基于物聯(lián)網技術的提升機遠程監(jiān)控系統(tǒng)

摘 ?要：傳統(tǒng)的提升機采用接觸器式電控方式，沒有對提升機實行監(jiān)測控制，無法和其他控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集和集成控制?；诖?，本文介紹一種新型提升機，其遠程監(jiān)控系統(tǒng)主要由4個部分組成：提升機附加多組傳感器、以單片機為控制核心的電控柜、前、后端服務器和移動端監(jiān)控APP。利用傳感技術、網絡通信技術并構建軟件體系，使得用戶可以通過前端網頁進行提升機運行數(shù)據(jù)的查詢和遠程控制。通過將多臺提升機連入物聯(lián)網，在進行監(jiān)測和控制的同時還可以收集存儲運行數(shù)據(jù)，可以進行事后的性能分析、售后優(yōu)化、遠程維護等功能。結果表明，該系統(tǒng)可自動運行，能夠完成檢測和控制功能，收集的數(shù)據(jù)可供統(tǒng)計分析，優(yōu)化提升機性能。

關鍵詞：提升機;物聯(lián)網;遠程控制;數(shù)據(jù)庫;JAVA;單片機

中圖分類號：TU756 ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? 文章編號：2096-6903（2021）03-0000-00

1背景

近年來，我國建設發(fā)展迅速，提升機設備已被廣泛應用于建筑、火電、化工、風電、船舶等多個領域。提升機主要分為卷揚式和爬升式兩種，本文主要針對爬升式涉及的領域和使用場景進行相關開發(fā)和研究[1-3]。在高空作業(yè)方面，爬升式提升機可搭載工作人員，可見提升機的正常運行直接影響到工程質量和生產人員的安全[4];在火電、化工方面，提升機主要應用于鍋爐檢修，鍋爐檢修現(xiàn)大多以人工檢修為主，人身安全至關重要。其他方面，提升機使用也日益增加。目前的提升機保護系統(tǒng)存在如下缺陷：（1）只能被動保護，無法提前預知問題，沒有預警能力;（2）無法做到故障追憶和數(shù)據(jù)上傳，生產廠家無法針對問題進行設備升級改進;（3）出現(xiàn)問題只能現(xiàn)場控制，而現(xiàn)場控制會受到技術和現(xiàn)場條件的雙重制約。

隨著物聯(lián)網理念的興起和相關技術的成熟，建立一套基于物聯(lián)網的提升機檢測與控制系統(tǒng)[5]。將提升機納入網絡，工作人員就可以同時對多臺設備進行實時監(jiān)測，根據(jù)數(shù)據(jù)的走勢提前發(fā)現(xiàn)潛在的危險，并在必要時通過現(xiàn)場授權進行遠程控制;生產的各大廠商可以調取歷史運行狀態(tài)記錄和故障數(shù)據(jù)記錄，對提升機出現(xiàn)的故障進行針對性的維護，大大提高了提升機各種運行的管理效率和運行可靠性。如利用物聯(lián)網還可以搭載攝像頭，對鍋爐內部先遠程查看，或者工作人員佩戴無屏幕的智能頭盔與遠程云維護專家系統(tǒng)進行通訊，實現(xiàn)多方位協(xié)作。

2項目架構

提升機檢測與控制系統(tǒng)通過自主環(huán)境交互的智能體基于物聯(lián)網軟件結構體系實現(xiàn)，物端的智能體有三個層次：物理層、感知控制層和應用層：（1）物理層包括采集提升機當前運行狀態(tài)的傳感器、控制開關量的電磁繼電器和其物理模型;（2）感知控制層包括單片機芯片、數(shù)據(jù)整合處理和故障在線分析的感知控制模型;（3）應用層包括提供向云端可供解析應用需求的接口，為管理層提供檢測的客觀數(shù)據(jù)，選擇需要的、合理的決策應用模型。在程序組成上包括單片機底層嵌入式系統(tǒng)、多重數(shù)據(jù)庫、TCP服務器和Web服務器[6]。通過數(shù)據(jù)的交互分析，采用神經網絡算法，形成自適應智能診斷系統(tǒng)。（如圖1）

2.1高效的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

該系統(tǒng)分為芯片、程序和硬件三個層面。芯片級采用STM32M3系列中的F103型號，系統(tǒng)的最底層，也就是單片機的運行主程序，是通過使用C語言來編寫的，具有較強的開發(fā)性。通過單片機開發(fā)的程序負責收集各類傳感器采集的信號，然后將信號處理并打包并通過芯片的網絡通信模組發(fā)送出到相關通道[7]，硬件多以開發(fā)或選擇低功耗元器件。（如圖2）

2.2TCP服務器

處理MCU發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，將有效數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫中，另外可以進行實時監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，維護數(shù)據(jù)庫的安全，使用java語言搭建整個系統(tǒng)。在服務器后端邏輯的構建中。TCP服務器大多以后臺服務的形式存在。

2.3Web服務器

Web服務器與客戶直接交互，窗口程度高，具有較好的直觀性和操作性;使用者通過直觀網頁獲取設備的運行信息。網頁服務器的前端使用的是xml、html和CSS樣式文件三種組合的形式搭建可視化網頁，后端使用JavaScript語言編寫邏輯。

2.4MySQL數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫中存在多張數(shù)據(jù)表，包括各種設備的信息表，對于同一數(shù)據(jù)表，TCP服務器和Web服務器可以共同訪問并操作設備的數(shù)據(jù)表，另外為了保證數(shù)據(jù)庫的安全和整潔，需要在TCP服務器中進行定時清倉工作，將過于久遠的數(shù)據(jù)和重復數(shù)據(jù)刪除。利用基礎的“更刪改查”四種方式SQL語句實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的所有操作，保證數(shù)據(jù)的準確性。

3 數(shù)據(jù)路徑分析

任何一個工業(yè)控制系統(tǒng)的運轉，其根本原理都是對數(shù)據(jù)進行一系列操作：從無到有實現(xiàn)對傳感器各類信息的采集、對數(shù)據(jù)進行指定協(xié)議的封裝、將數(shù)據(jù)包遠程發(fā)送到處理中心、對數(shù)據(jù)包進行解析、將數(shù)據(jù)存入庫中、管理數(shù)據(jù)庫、將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)取出并展示到相關頁面。通過對數(shù)據(jù)的傳輸路徑的掌控，就可以描述遠程監(jiān)控系統(tǒng)運作方式：

3.1數(shù)據(jù)采集

使用傳感器的模擬信號，對提升機運行或者停止時的參數(shù)進行采集，然后收集提升機運行或者停止時的數(shù)據(jù)，通過單片機程序判斷控制，可以準確把握提升機的工作狀態(tài)，從而對提升機進行維護。

（1）單片機中利用GPIO上升和下降進行檢測，對開關量進行有效的控制。（2）傳感器模擬量的數(shù)據(jù)采集，需要用到單片機相應的引腳功能，包括串口通訊、AD通訊、SPI通訊和GPIO通訊。

3.2數(shù)據(jù)處理

將采集到的所有的數(shù)據(jù)根據(jù)已經制定好的TCP或UDP數(shù)據(jù)協(xié)議進行打包，一般來說，封裝數(shù)據(jù)包之前嵌入式系統(tǒng)應當對數(shù)據(jù)做一次檢查，起到一次預警的作用。經過信號處理后，傳輸?shù)絊TM32，芯片，通過數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)可靠的工業(yè)互聯(lián)。（圖3）

3.3數(shù)據(jù)通訊

數(shù)據(jù)包需要通過網絡遠程發(fā)送到處理中心，處理中心可以是一臺電腦、一臺云服務器或是一個后端接口。使用的通信方式可以是RS232/485有線傳輸、無線藍牙、wifi、網絡傳輸，其中遠距離傳輸只能使用網絡傳輸，網絡傳輸又包括2、3、4G，工業(yè)物聯(lián)網中使用較多的還有NB-Iot傳輸，和未來的5G傳輸。

3.4數(shù)據(jù)的入庫

利用B/S或C/S搭建服務器系統(tǒng)，使用云服務器或者固定服務器接收到數(shù)據(jù)包之后，后臺服務器根據(jù)協(xié)議反向解析數(shù)據(jù)包的含義，并將提取出來的數(shù)據(jù)存入MySQL數(shù)據(jù)庫，最后轉成我們需要的可視化窗口，展示給我們，讓我們了解相關提升機信息。

3.5數(shù)據(jù)調取和展示

通過在云端部署的服務器或者搭建好的固定服務器都可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)段和云端的同步通訊交換，保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定和安全。在一些大型的項目中，一個云服務的處理能力可能已經無法滿足要求了，這時就需要分服務器。網頁服務器向云端的服務器數(shù)據(jù)庫發(fā)送后端請求來調取數(shù)據(jù)庫中的某條或多條數(shù)據(jù)，這樣就實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的展示，從而實現(xiàn)遠程監(jiān)控的目的[8，9]。

4提升機遠程監(jiān)控系統(tǒng)實施效果

4.1提升機實施系統(tǒng)

通過上述研究開發(fā)可知，提升機遠程監(jiān)控系統(tǒng)，采用嵌入式供電：實現(xiàn)穩(wěn)定、低耗供電;遠程監(jiān)控：底層嵌入式系統(tǒng)和服務器實時并發(fā)管理：提高提升機遠程監(jiān)控系統(tǒng)管理效率。

4.2提升機實施效果

（1）通過維護人員對提升機進行針對性檢測，不僅極大地節(jié)約定期維護時間，提升設備的有效運行時間，還能夠根據(jù)設備的運行狀態(tài)自動給出設備的運行維護周期和維護要點，實現(xiàn)對設備運行的智能化檢測控制。

（2）遠程操作系統(tǒng)對高空作業(yè)設備實現(xiàn)遠程控制，可以方便管理、簡化檢修維護步驟、提高設備運行容錯率。由此可見，在高空作業(yè)工作平臺上搭載遠程控制系統(tǒng)，既是該行業(yè)的主要發(fā)展趨勢，也是安全生產的必然要求。

參考文獻

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收稿日期：2021-01-02

作者簡介：匡浩然（1989—），男，江蘇無錫人，本科，機電工程師，研究方向：物聯(lián)網遠程監(jiān)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