基于PLC與GPRS的電梯遠程監(jiān)測系統(tǒng)

中國礦業(yè)大學 曹金聲 李華清 潘可欣 馬草原 楊宇哲

0 引言

隨著人們生活水平的提高，電梯已經(jīng)成為日常生活中廣泛使用的一種代步工具。在高層建筑中，電梯作為一種非常關鍵的垂直運輸工具，由于大多數(shù)電梯采用PLC與繼電器控制，很難做到遠程監(jiān)測，如果發(fā)生了一些故障，也難以做到及時排查，影響人們的生命財產(chǎn)安全[1]。為了提高電梯的安全性與舒適性，滿足人們的生產(chǎn)生活要求，設計了一款電梯遠程監(jiān)測系統(tǒng)。本文查閱了相關文獻，在西門子S7-200 SMART型號PLC的基礎上，利用可以實現(xiàn)遠程通信的GPRS模塊，對傳統(tǒng)電梯控制系統(tǒng)進行改造，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能，并將部分設計思路以及梯形圖加以說明，實驗結果表明，該電梯遠程監(jiān)測系統(tǒng)具有較好的可行性[2]。

1 傳統(tǒng)電梯的缺陷

我國目前廣泛應用的電梯大多是曳引式電梯，曳引式電梯由很多部分組成，從硬件角度而言，曳引式電梯主要由轎廂、對重、曳引繩、導向輪、曳引電機以及減速機構組成。轎廂是乘客登梯的重要工具，在電梯實際運行的過程中，由曳引電機控制導向輪，導向輪的旋轉帶動曳引繩，曳引繩兩端固定著轎廂與對重，轎廂與對重會在曳引繩的作用下產(chǎn)生不同的牽引力，從而實現(xiàn)轎廂上行與下行的運動[3]。如圖1所示，其中，1-曳引電機，2-減速機構，3-導向輪，4-曳引繩，5-轎廂，6-對重。

圖1 電梯結構示意圖

對于現(xiàn)在常用的電梯而言，故障排查不及時是存在的最大隱患，雖然電梯有定期的維護與保養(yǎng)，但是難以做到面面俱到，從而使電梯存在著潛在的威脅[4]。倘若能夠對PLC的每個狀態(tài)進行實時反饋，那么就可以知道電梯運行的狀態(tài)，對可能發(fā)生的故障進行排查與解決，也可以對電梯主控模塊正在進行的每個事件進行實時反饋，實現(xiàn)同步數(shù)據(jù)監(jiān)控。

2 硬件結構搭建

該電梯遠程監(jiān)測系統(tǒng)的硬件結構如圖2所示，下面開始介紹每個模塊的功能：

圖2 監(jiān)測系統(tǒng)硬件結構圖

PLC是我國大部分電梯運用的主控模塊，全稱可編程邏輯控制器，是一種適用于工業(yè)環(huán)境下的數(shù)字運算操作設備，本文采用西門子S7-200 SMART型號PLC，其具有體積小巧、傳輸速度快、網(wǎng)絡通信、功能完善、可靠性高的特點，是一款性價比較高的小型PLC。開發(fā)者可以利用它實現(xiàn)邏輯運算、數(shù)字運算、定時、計數(shù)等功能，適合運用在電梯等工作環(huán)境較差的場合。

GPRS全稱為通用分組無線服務技術，是一種采用分組交換技術的數(shù)據(jù)傳輸方式，屬于移動數(shù)據(jù)傳輸技術的一種，它以封包的方式傳輸數(shù)據(jù)，與以往在頻道傳輸數(shù)據(jù)的方式不同，GPRS技術不用承擔頻道的費用，而是以傳輸?shù)膯卧獊碛嬎?，因此價格較為便宜，在生產(chǎn)生活中的應用也較為廣泛。GPRS是一種介于2G和3G之間的技術，因此GPRS也被稱為二代半（2.5G）技術。市面上的GPRS模塊種類較多，一般的GPRS模塊具有以下3個特點：傳輸速率高；永遠保持在線，不存在掉線問題[5]；只在產(chǎn)生通信流量時計費，其他情況不會計費。因此也廣泛地應用于遠程傳輸數(shù)據(jù)的場合。

在綜合考慮模塊的質(zhì)量、價格和實用性以后，本系統(tǒng)選用SIM800C GPRS模塊，要想實現(xiàn)GPRS模塊傳輸數(shù)據(jù)的功能，必須準備一張已經(jīng)開通短信業(yè)務與GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務的SIM卡，并將SIM卡正確插入卡槽中。為GPRS模塊接上GSM天線，將模塊與PLC正確連接，在這里需要注意的是，PLC 提供的是RS485接口，而GPRS模塊提供的是RS232接口，因此我們需要一個485轉232的接口轉換器，從而實現(xiàn)PLC與GPRS模塊的連接與通信，如果我們使用GPRS網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸，則需要添加獨立的網(wǎng)絡服務器和數(shù)據(jù)庫，本系統(tǒng)選擇OneNET移動平臺，OneNET平臺是一個免費的物聯(lián)網(wǎng)開放平臺，它技術先進，平臺穩(wěn)定可以提供遠距離傳輸數(shù)據(jù)信息的功能。

3 搭建軟件結構

在系統(tǒng)硬件部分搭建完成之后，我們需要使用PLC發(fā)送AT指令重置GPRS模塊，使GPRS模塊連接到公共網(wǎng)絡服務器，在連接服務器的過程中，必須輸入正確的端口號與IP地址，同時服務器一定是公網(wǎng)IP。[6]功能模塊的連接方法有很多，其中較為常用的有TCP和UTP兩種，由于GPRS網(wǎng)絡帶寬較窄，延遲較大，不適于采用TCP協(xié)議進行通信。而采用UDP協(xié)議無連接方式傳輸，其優(yōu)點是效率高，適合小流量通信，節(jié)省網(wǎng)絡帶寬資源。所以，本系統(tǒng)設計選擇UDP連接方法，使模塊成功以UDP方式連接到OneNET移動物聯(lián)網(wǎng)平臺。重置過程如下：

（1）AT+CGCLASS="B"。將模塊工作類型為B類，使終端支持包交換與電路交換模式。

（2）AT+CGDCONT=1,"IP","CMNET"。設置命令定義PDP 上下文參數(shù)為1。運用互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，接入點為"CMNET"。

（3）AT+CGATT=1。設置模塊附著GPRS業(yè)務。

（4）AT+CIPCSGP=1,"CMNET"。設置功能模塊響應GPRS鏈接并設置接入點為"CMNET"。

（5）AT+CLPORT="TCP","2000"。即設置功能模塊的TCP通信的本地端口號是2000。

（6）AT+CIPSTART="TCP","183.230.40.33","80"。建立與OneNet移動物聯(lián)網(wǎng)平臺的TCP連接。

（7）AT+CIPSEND。開始數(shù)據(jù)透明傳輸。

（8）0x1A。數(shù)據(jù)發(fā)送結束標志。

GPRS功能模塊在初始化以后不用重復設置，即在第一次設置完成后，不管模塊是否掉電也無需重新設置，因為可以直接發(fā)送連接命令實現(xiàn)重置。圖3所示即利用PLC重置GPRS模塊的梯形圖程序：

圖3 PLC重置GPRS模塊的梯形圖程序

在本電梯遠程報警系統(tǒng)的設計中，我們通過http協(xié)議將GPRS模塊接收到的數(shù)據(jù)信息發(fā)送給OneNET平臺。用http協(xié)議發(fā)送數(shù)據(jù)信息操作相對容易，所需發(fā)送的數(shù)據(jù)信息使用post指令就能放送至平臺。但是，http協(xié)議傳輸屬于一次性傳輸，每次數(shù)據(jù)傳輸成功服務器會自動停止，所以再一次信息數(shù)據(jù)傳輸需要重新重置模塊使其和OneNET平臺重新建立TCP連接。由于控制器具有循環(huán)掃描的特點，因此，只需對指令的發(fā)送做好延時，便可以實現(xiàn)不停地建立連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)連續(xù)的傳輸。GPRS控制器的數(shù)據(jù)傳送部分的梯形圖如圖4所示：

圖4 數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶菪螆D程序

4 結束語

本文主要利用PLC與GPRS模塊，經(jīng)OneNET物聯(lián)網(wǎng)平臺進行遠程數(shù)據(jù)傳輸，設計了一套電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)，經(jīng)實際測驗可得出結論，該系統(tǒng)可以對電梯可能發(fā)生的故障進行實時反饋，做到遠程報警，大大提高了電梯系統(tǒng)的安全性，具有很大的應用價值。

[1]周樺.電梯PLC控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D].電子科技大學,2012.

[2]廖常初.PLC編程及應用[M].北京:機械工程出版社(第二版),2005.

[3]李敏,等.GPRS在嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應用[J].微計算機信息,2008.24:2-3.

[4]宗群等.電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)的研制[J].儀器儀表學報,2002,6:608-612.

[5]王亞婷.基于GPRS的電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計[D].南京理工大學,2013.

[6]梁廣民.電梯技術的發(fā)展趨勢[J].中國電梯,2003,21:24-25.