基于物联网技术的提升机远程监控系统

摘  要：传统的提升机采用接触器式电控方式，没有对提升机实行监测控制，无法和其他控制系统进行数据采集和集成控制。基于此，本文介绍一种新型提升机，其远程监控系统主要由4个部分组成：提升机附加多组传感器、以单片机为控制核心的电控柜、前、后端服务器和移动端监控APP。利用传感技术、网络通信技术并构建软件体系，使得用户可以通过前端网页进行提升机运行数据的查询和远程控制。通过将多台提升机连入物联网，在进行监测和控制的同时还可以收集存储运行数据，可以进行事后的性能分析、售后优化、远程维护等功能。结果表明，该系统可自动运行，能够完成检测和控制功能，收集的数据可供统计分析，优化提升机性能。

关键词：提升机;物联网;远程控制;数据库;JAVA;单片机

中图分类号：TU756     文献标识码：A       文章编号：2096-6903（2021）03-0000-00

1背景

近年来，我国建设发展迅速，提升机设备已被广泛应用于建筑、火电、化工、风电、船舶等多个领域。提升机主要分为卷扬式和爬升式两种，本文主要针对爬升式涉及的领域和使用场景进行相关开发和研究[1-3]。在高空作业方面，爬升式提升机可搭载工作人员，可见提升机的正常运行直接影响到工程质量和生产人员的安全[4];在火电、化工方面，提升机主要应用于锅炉检修，锅炉检修现大多以人工检修为主，人身安全至关重要。其他方面，提升机使用也日益增加。目前的提升机保护系统存在如下缺陷：（1）只能被动保护，无法提前预知问题，没有预警能力;（2）无法做到故障追忆和数据上传，生产厂家无法针对问题进行设备升级改进;（3）出现问题只能现场控制，而现场控制会受到技术和现场条件的双重制约。

随着物联网理念的兴起和相关技术的成熟，建立一套基于物联网的提升机检测与控制系统[5]。将提升机纳入网络，工作人员就可以同时对多台设备进行实时监测，根据数据的走势提前发现潜在的危险，并在必要时通过现场授权进行远程控制;生产的各大厂商可以调取历史运行状态记录和故障数据记录，对提升机出现的故障进行针对性的维护，大大提高了提升机各种运行的管理效率和运行可靠性。如利用物联网还可以搭载摄像头，对锅炉内部先远程查看，或者工作人员佩戴无屏幕的智能头盔与远程云维护专家系统进行通讯，实现多方位协作。

2项目架构

提升机检测与控制系统通过自主环境交互的智能体基于物联网软件结构体系实现，物端的智能体有三个层次：物理层、感知控制层和应用层：（1）物理层包括采集提升机当前运行状态的传感器、控制开关量的电磁继电器和其物理模型;（2）感知控制层包括单片机芯片、数据整合处理和故障在线分析的感知控制模型;（3）应用层包括提供向云端可供解析应用需求的接口，为管理层提供检测的客观数据，选择需要的、合理的决策应用模型。在程序组成上包括单片机底层嵌入式系统、多重数据库、TCP服务器和Web服务器[6]。通过数据的交互分析，采用神经网络算法，形成自适应智能诊断系统。（如图1）

2.1高效的数据采集系统

该系统分为芯片、程序和硬件三个层面。芯片级采用STM32M3系列中的F103型号，系统的最底层，也就是单片机的运行主程序，是通过使用C语言来编写的，具有较强的开发性。通过单片机开发的程序负责收集各类传感器采集的信号，然后将信号处理并打包并通过芯片的网络通信模组发送出到相关通道[7]，硬件多以开发或选择低功耗元器件。（如图2）

2.2TCP服务器

处理MCU发送过来的数据，将有效数据存入数据库中，另外可以进行实时监测数据库，维护数据库的安全，使用java语言搭建整个系统。在服务器后端逻辑的构建中。TCP服务器大多以后台服务的形式存在。

2.3Web服务器

Web服务器与客户直接交互，窗口程度高，具有较好的直观性和操作性;使用者通过直观网页获取设备的运行信息。网页服务器的前端使用的是xml、html和CSS样式文件三种组合的形式搭建可视化网页，后端使用JavaScript语言编写逻辑。

2.4MySQL數据库

数据库中存在多张数据表，包括各种设备的信息表，对于同一数据表，TCP服务器和Web服务器可以共同访问并操作设备的数据表，另外为了保证数据库的安全和整洁，需要在TCP服务器中进行定时清仓工作，将过于久远的数据和重复数据删除。利用基础的“更删改查”四种方式SQL语句实现对数据库的所有操作，保证数据的准确性。

3 数据路径分析

任何一个工业控制系统的运转，其根本原理都是对数据进行一系列操作：从无到有实现对传感器各类信息的采集、对数据进行指定协议的封装、将数据包远程发送到处理中心、对数据包进行解析、将数据存入库中、管理数据库、将数据库中的数据取出并展示到相关页面。通过对数据的传输路径的掌控，就可以描述远程监控系统运作方式：

3.1数据采集

使用传感器的模拟信号，对提升机运行或者停止时的参数进行采集，然后收集提升机运行或者停止时的数据，通过单片机程序判断控制，可以准确把握提升机的工作状态，从而对提升机进行维护。

（1）单片机中利用GPIO上升和下降进行检测，对开关量进行有效的控制。（2）传感器模拟量的数据采集，需要用到单片机相应的引脚功能，包括串口通讯、AD通讯、SPI通讯和GPIO通讯。

3.2数据处理

将采集到的所有的数据根据已经制定好的TCP或UDP数据协议进行打包，一般来说，封装数据包之前嵌入式系统应当对数据做一次检查，起到一次预警的作用。经过信号处理后，传输到STM32，芯片，通过数据处理，实现可靠的工业互联。（图3）

3.3数据通讯

數据包需要通过网络远程发送到处理中心，处理中心可以是一台电脑、一台云服务器或是一个后端接口。使用的通信方式可以是RS232/485有线传输、无线蓝牙、wifi、网络传输，其中远距离传输只能使用网络传输，网络传输又包括2、3、4G，工业物联网中使用较多的还有NB-Iot传输，和未来的5G传输。

3.4数据的入库

利用B/S或C/S搭建服务器系统，使用云服务器或者固定服务器接收到数据包之后，后台服务器根据协议反向解析数据包的含义，并将提取出来的数据存入MySQL数据库，最后转成我们需要的可视化窗口，展示给我们，让我们了解相关提升机信息。

3.5数据调取和展示

通过在云端部署的服务器或者搭建好的固定服务器都可以实现数据段和云端的同步通讯交换，保证数据稳定和安全。在一些大型的项目中，一个云服务的处理能力可能已经无法满足要求了，这时就需要分服务器。网页服务器向云端的服务器数据库发送后端请求来调取数据库中的某条或多条数据，这样就实现了数据的展示，从而实现远程监控的目的[8，9]。

4提升机远程监控系统实施效果

4.1提升机实施系统

通过上述研究开发可知，提升机远程监控系统，采用嵌入式供电：实现稳定、低耗供电;远程监控：底层嵌入式系统和服务器实时并发管理：提高提升机远程监控系统管理效率。

4.2提升机实施效果

（1）通过维护人员对提升机进行针对性检测，不仅极大地节约定期维护时间，提升设备的有效运行时间，还能够根据设备的运行状态自动给出设备的运行维护周期和维护要点，实现对设备运行的智能化检测控制。

（2）远程操作系统对高空作业设备实现远程控制，可以方便管理、简化检修维护步骤、提高设备运行容错率。由此可见，在高空作业工作平台上搭载远程控制系统，既是该行业的主要发展趋势，也是安全生产的必然要求。

参考文献

[1] 肖骁，戈文祺.电气传动系统中单片机技术的应用解析[J].中国标准化，2017（22）：250-252.

[2] 宋述林.物联网电子产品中单片机技术的应用方式研究[J].现代工业经济和信息化，2017，7（22）：64-65+75..

[3] 付永生，金惠昌.提升机α型卷绳机构的研究与改善方法[J].建筑机械化，2018（9）：27-31..

[4] 方孟虎. 基于ARM的高空作业平台控制系统研究[D].西安：长安大学，2011.

[5] 高帆，王玉军，杨露霞.基于物联网和运行大数据的设备状态监测诊断[J].自动化仪表，2018，39（6）：5-8.

[6] 刘铭威，德湘轶.嵌入式TCP/IP协议单片机技术在网络通信中的应用[J].南方农机，2018，49（11）：122..

[7] 刘婷.传感器设计中应用单片机技术的分析[J].数码设计，2017，6（9）：85.

[8] 蔡植善，陈木生，吴仲龙，等.基于单片机技术与LabVIEW软件的项目开发与实践[J].实验科学与技术，2018，16（2）：5-8.

[9] 刘丰年.单片机技术在物联网电子产品中的应用分析[J].信息与电脑（理论版），2018（8）：169-170+173.

收稿日期：2021-01-02

作者简介：匡浩然（1989—），男，江苏无锡人，本科，机电工程师，研究方向：物联网远程监控。

Abstract： The traditional hoist adopts contactor type electric control mode， without monitoring and control of the hoist， it is unable to carry out data acquisition and integrated control with other control systems. Based on this， this paper introduces a new type of hoist， and its remote monitoring system is mainly composed of four parts： hoist with multiple groups of sensors， electric control cabinet with MCU as the control core， front and back-end servers and mobile monitoring app. Using sensor technology， network communication technology and building software system， users can query and remote control hoist operation data through the front-end web page. By connecting multiple hoists to the Internet of things， the operation data can be collected and stored at the same time of monitoring and control， and the performance analysis， after-sales optimization， remote maintenance and other functions can be carried out afterwards. The results show that the system can run automatically and complete the detection and control functions. The collected data can be used for statistical analysis to optimize the performance of the hoist.

Keywords： elevator;IoT;remote control;database;JAVA;SCM