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          技術頻道

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           基于BACnet MSTP的電梯監控系統

          時間:2021-05-10 13:31:44來源:魯國堂 何小虎

          導語:?基于BACnet MSTP的電梯監控系統將BACnet MSTP服務和協議應用于電梯系統,通過定義抽象的和面向對象的方法,用來表示這些設備之間信息通信方式,從而實現對電梯的監控;贐ACnet MSTP的結點和網關通過BACnet MSTP 協議棧接口實現電梯狀態的監視和電梯輸入輸出控制,最終將電梯系統納入智能樓宇計算機系統,實現電梯系統的本地和遠程監控。

                  隨著計算機信息技術和控制技術的不斷發展,基于人們對建筑物的內在功能人性化和智能化越來越高的需求,智能樓宇應運而生。智能樓宇融合自動控制技術, 信息網絡技術和傳感技術將安防系統,暖通空調系統和電梯控制系統組成一個網絡,實現對各級設備的實時監控。BACnet協議作為全球第一個樓宇自控行業通信標準,采用了面向對象的技術,提供描述各種樓宇設備的模型,使得各種設備能互操作和協同工作,滿足了用戶對樓宇自動控制設備互操作性的廣泛要求,即將不同廠家的設備組成一個一致的自控系統,實現互聯互通。本文主要研究電梯系統通過BACnet MSTP協議接入智能樓宇的實現方法和軟件實現流程,達到計算機對電梯本地和遠程監控的目的。

            1 基于BACnet MSTP的電梯監控系統

            1.1 BACnet 簡化體系結構

            BACnet 建立在包含四個層次的簡化分層體系結構上,這四層相當于OSI 模型中的物理層、數據鏈路層、網絡層和應用層,如圖1 所示。BACnet 標準定義了自己的應用層和簡單的網絡層,對于其數據鏈路層和物理層,提供了以下五種選擇方案;贐ACnet MSTP的電梯監控系統選擇MSTP為數據鏈路層的方案,物理層使用RS485 接口實現。

            1.2 基于BACnet MSTP的電梯監控系統拓撲

            基于BACnet MSTP的電梯監控系統本地方案由電梯控制系統、BACnet節點、BACnet網關、本地監控室組成,系統拓撲如圖2,本地監控室工作計算機需要安裝BACnet/IP工作站。每臺電梯對應一個節點設備,每個節點設備負責收集一臺電梯的需要監控的數據。符合BACnet MSTP協議棧的智能樓宇節點設備可接入網關, 實現智能樓宇信息監控,可根據實際工程需要配置成本地或遠程模式。

            基于BACnet MSTP的結點與電梯控制系統及網關的通訊處理流程如圖3。BACnet節點實時請求獲取電梯運行狀態數據封裝為特定對象,網關定時讀設備對象屬性值或寫設備對象屬性值,從而實現對電梯系統數據的監控。

            BACnet MSTP 分層體系

          圖 1 BACnet MSTP 分層體系

            基于 BACnet MSTP 的電梯監控系統拓撲圖

          圖 2 基于 BACnet MSTP 的電梯監控系統拓撲圖

            基于 BACnet MSTP 的電梯系統通訊流程

          圖 3 基于 BACnet MSTP 的電梯系統通訊流程

            基于 BACnet MSTP 的電梯系統對象數據

          圖 4 基于 BACnet MSTP 的電梯系統對象數據

            

          基于 BACnet MSTP 的電梯系統通訊過程

          圖 5 基于 BACnet MSTP 的電梯系統通訊過程

            2 基于BACnet MSTP的結點

            2.1 結點與電梯之間的總線通訊

            BACnet MSTP的結點與電梯間的通訊可通過CAN, RS485,RS232接口實現。電梯數據最終封裝為對象,基于BACnet MSTP的電梯監控系統主要處理以下數據:

            消防 置1有效(ON)

            滿載 置1有效(ON)

            超載 置1有效(ON)

            開門中 置1有效(ON)

            關門中 置1有效(ON) 安全回路通 置1有效(ON) 故障 置1有效(ON)

            井道學習 置1有效(ON)

            測試運行 置1有效(ON)

            運行次數 單位:次

            運行時間 單位:分鐘

            故障信息 故障代碼及樓層

            樓層 1-64層

            上召指令 1-64層

            下召指令 1-64層

            轎廂指令 1-64層

            這些數據基本涵蓋了電梯運行需要監控的所有數據。當使用RS232或RS485通訊時,由于波特率設置為9600bps,根據優先級基本狀態和指令間隔100ms查詢一次,運行次數1S查詢一次,故障信息1.5S查詢一次, 保證實時性強的數據優先更新,不出現跳層等情況出現, 當出現數據顯示滯后或出現跳層等情況時,可適當增加RS232或RS485通訊波特率以及調整查詢間隔以提高系統整體的通訊質量。當使用CAN通訊時,波特率25 Kbps所有數據50ms或25ms查詢一次,實時性更強。實際使用過程中選擇CAN通訊的方式。

            2.2結點與網關之間的通訊

            在BACnet中,對象就是在網絡設備之間傳輸的一組數據結構,網絡設備通過讀取、修改封裝在應用層APDU 中的對象數據結構,實現互操作。如圖4,電梯的各種狀態被定義為各種對象,多狀態輸入對象(MI),二進制輸入對象(BI),模擬輸入對象(AV)等,例如轎廂指令被定義為多狀態輸入類型,也可以定義二進制輸出對象(BO),通過寫對象屬性值的方式實現對電梯的控制。由于對象屬性數據結構限制,轎廂指令,上召指令,下召指令都分為了2個多態輸入對象,分為1-32和33-64兩個對象處理64層,數據按位處理,4即代表3樓,故障信息包括故障代碼及樓層,例如2308表示在8樓出現23號故障,此時監控人員可查看所有狀態信息以確認故障產生原因及時到現場進行維護。對于二進制輸入對象,會有相關的文字標注提示,例如開門中會提示ON,轎廂登記時會提示登記樓層。

            于BACnet MSTP的電梯系統中各種設備之間要進行數據交換,BACnet為其對象提供了網絡設備進行信息通信的 “共同語言”。除此之外,BACnet設備之間還要有進行信息傳遞的手段,例如,一個設備要求另一個設備提供信息,命令另一個設備執行某個動作,或者向某些設備發出信息通知已經發生某事件等等。在面向對象技術中, 與對象相關聯的是屬性和方法,屬性用來說明對象,而方法是外界用來訪問或作用于對象的手段。在基于BACnet MSTP電梯監控樓宇網絡中,BACnet節點與網關通訊過程如圖5,網關和節點數據通信通過服務請求和應答實現。

            在BACnet中,把對象的方法稱為服務,對象提供了對一個樓宇自控設備的 “網絡可見”部分的抽象描述, 而服務提供了用于訪問和操作這些信息的命令。如圖6為完成一條服務的具體流程及對應的接口函數,通過接口函數將電梯數據封裝在對象中,當網關發送相應的請求給設備后,結點設備解析網關請求服務類型,判斷是否需要應答,當需要應答時,將對象放入BACnet MSTP協議棧中解析,做出服務應答,將數據最終傳輸到顯示終端。在基于BACnet MSTP的電梯系統應用中,結點設備作為從設備,網關作為主設備,主設備利用輪詢的方式訪問節點從設備,由于需要同時監控多部電梯,讀取節點對象需要時間,節點與網關間RS485波特率需設置為38400bps,以提高數據的實時性,當傳輸距離較遠時需要使用雙絞線, 配接終端電阻吸收干擾。

           基于 BACnet MSTP 的服務處理流程

          圖 6 基于 BACnet MSTP 的服務處理流程

            3 基于BACnet MSTP的遠程監控方案

            基于BACnet MSTP的遠程監控方案中BACnet協議采用了“隧道技術”,實現了Internet的IP協議和BACnet協議之間的轉換,使BACnet消息可以封裝成IP包在Internet傳輸,在目的地一端,再通過協議轉換,又可使BACnet消息從IP包分離,以便在BACnet上傳輸。使用多址廣播和BACnet/IP管理設備多個網關設備時,可解決地址表重新配置的問題,使BACnet與Internet互連具有較大的靈活性,系統拓撲結構如圖7。

            基于BACnet MSTP的遠程監控方案可將小區、社區、城鎮樓宇信息納入智慧城市監控體系,進一步推進社會數字化程度,提升社會整體管理水平。

          基于 BACnet MSTP 的遠程服務方案

          圖 7 基于 BACnet MSTP 的遠程服務方案

            基于 BACnet MSTP 的電梯系統監控界面

          圖 8 基于 BACnet MSTP 的電梯系統監控界面

            4 結論

            基于BACnet MSTP的電梯系統利用本地網關測試方法,監控界面如圖8所示,從圖中可以看出,通過質量戳可以看出通訊質量良好,在下方可看到實時發送和接收的數據的報文。同時也可以看出此時電梯停在1樓,沒有登記指令和外呼,安全回路接通,門鎖閉合,沒有故障, 當登記指令時運行方向顯示正常,樓層更新與外呼顯示一致,故障信息運行次數等都正常顯示。

            基于BACnet MSTP的電梯系統能實時準確的監控電梯的數據,通過BACnet協議棧將電梯系統納入智能樓宇系統是一種切實高效的方法。

            

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          標簽: 工業以太網

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