才茂通信基于2G/3G/4G無線傳輸技術(shù)的DTU電梯遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)測方案

摘要：本文提供了一種基于2G、3G、4G無線傳輸終端通信技術(shù)的電梯遠(yuǎn)程監(jiān)測方案，簡要介紹了GPRS網(wǎng)絡(luò)的基本知識，無線數(shù)據(jù)傳輸終端技術(shù)，描述了無線數(shù)據(jù)傳輸終端DTU應(yīng)用于電梯監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)方法。通過實(shí)際應(yīng)用，獲得了理想的效果。

關(guān)鍵詞：2G、3G、4G；無線傳輸技術(shù)；無線傳輸終端DTU；才茂通信DTU；

一、方案背景

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市化的快速推進(jìn)，電梯作為一種基礎(chǔ)的公共交通工具，其基本的功能便是把人平穩(wěn)安全地送達(dá)至目的樓層或區(qū)域，其安全性是乘客較為關(guān)心的問題。*以來，我國電梯高負(fù)荷、大運(yùn)量、長周期使用普遍存在，老舊電梯數(shù)量激增，電梯安全主體責(zé)任不能有效落實(shí)，特別是電梯維保行業(yè)惡性競爭，劣幣驅(qū)逐良幣，維保工作不到位，導(dǎo)致電梯事故和故障時(shí)有發(fā)生，僅就2015年，因電梯故障引起的人身傷亡即達(dá)數(shù)十起，有些事故還成為公共事件。電梯作為一種與大眾生命安全密切相關(guān)的特種設(shè)備，其安全運(yùn)行越來越受到社會的關(guān)注。數(shù)據(jù)顯示，截至2015年，我國電梯總量已超過400萬臺，電梯保有量、年產(chǎn)量、年增長量均為世界*。而現(xiàn)有的檢驗(yàn)人員已無法滿足電梯故障處理、定期維保的需求，安全部件失靈、電梯漏檢、疏于維護(hù)，再加上現(xiàn)有監(jiān)管體制尚不健全，管理維護(hù)水平也有欠缺，如何能保證電梯使用安全，大限度減少損失，給電梯使用者一個(gè)安全的使用體驗(yàn)，成為政府監(jiān)管部門、電梯制造商、電梯供應(yīng)商、電梯維保服務(wù)商、房地產(chǎn)開發(fā)商、小區(qū)物業(yè)等等需要考慮的頭等大事。

二、電梯運(yùn)行原理

電梯是機(jī)械與電氣緊密結(jié)合的大型機(jī)電產(chǎn)品，主要有機(jī)房、井道、轎廂、導(dǎo)向、曳引、安全保護(hù)系統(tǒng)、重量平衡系統(tǒng)、門系統(tǒng)、電力拖動(dòng)系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)等組成。

井道中安裝有導(dǎo)軌，轎廂和對重由曳引鋼絲繩連接，曳引鋼絲繩掛在曳引輪上，曳引輪由曳引電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。轎廂和對重都裝有各自的導(dǎo)靴，導(dǎo)靴卡在導(dǎo)軌上。由曳引輪的運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)轎廂和對重沿各自導(dǎo)軌做上下相對運(yùn)動(dòng)，轎廂上升，對重下降。這樣就可以通過控制曳引電動(dòng)機(jī)來控制轎廂的啟動(dòng)、加速、運(yùn)行、減速、平層停車。將乘梯人員或貨物安全送至目的層，實(shí)現(xiàn)對電梯運(yùn)行的控制。

圖1：升降電梯系統(tǒng)示意圖

圖2：電梯控制柜示意圖

三、應(yīng)用前景

由于電梯系統(tǒng)復(fù)雜，安全性要求高，其用途的特殊性決定了電梯的安裝分散、被測點(diǎn)多、不易布線、通信距離遠(yuǎn)、運(yùn)行環(huán)境惡劣、需集中管理。并且隨著電梯行業(yè)的急速發(fā)展，對其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟缶哂徐`活性和擴(kuò)展性的結(jié)構(gòu)，因此，對于電梯的通信方式的選擇應(yīng)考慮如下問題：

 （1） 通信的可靠性——通信系統(tǒng)要*經(jīng)受惡劣環(huán)境和較強(qiáng)的電磁干擾或噪音干擾的考驗(yàn)，并保持通信的暢通。

 （2） 建設(shè)費(fèi)用——在滿足可靠性的前提下，綜合考慮建設(shè)費(fèi)用及*使用和維護(hù)的費(fèi)用。

 （3）雙向通信——不僅能實(shí)現(xiàn)信息量的上傳，還要實(shí)現(xiàn)控制量的下達(dá)。

 （4）多業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸速率——隨著以后終端業(yè)務(wù)量的不斷增長，不但要實(shí)現(xiàn)各監(jiān)測終端間與監(jiān)測中心間的無線數(shù)據(jù)傳輸，還要能夠?qū)崿F(xiàn)對語音、視頻等終端之間的無線通信，對實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸速率和穩(wěn)定性要求越來越高。

 （5）通信的靈活性和可擴(kuò)展性——由于電梯具有控制點(diǎn)面多、面廣和分散的特點(diǎn)，要求采用標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議，隨著“ALL IP”網(wǎng)絡(luò)技術(shù)趨勢的發(fā)展以及電力運(yùn)營業(yè)務(wù)的不斷增長，需要考慮基于IP的業(yè)務(wù)承載，同時(shí)要求便于安裝施工、調(diào)試、運(yùn)行、維護(hù)。

四、通信方式

傳統(tǒng)的電梯監(jiān)測監(jiān)控往往只具有有線的視頻監(jiān)控，視頻監(jiān)控的功能僅局限于對電梯轎廂內(nèi)人員安全狀況的視頻記錄，根本滿足不了對電梯運(yùn)行狀況的監(jiān)測。有些雖然也采用了屬于短距離無線傳輸技術(shù)，但其受到通訊距離的限制，以及通信組網(wǎng)的限制，使其無法進(jìn)行大規(guī)模組網(wǎng)，同時(shí)還受到對電梯實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊?。因而，對電梯的運(yùn)行監(jiān)測是電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)，區(qū)域不同、條件不同，可應(yīng)用的通信方式也不同，因而，結(jié)合電梯遠(yuǎn)程監(jiān)測的實(shí)際需求，只能采用無線通信方式：

無線通信方式

無線通信方式主要采用移動(dòng)運(yùn)營商的無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接入業(yè)務(wù)，如：GPRS/CDMA/TD-SCDMA/WCDMA/EVDO以及更新的4G LTE網(wǎng)絡(luò)等。

無線方式的優(yōu)點(diǎn)是：成本低廉、建設(shè)工程周期短、適應(yīng)性強(qiáng)、擴(kuò)展性好、維護(hù)方便并且擴(kuò)展容易。

五、關(guān)于GPRS無線通信

GPRS（General Packet Radio Service）通用無線分組業(yè)務(wù)

所謂GPRS，是一種基于GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù)，提供端到端的、廣域的無線IP連接。GPRS充分利用共享無線信道，采用IP Over PPP實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)終端的高速、遠(yuǎn)程接入。作為現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)向第三代移動(dòng)通信演變的過渡技術(shù)（2.5G），GPRS在許多方面都具有顯著的優(yōu)勢。 

GPRS有下列特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)：

1）、中國移動(dòng)全國范圍的GSM/GPRS電信網(wǎng)絡(luò)，覆號覆蓋面廣、信號強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定、靈活、方便且快速，能以低建設(shè)成本為用戶數(shù)據(jù)終端提供遠(yuǎn)程接入網(wǎng)絡(luò)的部署；

2）、傳輸速率高，GPRS數(shù)據(jù)傳輸平均速度可達(dá)到57.6Kbps，zuigao可達(dá)到115Kbps—170Kbps，*可以滿足用戶應(yīng)用的需求，下一代GPRS業(yè)務(wù)的速度可以達(dá)到384Kbit/s；

3）、接入時(shí)間短，GPRS接入等待時(shí)間短，可快速建立連接，平均為兩秒；

4）、提供實(shí)時(shí)在線功能 “always online”，用戶將始終處于連線和在線狀態(tài)，這將使訪問服務(wù)變得非常簡單、快速；

5）、資費(fèi)便宜，計(jì)費(fèi)合理：GPRS是按流量計(jì)費(fèi)的，GPRS用戶只有在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)期間才占用資源，用戶可以一直在線，按照用戶接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包的數(shù)量來收取費(fèi)用，沒有數(shù)據(jù)流量的傳遞時(shí)，用戶即使掛在網(wǎng)上也是不收費(fèi)的。

GPRS業(yè)務(wù)，具有接入迅速、永遠(yuǎn)在線、流量計(jì)費(fèi)等特點(diǎn)，在遠(yuǎn)程突發(fā)性數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸中有不可比擬的優(yōu)勢，特別適合于頻發(fā)小數(shù)據(jù)量的電梯遠(yuǎn)程監(jiān)測的實(shí)時(shí)傳輸，在其他行業(yè)上也有普遍特殊的應(yīng)用：

如：

電力系統(tǒng)城市中壓低壓電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控和自動(dòng)補(bǔ)償

熱力熱網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控和維護(hù)

氣象實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)

城市公用事業(yè)實(shí)時(shí)監(jiān)控維護(hù)系統(tǒng)

煤氣調(diào)壓站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和自動(dòng)控制

智慧農(nóng)業(yè)信息化遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)

……

基于此，利用2G/3G/4G無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，基于服務(wù)端應(yīng)用寬帶有線網(wǎng)絡(luò)提供固定IP以及端口號，將這些服務(wù)端參數(shù)設(shè)置在才茂通信無線傳輸終端DTU上，利用它能夠自動(dòng)連接到電梯監(jiān)控中心，可以為電梯行業(yè)提供實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集、傳輸、發(fā)布、遠(yuǎn)程管理與控制、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)?解決方案。

六、關(guān)于才茂DTU無線數(shù)傳終端

DTU(Data Transfer Unit),全稱數(shù)據(jù)傳輸單元,為用戶提供高速、永遠(yuǎn)在線、TCP/UDP 透明數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓I(yè)級無線終端設(shè)備。產(chǎn)品采用高速高性能工業(yè)級ARM9 嵌入式處理器或者X86 架構(gòu)高性能嵌入式處理器，以實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為軟件支撐平臺，超大內(nèi)存，內(nèi)嵌自主知識產(chǎn)權(quán)的TCP/IP 協(xié)議棧，為用戶提供高速，穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)終端永遠(yuǎn)在線，多種協(xié)議轉(zhuǎn)換、虛擬網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)應(yīng)用。針對網(wǎng)絡(luò)流量控制的用戶，DTU 產(chǎn)品支持語音，短信，數(shù)據(jù)觸發(fā)上線以及超時(shí)自動(dòng)斷線的功能。同時(shí)也支持雙數(shù)據(jù)中心備份，以及多數(shù)據(jù)中心同步接收數(shù)據(jù)等功能。

七、系統(tǒng)簡介

才茂通信電梯遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，是專門為監(jiān)測電梯安全運(yùn)營研發(fā)的控制管理系統(tǒng)，其核心的功能是快速準(zhǔn)確的將電梯的運(yùn)行狀況傳輸?shù)诫娞荼O(jiān)測中心，以便監(jiān)測中心隨時(shí)監(jiān)測電梯的安全運(yùn)行，實(shí)時(shí)掌握電梯運(yùn)行狀況，及時(shí)反映安全隱患。同時(shí)在一旦出現(xiàn)故障時(shí)能夠及時(shí)反應(yīng)處理，以便準(zhǔn)確定位電梯故障區(qū)域，排除故障贏得寶貴的時(shí)間。

本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)在監(jiān)測中心實(shí)時(shí)觀看每部電梯的運(yùn)行狀況，包括電梯的到達(dá)樓層，轎廂的運(yùn)行狀態(tài)，電梯門的開閉狀態(tài)，電梯的運(yùn)行速度，方位等。當(dāng)電梯出現(xiàn)故障時(shí)可以及時(shí)自動(dòng)告警，電梯監(jiān)測人員與監(jiān)測中心的工作人員在獲知告警信息后可以快速地展開救援和檢修。系統(tǒng)也會將電梯的故障信息進(jìn)行記錄，準(zhǔn)確定位，并實(shí)時(shí)反饋電梯的故障現(xiàn)象，便于排查并解決問題。

本系統(tǒng)運(yùn)用zuixianjin的無線遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)，能夠監(jiān)測接入系統(tǒng)的分布于各地電梯的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況，在監(jiān)測中心使用強(qiáng)大的服務(wù)器，保障數(shù)據(jù)的快速處理，采用穩(wěn)定強(qiáng)大功能的數(shù)據(jù)庫，保障數(shù)據(jù)的存儲安全，前端監(jiān)測傳輸設(shè)備則采用才茂通信zuixin一代研發(fā)的無線數(shù)傳模塊DTU，基于穩(wěn)定的GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)，以確保電梯運(yùn)行的數(shù)據(jù)安全實(shí)時(shí)的傳回監(jiān)測中心。

八、系統(tǒng)組成

本方案系統(tǒng)主要由各運(yùn)行電梯、DTU無線數(shù)傳終端、GPRS無線通信基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)及有線互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)及相關(guān)通信設(shè)備、服務(wù)器及電梯遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)軟件等組成。

1）、各類升降電梯、扶梯、貨梯觀光梯等；

2）、DTU無線數(shù)傳終端；

3）、GPRS無線網(wǎng)絡(luò)及有線互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)；

4）、服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫；

5）、電梯遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)軟件；

九、系統(tǒng)拓樸圖

圖3：才茂通信電梯遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓樸圖

十、系統(tǒng)應(yīng)用及實(shí)現(xiàn)的功能

1）、設(shè)備的連接：各電梯控制板通過RS232或RS485接口與才茂通信的無線數(shù)傳模塊DTU一對一連接；

2）、服務(wù)端的部暑：在電梯監(jiān)測中心這一端，安裝一套機(jī)架式服務(wù)器作為服務(wù)器硬件設(shè)備。服務(wù)器硬件設(shè)備用于部暑才茂通信電梯遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，用于管理接收及發(fā)送DTU傳輸?shù)臄?shù)據(jù)；

3）、數(shù)據(jù)通道的架設(shè)：給服務(wù)器這一端申請使用一個(gè)固定IP地址，在與服務(wù)器連接的路由器這一端開設(shè)一個(gè)未曾使用的端口號，將這個(gè)服務(wù)器的IP地址與端口號配置到才茂通信的DTU，當(dāng)DTU相關(guān)設(shè)備啟用時(shí)，數(shù)據(jù)通過此通道傳輸；各DTU具有一個(gè)only的設(shè)備號，作為識別連接該電梯信息的DTU；

4）、數(shù)據(jù)的傳輸：當(dāng)DTU啟用時(shí)，即會通過GPRS網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心服務(wù)器建立透明傳輸通道，此時(shí)DTU即能夠收到來自各電梯實(shí)時(shí)發(fā)送的數(shù)據(jù)，通過DTU本身的無線遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)透傳功能，將數(shù)據(jù)原封不動(dòng)的發(fā)送到監(jiān)控中心服務(wù)器，運(yùn)用電梯遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)軟件的功能，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、處理、控制與統(tǒng)計(jì)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對每部電梯的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)；

5）、信息的顯示：系統(tǒng)可接顯示大屏，可將電梯的轎廂位置、行程方向、速度、門的操作、乘客等待時(shí)間、運(yùn)行時(shí)間、能量消耗和發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部故障等統(tǒng)統(tǒng)顯示于監(jiān)測中心大屏，方便監(jiān)測人員查看管理。

十一、才茂DTU功能的優(yōu)勢

1）豐富的接口類型：支持串口RS232接口、RS485接口、RS422接口、TTL接口或者USB接口， 滿足客戶應(yīng)用現(xiàn)場不同接口需求。

2）完善的網(wǎng)絡(luò)支持：支持GPRS/CDMA/WCDMA/TD-SCDMA/EVDO/LTE-FDD/LTE-TDD七大無線網(wǎng)絡(luò)，滿足不同行業(yè)客戶的全方面需求。

3）三層系統(tǒng)保護(hù)：在原來兩級（軟件保護(hù)+CPU內(nèi)置看門狗WDT保護(hù)）系統(tǒng)保護(hù)的基礎(chǔ)上，增加一級系統(tǒng)虛擬值守VWM（Virtual Man Watch）檢測保護(hù)功能，確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠

4)金屬外殼：采用金屬外殼，防輻射，抗干擾；外殼和系統(tǒng)安全隔離，防雷設(shè)計(jì)；符合電力安規(guī)要求；防護(hù)等級為IP41；特別適合于環(huán)境惡劣的工業(yè)控制領(lǐng)域。

5）*工業(yè)級設(shè)計(jì)生產(chǎn)，支持寬電壓5-32V供電。

6）通信模塊均采用工業(yè)級無線模塊，所有無線模塊都有通過CGD認(rèn)證或者FCC認(rèn)證或者CE認(rèn)證

7）高速處理CPU：采用高速性能工業(yè)級CPU，可以更加高速地處理各種協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；解決了業(yè)內(nèi)“假在線”、“假死機(jī)”、“當(dāng)機(jī)”等疑難問題。

8)超大內(nèi)存：FLASH64Mbits，SDRAM，256Mbits（不同型號內(nèi)存不同），有超大的內(nèi)存來緩存客戶發(fā)送數(shù)據(jù)，同時(shí)接收超大數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)不丟失。

9)DNS自動(dòng)獲取：自動(dòng)獲取DNS，不再需要人工配置輸入DNS；規(guī)避了因?yàn)檫x擇的DNS服務(wù)器異常而導(dǎo)致DTU設(shè)備當(dāng)機(jī)的嚴(yán)重現(xiàn)象。

10）完善的協(xié)議棧：新系統(tǒng)加載了完善的TCP/IP協(xié)議棧，采用了完善的TCP/IP協(xié)議棧；使網(wǎng)絡(luò)通信性能優(yōu)異，掉線概率*降低。

11）EMC性能優(yōu)異：通過電力3000V電擊測試，特別適合在工業(yè)領(lǐng)域環(huán)境惡劣下使用；系統(tǒng)EMC/EMI優(yōu)異，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠；通過EMC測試；

12）支持短信遠(yuǎn)程配置，遠(yuǎn)程控制；支持短消息告警；

13）智能防掉線。支持在線檢測，在線維持，掉線自動(dòng)重?fù)?，確保設(shè)備永遠(yuǎn)在線；

14）支持批量配置功能；

15）支持定制開發(fā)；

十二、DTU系列產(chǎn)品資質(zhì)與檢測報(bào)告

無線通信在線維持zhuanli技術(shù)

國家強(qiáng)制3C認(rèn)證

CE認(rèn)證

EMC檢測報(bào)告

著作版權(quán)證書

摩爾實(shí)驗(yàn)室高低溫檢測報(bào)告

福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院檢測報(bào)告等

RTU創(chuàng)新產(chǎn)品獎(jiǎng)

深圳比亞迪用戶測試報(bào)告

十三、才茂資質(zhì)

公司榮譽(yù)：

2009 年公司GPRS DTU 產(chǎn)品被評為“創(chuàng)新產(chǎn)品獎(jiǎng)”；

2011 年被評為“中國工控行業(yè)客戶滿意BEST供應(yīng)商”；

2012 年公司成為“中國質(zhì)量*行”會員；

2013 年公司成為“智能輸配電設(shè)備產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”會員；

2010 年被國家認(rèn)定的*企業(yè)；

2010 年被國家認(rèn)定的雙軟企業(yè)企業(yè)；

公司擁有1 項(xiàng)保持設(shè)備穩(wěn)定的zhuanli技術(shù)證書和12 個(gè)軟件著作版權(quán)證書；

全國設(shè)立了9 大區(qū)域辦事處，66個(gè)代理商，方便為客戶提供近距離貼心服務(wù)；

公司注冊資本1280 萬；廈門市重點(diǎn)扶持*企業(yè)；

12 年的行業(yè)研發(fā)積累和行業(yè)應(yīng)用考驗(yàn)。

十四、結(jié)束語

實(shí)施電梯遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，提供高質(zhì)量的電梯乘用服務(wù)和優(yōu)質(zhì)的維保服務(wù)，保障群眾乘梯安全和便利，明確各方主體責(zé)任，節(jié)約維護(hù)運(yùn)營成本，特別是提升電梯維保監(jiān)管水平方面，具有重要的意義。