基于PLC的电梯监控系统设计刘爱国

基于PLC的电梯监控系统设计刘爱国

刘爱国

（广东鼎华科技股份有限公司广东佛山528000）

摘要：电梯监控系统的应用对确保电梯运行的可靠性，保障电梯的使用安全具有十分重要的意义。本文提出了一种基于PLC技术的电梯监控系统，并对该系统的设计进行了详细的介绍，以期能为其他电梯监控系统的设计提供参考。

关键词：PLC；电梯；监控系统；设计

引言

随着高层建筑在城市建设中的推广应用，电梯作为一种重要的建筑运输工具，其使用量也日益增加。与此同时，电梯运行事故也时有发生，严重危害到人民群众的生命财产安全。为改善电梯运行的安全可靠性，提高电梯舒适性，实现对电梯的实时监控，对电梯监控系统进行合理的设计十分必要。

1.系统总体设计

1.1需求分析

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。

本系统操作简单方便，提高了电梯监控、维保和故障报警的实时性，缩短了解决电梯故障的时间，确保了电梯保养的准确性，极大提高了工作效率，为电梯厂商提高电梯质量提供了可靠数据，为实现智慧城市的电梯物联提供了实施方案。

2.系统详细设计

系统的详细设计主要包含硬件、网络传输和软件3个部分，其中硬件设计主要从感知采集电梯的实时数据角度出发，介绍数据采集模块及实现的功能；网络传输设计主要介绍从PLC、主PLC、云平台、PC监控中心和安卓端APP间的无线通信方式；软件设计主要从系统的7个功能模块展开介绍。

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。

（4）除减少信号的衰减外，本系统还可在梯厢中安装小型信号基站，以此增加信号的发送和接收能力。除此之外，主PLC和云平台间通过DTP＿S09F实现数据的无线通信，且传输不受距离的限制。应用层的PC测控中心通过有线或WIFI方式访问云平台资源，安卓端APP通过4Ｇ或WIFI方式访问云平台资源。

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。（1）系统功能模块图本系统的功能模块图如图2所示。

图2系统功能模块图

图1中主要功能模块如下：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。

新闻公告：显示电梯的实时新闻和电梯的预防、保养、维修的政策。

（2）系统数据表

本系统是针对一个城市的电梯物联网系统，数据库命名为eievator，主要包含6个工作表，分别为user（用户表）、usertype（用户类型）、eievator＿ID（电梯身份管理）、fault＿type（故障类型）、fault＿alarm（故障报警）和eievator＿check（电梯保检管理）。

（3）系统程序流程图

基于PC监控中心的系统程序流程图，如图3所示。

图3PC监控中心的系统程序流程图

Android端APP的程序流程图与PC监控中心的程序流程图类似，不同点在于两者实现的环境有所区别，在此不再赘述。

（4）系统实现环境介绍

本系统PC监控中心基于.NＥＴ框架，采用Ｃ＋＋语言和ＳＱＬＳＥＲＶＥＲ2008数据库，实现主要的功能；其中Android端以Ｅｃｌｉｐｓｅ作为开发环境，采用ＪＡＶＡ开发语言，ＳＱＬｉｔｅ数据库开发APP，其中ＳＱＬｉｔｅ具有异构数据库的支持功能，目前已完全实现与ＳＱＬＳｅｒｖｅｒ数据库间的数据同步。

3.系统性能分析

实验证明本系统运行正常，各项电梯监测数据能实时传输，并在PC监控中心和Android移动端显示。监测数据经过存储、分析和统计，与阈值比较后，发现异常及时报警，维保人员根据报警提示的电梯位置、故障类型、故障处理方案及保养信息等，及时处理报警信息，并进行维保登记。通过分析，此系统可以利用物联网技术实现城市电梯的智能监控，及时排除电梯运行隐患，确定其安全运行，是一种智能高效的监控系统。

4.结语

综上所述，PLC技术具有可靠性高、组态灵活、安装方便、运行速度快等优点，在电梯的运行监控中被广泛应用，并提高了电梯的控制水平及运行性能。本文设计了一种基于PLC的电梯监控系统，该系统具有安全可靠、智能高效等优点，能够实现对电梯的智能、实时监控，对类似系统设计具有良好的借鉴意义。

参考文献：

[1]张静.基于S7-1200PLC的电梯监控系统设计[J].新技术新工艺，2017（04）：21-24.

[2]汪雅丹.基于PLC和Kingview的电梯监控系统设计[J].科教导刊（下旬），2016（12）：41-42.

[3]杨章勇，李静，石永兵.基于WinCC和S7-300PLC的电梯监控系统设计与仿真[J].机械工程与自动化，2016（04）：40-42.