基于ARM微处理器的电梯智能监控系统的设计

基于ARM微处理器的电梯智能监控系统的设计

张利娜，黄娟丽，李少纲(福州大学，福建 福州 350108)

摘 要：基于嵌入式ARM微处理器技术、CAN总线技术和组态软件MCGS，设计了一种适用于不同控制系统的电梯智能监控系统。该系统能够进行数据采集，实时地记录电梯的各种运行参数和监控电梯的运行状态，并具有故障报警、故障诊断和远程监控等功能，可实现电梯的集中化和智能化管理。

关键词：智能监控；ARM微处理器；CAN总线；电梯；组态软件MCGS

中图分类号：TM73；TP277 文献标识码：A 文章编号：1007-3175(2009)01-0025-03

Design of Intelligent Elevator Monitoring System Based on Advanced RISC Machine

ZHANG Li-na, HUANG Juan-li, LI Shao-gang（Fuzhou University, Fuzhou 350108, China）

Abstract: This paper presented an intelligent monitoring system of elevator applied to different control systems, which is based on ad-vanced RISC machine (ARM) technology, CAN bus and the confi guration software MCGS. This system could carry on data acquisition, real-time recording of various operating parameters and monitoring the operational status of elevators. It has functions such as malfunc-tion alert, fault diagnosis and remote monitoring to realize elevators’ centralized and intellectualized management. Key words: intelligent monitoring; advanced RISC machine; CAN bus; elevator; confi guration software MCGS

0 引言

传统的电梯监控系统主要采用电话线拨号联网实现远程监视，它只适用于特定型号的电梯，系统通用性差。本文介绍了一种基于ARM微处理器和组态软件的电梯智能监控系统，下位机采用ARM的嵌入式微处理器作为电梯的控制系统或信号采集器(可编程控制器PLC、继电器等其他类型电梯)，监控微机(上位机)采用组态软件MCGS对多台电梯进行监控，上位机和下位机之间采用安全、实时、简单易操作和价格低廉的CAN总线进行通信。系统不仅可以实时地记录电梯的各种运行参数，还可进行部分故障诊断，并为进一步实现多台电梯群控、远程监控、楼宇自动化提供便利接口。

组态软件的监控界面和CAN总线接口，它一方面实时监控电梯的运行状态，通过CAN总线接收下位机传输的数据，处理数据，并向下位机传输命令信息；另一方面通过网络版的MCGS与局域网内的其他监控微机进行连接，并且可以通过因特网进行电梯的远程监控。下位机系统包括基于ARM微处理器的嵌入式控制器S3C4510B和CAN总线接口，它负责采集数据并通过CAN总线向上位机传输数据。

其他节点…

PC MCGS局域网其他PC

MCGS本地监控

CAN总线CAN接口基于ARM微处理器

S3C4510B串行数据接口可编程控制器

并行数据接口继电器或微机

PC MCGS远程监控中心

因特网

1 电梯智能监控系统的总体设计

系统主要由上位机和下位机两部分组成，电梯监控系统的总体框图见图1。上位机系统包括MCGS

图1 电梯智能监控系统的总体结构图

作者简介：张利娜(1984- )，女，河北邢台人，硕士研究生，研究方向为电工理论及应用技术。

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电工电气 (2009 No.1)基于ARM微处理器的电梯智能监控系统的设计所以本文分为三部分：基于ARM微处理器的硬件平台，基于组态软件MCGS的监控界面，MCGS与CAN总线通信模块。

AD7分别与主控制器S3C4510B的XDATA8～XDATA15相连, WR、RD、ALE和CS分别与S3C4510B的对应引脚相连。

R1MAX485芯片MAX485芯片PLC控制型电梯串行传输模块4DI1RO3DEDRE12RE66AB77GND5588VCC+5V采集端

4RXDDIRO1TXDDE32UADSR0RE2 基于ARM微处理器的硬件平台

本文采用Samsung公司制造的32位精简指令集计算机(RISC)嵌入式ARM处理器S3C4510B作为电梯主控制器，它内含ARM7TDMI核，具有低功耗、高性能的RISC指令内核，有I2C、UART串口等通信接口，支持8位/16位/32位的外部总线宽度，实施高性价比，基于JTAG接口的调试方案，开发方式与51系列相似。硬件系统还包括电源模块、时钟模块、复位模块、数据储存器模块、JTAG调试端口、CAN总线接口模块、键盘输入模块、液晶显示模块等。

基于ARM微处理器的电梯控制系统实现的功能有[1]：(1)采集各种实时数据，如：电梯所在楼层信号、呼梯信号、运行方向、是否满载、开关门信号以及安全信号等运行信息；(2)实时更新运行状态数据缓冲区，以供上位机查询；(3)发生某些故障时，发送故障信号，并可按上位机的命令执行故障处理子程序。

为了满足不同情况下的控制要求，设计了两种数据接口：并行采集单元和串行采集单元。

并行采集单元负责完成对继电器控制系统、微机控制系统的电梯外部电路中开关信号的采集。通过光电耦合器，把继电器控制系统、微机控制系统电梯外部信号送入主控制器的数据采集端，实现并行数据的采集。

串行采集单元负责完成对PLC控制系统的电梯信息的采集。串行采集单元通过RS-485通信来实现，原理图见图2。主控制器的RXD、TXD分别接入MAX485接收端的DI、RO，MAX485采集端接PLC控制型电梯信号串行传输模块。采集数据时，PLC控制型电梯把数据送入MAX485采集端，MAX485接收端把接收到数据送入控制器中，实现数据的串行采集。

ARM微处理器和CAN总线接口电路采用PHILIPS公司的CAN总线控制器SJA1000和总线驱动接口PCA82C250，其通信接口的电路原理图见图3。SJA1000是独立的CAN控制器，总线驱动接口PCA82C250提供了CAN控制器与物理总线之间的接口。SJA1000的AD0～26ABGNDVCC接收端

图2 串行数据采集电路的原理图

XDATA[15:8]232425262728124CSALE35RD6WR16INT717AD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7CSALERDWRINTTX0TX1RX0RX1MODEVDD1SJA1000控制器131419201122TXDPCA82C250芯片14CANH7RXD6CANL8RSRCAN10kΩ总线VDDC18VSS118VDD221VSS212VDD315VSS3XTAL19X110XTAL2C2CLKOUTRSTC3C424MHzC5图3 下位机与CAN接口电路的原理图

当接收一个数据时，数据通过PCA82C250的RXD引脚，将信号送至SJA1000，SJA1000产生一个接收中断，并将接收中断传递给主控制器S3C4510B，S3C4510B对中断信息进行分析和响应；当发送一个数据时，S3C4510B判别出信号的有效性后，将信号送至SJA1000发送缓冲区，启动SJA1000发送信息，通过PCA82C250的TXD引脚，将信号从CANH和CANL引脚送至总线。

3 基于组态软件MCGS的监控界面

MCGS通用监控系统是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，能够在Windows平台上运行。通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制、实时曲线、历史曲线和报表输出等多种方式，向用户提供解决实际工程问题的方案。因充分利用了Windows图形功能完备、界面一致性好的优点，具有易学易用的特

基于ARM微处理器的电梯智能监控系统的设计电工电气 (2009 No.1)

点。比以往使用专用机开发的工业控制系统更具通用性，在自动化领域有着更广泛的应用，所以采用MCGS软件来设计系统的监控界面。

MCGS软件包括组态环境和运行环境两个部分，各部分的具体功能见图4。

组态环境构建动画流程控制报警组态设计报表连接设备实时数据库组态软件核心实时数据库运行环境动画显示现场控制报警输出报表打印设备输出ZOPC_Server(CAN-Bus数据接收/发送服务器)MCGS工程(数据采集及控制中心)上位机PCI5121智能CAN接口卡CAN总线图5 MCGS软件与CAN总线接口结构框图

在ZOPC_Server中有两种数据项的存储模式，分别为数值存储模式和字符串存储模式。本设计采用字符串存储模式，在此模式下，对于每个监控单元的每路CAN，都有两个数据项，它们的名称分别为In_CANData和Out_CANData。对于数据项 In_CANData服务器把从CAN网络接收到的数据存放到此数据项中，客户端只能读取它的数据；而对于数据项Out_CANData，客户端把要发送的数据写入到此数据项中，服务器再把此数据项中的数据提取出来发送到CAN网络，客户端不能读取此数据项的数据。

图4 MCGS组态软件的整体框图

监控软件实现的功能主要有：

(1)利用MCGS和CAN网络进行数据的传输，同时使上位机实时地、可靠地采集电梯的各类运行参数。

(2)利用MCGS提供的图形工具，建立监控的各级画面，利用数据链接把画面上的对象与相应的运行参数联系起来，对不同性质的对象采用不同的动画连接命令，直观形象地显示电梯的运行状态。

(3)利用MCGS的报警设置功能，在电梯发生故障时进行故障报警，并进行故障诊断。

(4)利用MCGS提供的历史记录功能，实时记录发生故障，建立故障档案，并提供历史查询功能。

(5)在电梯发生某些故障时，电梯的管理人员可以通过上位机来控制电梯的故障运行，以及提供维修指导。

系统中电梯的监控界面包括有主监控界面、电梯信息界面、故障界面和历史数据查询界面等[2]。

5 结语

本电梯监控系统采用组态软件，以高性能的ARM微处理器为核心，以可靠的CAN总线为纽带，开发了一个基于组态软件MCGS的通用电梯监控系统。本系统不仅可以实时地反映出电梯的运行状况、运行动态曲线及其运行舒适感等动态信息，并具有故障报警、故障诊断和远程监控等功能，可实现电梯的集中化和智能化管理，这样可预先分析出电梯潜在的隐患，工程人员可以作预防性维修与保养，确保电梯安全可靠运行。

参考文献

[1] 朱蓉.电梯远程监控与故障诊断专家系统[D].天津：天津大学，2003.

[2] 胡志华，许亚兰.基于组态软件的多台电梯运行监

控系统[J].电工技术，2005(7)：30-33.

[3] 孙琮琮，王金全，吕磊.基于ARM和CAN总线的

PEMFC氢能电站监控系统设计[J].计算机测量与控制，2007，15(5)：602-604.

收稿日期：2008-09-08

4 MCGS与CAN通信模块的设计

本文采用CAN总线来进行通信，MCGS软件本身并不能直接和CAN总线通信，但它有标准的OPC接口(通用工业应用软件标准)，既可作为OPC客户端，也可以作为OPC服务器，因而，可以方便地与其他具有OPC标准接口的工业应用程序或外部控制设备连接，实现数据交互。上位机的监控程序MCGS通过ZOPC_Server(OPC标准接口的服务器软件)与CAN总线和其他设备通信[3]，结构图见图5。

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