平台能够根据历史数据进行维保分析。连续测试1个月,电梯运行状态远程监控软件表现出良好的鲁棒性。

▲图3 电梯运行状态远程监控软件界面

8 结束语

笔者设计了电梯运行状态远程监控软件,开发了相应的软件架构和基于用户数据包协议的数据结构、命令,以及相应的专业界面和用户界面。这一软件具有直观、功能齐全、可编辑、操作方便等优点,可提供报警设置、历史数据查询、故障统计等功能。通过与电梯大数据运维平台同步运行、调试和测试,表明电梯运行状态远程监控软件效果良好。