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 基于BACnet MSTP的电梯监控系统

时间:2021-05-10 13:31:44来源:鲁国堂 何小虎

导语:​基于BACnet MSTP的电梯监控系统将BACnet MSTP服务和协议应用于电梯系统,通过定义抽象的和面向对象的方法,用来表示这些设备之间信息通信方式,从而实现对电梯的监控。基于BACnet MSTP的结点和网关通过BACnet MSTP 协议栈接口实现电梯状态的监视和电梯输入输出控制,最终将电梯系统纳入智能楼宇计算机系统,实现电梯系统的本地和远程监控。

        随着计算机信息技术和控制技术的不断发展,基于人们对建筑物的内在功能人性化和智能化越来越高的需求,智能楼宇应运而生。智能楼宇融合自动控制技术, 信息网络技术和传感技术将安防系统,暖通空调系统和电梯控制系统组成一个网络,实现对各级设备的实时监控。BACnet协议作为全球第一个楼宇自控行业通信标准,采用了面向对象的技术,提供描述各种楼宇设备的模型,使得各种设备能互操作和协同工作,满足了用户对楼宇自动控制设备互操作性的广泛要求,即将不同厂家的设备组成一个一致的自控系统,实现互联互通。本文主要研究电梯系统通过BACnet MSTP协议接入智能楼宇的实现方法和软件实现流程,达到计算机对电梯本地和远程监控的目的。

  1 基于BACnet MSTP的电梯监控系统

  1.1 BACnet 简化体系结构

  BACnet 建立在包含四个层次的简化分层体系结构上,这四层相当于OSI 模型中的物理层、数据链路层、网络层和应用层,如图1 所示。BACnet 标准定义了自己的应用层和简单的网络层,对于其数据链路层和物理层,提供了以下五种选择方案。基于BACnet MSTP的电梯监控系统选择MSTP为数据链路层的方案,物理层使用RS485 接口实现。

  1.2 基于BACnet MSTP的电梯监控系统拓扑

  基于BACnet MSTP的电梯监控系统本地方案由电梯控制系统、BACnet节点、BACnet网关、本地监控室组成,系统拓扑如图2,本地监控室工作计算机需要安装BACnet/IP工作站。每台电梯对应一个节点设备,每个节点设备负责收集一台电梯的需要监控的数据。符合BACnet MSTP协议栈的智能楼宇节点设备可接入网关, 实现智能楼宇信息监控,可根据实际工程需要配置成本地或远程模式。

  基于BACnet MSTP的结点与电梯控制系统及网关的通讯处理流程如图3。BACnet节点实时请求获取电梯运行状态数据封装为特定对象,网关定时读设备对象属性值或写设备对象属性值,从而实现对电梯系统数据的监控。

  BACnet MSTP 分层体系

图 1 BACnet MSTP 分层体系

  基于 BACnet MSTP 的电梯监控系统拓扑图

图 2 基于 BACnet MSTP 的电梯监控系统拓扑图

  基于 BACnet MSTP 的电梯系统通讯流程

图 3 基于 BACnet MSTP 的电梯系统通讯流程

  基于 BACnet MSTP 的电梯系统对象数据

图 4 基于 BACnet MSTP 的电梯系统对象数据

  

基于 BACnet MSTP 的电梯系统通讯过程

图 5 基于 BACnet MSTP 的电梯系统通讯过程

  2 基于BACnet MSTP的结点

  2.1 结点与电梯之间的总线通讯

  BACnet MSTP的结点与电梯间的通讯可通过CAN, RS485,RS232接口实现。电梯数据最终封装为对象,基于BACnet MSTP的电梯监控系统主要处理以下数据:

  消防 置1有效(ON)

  满载 置1有效(ON)

  超载 置1有效(ON)

  开门中 置1有效(ON)

  关门中 置1有效(ON) 安全回路通 置1有效(ON) 故障 置1有效(ON)

  井道学习 置1有效(ON)

  测试运行 置1有效(ON)

  运行次数 单位:次

  运行时间 单位:分钟

  故障信息 故障代码及楼层

  楼层 1-64层

  上召指令 1-64层

  下召指令 1-64层

  轿厢指令 1-64层

  这些数据基本涵盖了电梯运行需要监控的所有数据。当使用RS232或RS485通讯时,由于波特率设置为9600bps,根据优先级基本状态和指令间隔100ms查询一次,运行次数1S查询一次,故障信息1.5S查询一次, 保证实时性强的数据优先更新,不出现跳层等情况出现, 当出现数据显示滞后或出现跳层等情况时,可适当增加RS232或RS485通讯波特率以及调整查询间隔以提高系统整体的通讯质量。当使用CAN通讯时,波特率25 Kbps所有数据50ms或25ms查询一次,实时性更强。实际使用过程中选择CAN通讯的方式。

  2.2结点与网关之间的通讯

  在BACnet中,对象就是在网络设备之间传输的一组数据结构,网络设备通过读取、修改封装在应用层APDU 中的对象数据结构,实现互操作。如图4,电梯的各种状态被定义为各种对象,多状态输入对象(MI),二进制输入对象(BI),模拟输入对象(AV)等,例如轿厢指令被定义为多状态输入类型,也可以定义二进制输出对象(BO),通过写对象属性值的方式实现对电梯的控制。由于对象属性数据结构限制,轿厢指令,上召指令,下召指令都分为了2个多态输入对象,分为1-32和33-64两个对象处理64层,数据按位处理,4即代表3楼,故障信息包括故障代码及楼层,例如2308表示在8楼出现23号故障,此时监控人员可查看所有状态信息以确认故障产生原因及时到现场进行维护。对于二进制输入对象,会有相关的文字标注提示,例如开门中会提示ON,轿厢登记时会提示登记楼层。

  于BACnet MSTP的电梯系统中各种设备之间要进行数据交换,BACnet为其对象提供了网络设备进行信息通信的 “共同语言”。除此之外,BACnet设备之间还要有进行信息传递的手段,例如,一个设备要求另一个设备提供信息,命令另一个设备执行某个动作,或者向某些设备发出信息通知已经发生某事件等等。在面向对象技术中, 与对象相关联的是属性和方法,属性用来说明对象,而方法是外界用来访问或作用于对象的手段。在基于BACnet MSTP电梯监控楼宇网络中,BACnet节点与网关通讯过程如图5,网关和节点数据通信通过服务请求和应答实现。

  在BACnet中,把对象的方法称为服务,对象提供了对一个楼宇自控设备的 “网络可见”部分的抽象描述, 而服务提供了用于访问和操作这些信息的命令。如图6为完成一条服务的具体流程及对应的接口函数,通过接口函数将电梯数据封装在对象中,当网关发送相应的请求给设备后,结点设备解析网关请求服务类型,判断是否需要应答,当需要应答时,将对象放入BACnet MSTP协议栈中解析,做出服务应答,将数据最终传输到显示终端。在基于BACnet MSTP的电梯系统应用中,结点设备作为从设备,网关作为主设备,主设备利用轮询的方式访问节点从设备,由于需要同时监控多部电梯,读取节点对象需要时间,节点与网关间RS485波特率需设置为38400bps,以提高数据的实时性,当传输距离较远时需要使用双绞线, 配接终端电阻吸收干扰。

 基于 BACnet MSTP 的服务处理流程

图 6 基于 BACnet MSTP 的服务处理流程

  3 基于BACnet MSTP的远程监控方案

  基于BACnet MSTP的远程监控方案中BACnet协议采用了“隧道技术”,实现了Internet的IP协议和BACnet协议之间的转换,使BACnet消息可以封装成IP包在Internet传输,在目的地一端,再通过协议转换,又可使BACnet消息从IP包分离,以便在BACnet上传输。使用多址广播和BACnet/IP管理设备多个网关设备时,可解决地址表重新配置的问题,使BACnet与Internet互连具有较大的灵活性,系统拓扑结构如图7。

  基于BACnet MSTP的远程监控方案可将小区、社区、城镇楼宇信息纳入智慧城市监控体系,进一步推进社会数字化程度,提升社会整体管理水平。

基于 BACnet MSTP 的远程服务方案

图 7 基于 BACnet MSTP 的远程服务方案

  基于 BACnet MSTP 的电梯系统监控界面

图 8 基于 BACnet MSTP 的电梯系统监控界面

  4 结论

  基于BACnet MSTP的电梯系统利用本地网关测试方法,监控界面如图8所示,从图中可以看出,通过质量戳可以看出通讯质量良好,在下方可看到实时发送和接收的数据的报文。同时也可以看出此时电梯停在1楼,没有登记指令和外呼,安全回路接通,门锁闭合,没有故障, 当登记指令时运行方向显示正常,楼层更新与外呼显示一致,故障信息运行次数等都正常显示。

  基于BACnet MSTP的电梯系统能实时准确的监控电梯的数据,通过BACnet协议栈将电梯系统纳入智能楼宇系统是一种切实高效的方法。

  

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标签: 工业以太网

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