基于以太网的电梯远程监控系统设计-本科毕业论文.doc
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1、 毕业设计题目:基于以太网的电梯远程监控系统设计 III基于以太网的电梯远程监控系统设计摘要实现对基于以太网的电梯远程监控的目标,但长期以来并没有得到很好的实现。本课题利用现场数据采集器采集电梯的运行状态信息为基础,采用以太网将数据进行远程传输和利用LabVIEW软件编写的远程界面,开展在远程终端对电梯运行状态显示的测试,实现了对通过以太网传输的电梯现场的运行状态信息在远程监控端的直观显示,从而达到了远程监控的目的。本文以计算机技术和网络技术的发展为课题背景,论述了利用虚拟仪器对基于以太网的电梯远程监控系统的开发过程,主要完成课题中利用带有TCP/IP协议的接口进行数据传输、数据校验、数据库数
2、据管理和远程监控界面设计。首先介绍了电梯远程监控系统的应用现状和发展趋势、以太网进行数据传输的特点和应用和虚拟仪器在系统开发中的特点和优势。其次,介绍了该监控系统的功能、需要解决的问题和相应的解决方案。另外,本文还介绍了利用网络进行数据收发的实现过程,介绍了利用CRC对数据进行校验、数据库对数据管理和远程监控界面的设计方案。本文最后提出了设计中的一些不足之处和对今后的一些要求。论文结尾附有系统相关程序框图的截图。关键词:以太网LabVIEW远程监控 CRC校验 数据库 Design of Remote Elevator Monitoring System Based on EthernetAb
3、stractThe goal of remote elevator monitoring system based on Ethernet has not been achieved for a long time. The topic based on the elevator running status information collected by data acquisition system via Ethernet for remote transmission. Remote receiver terminal has remote monitoring interface
4、written by LabVIEW to show the elevator running status information received by Ethernet in order to achieve the goal of remote monitoring.In the subject background of the development trend of the computer and network technology, this thesis introduces the development process of remote elevator monit
5、oring system based on Ethernet using virtual instrument, mainly completes data transmission via the interface with TCP/IP protocol、data validation、database data management and the design of remote monitoring interface. Firstly, this thesis introduces application status and development trends of remo
6、te elevator monitoring、Ethernet data transmission characteristics and applications and the features and advantages of the virtual instrument in the system development. Secondly, this thesis includes that the monitoring system needs to solve problems and corresponding solutions. In addition, this the
7、sis describes the use of Internet data transceiver, also describes the specific design of using CRC data validation、database management and remote elevator monitoring interface. This paper finally puts forward the design of some of the deficiencies and some of the requirements for the future. There
8、are some related screenshots of block diagrams in the end of the paper. Keywords: Ethernet; LabVIEW; Remote monitoring; CRC Check; Database 目录摘要IAbstractII第一章 绪 论11.1概述11.2以太网数据传输技术的介绍和应用21.3虚拟仪器介绍41.4基于以太网的电梯远程监控系统应用前景51.5本文的主要工作5第二章 电梯远程监控系统硬件概述72.1系统总体概述72.2系统硬件组成72.2.1电梯PLC控制器72.2.2电梯运行信息数据采集器72
9、.2.3安装在轿箱顶部的各种传感器82.2.4远程监控端82.3系统功能8第三章 电梯远程监控系统软件设计93.1系统软件总体功能93.2系统软件总体结构93.3系统子程序流程103.2.1系统初始化子程序103.2.2网络连接程序113.2.3 数据结构介绍143.2.4数据库操作程序143.2.5数据校验程序183.2.6基于云计算的安全问题解决对策253.2.7数据处理和显示26第四章 系统调试314.1系统调试方案设计314.1.1模拟网络连接方案设计314.1.2模拟数据校验方案设计324.1.3模拟数据接收显示方案设计324.1.4实际数据接收显示方案设计334.2系统调试与结果3
10、34.2.1虚拟网络连接调试结果334.2.2模拟数据校验调试结果344.2.3模拟数据接收显示调试结果354.2.4实际数据接收显示调试结果364.3系统调试中遇到的问题和解决方案37结语39参考文献40致谢42附录1:VI层次结构43南京工业大学本科生毕业设计(论文)第一章 绪 论1.1概述高层建筑的大量涌现,带动了电梯行业的飞速发展,电梯也日益深入到人们的日常生活当中,作为重要的交通工具得到了广泛的应用。电梯属于特种设备,结构复杂,安全运行可靠性要求高1。保证电梯安全可靠运行,是电梯用户关心的焦点。国家也出台了一系列强制规范,针对电梯生产、安装、运行、维修、改造、保养等过程进行监管2。随
11、着计算机技术和通讯技术的发展以及互联网应用的普及,通过专用网络进行数据传输在各个领域的应用已日益广泛,电梯的远程监控技术便是其中一例3。电梯远程监控系统(Remote Elevator Monitoring System,REMS),是指某个区域(一幢大楼,一群大楼,一个小区,一个城市等)中安装多部电梯后,对这些电梯进行集中远程监控,并对这些电梯的数据资料进行管理、维护、统计、分析、故障诊断及救援。其目的是对在用电梯进行远程维护,远程故障诊断及处理,故障的早期诊断与早期排除,以及对电梯的运行性能及故障情况进行统计与分析,并在分析的基础之上选择合理的运行方案4。总之安全可靠、运行稳定、界面友好、
12、管理便捷已经日益成为如今电梯监控系统发展的主流方向。目前国内对电梯的维护与管理主要采用的是定期上门保养,发生故障时电话召修的传统方式,但这种方式越来越不适应时代的发展要求。由于电梯数量巨大,分布广泛,运行资料库缺乏,遇到故障时只能手动报警,查找分析故障原因,恢复运行的时间久,有些积累、渐进性的问题没有被发现而没有得到及时有效的处理,积累到最后会产生较严重的后果。传统的定期检查方法已经明显不符合电梯快速发展的要求。不能及时地提供对电梯日常运行的记录和监测资料,增加了分析与排除故障的难度,大大延长了维修的时间。电梯的远程监控技术正是基于以上原因而出现的,电梯远程监控技术是随着计算机控制技术和网络通
13、信技术的发展而产生的电梯控制领域的前沿技术。电梯远程监控则能够很好的解决这些问题。电梯远程监控系统充分融合了计算机技术、通信技术、智能控制技术的各项优势,可实现基于网络技术的电梯远程监控及故障诊断。通过远程监控,使得现场利用数据采集器采集到的数据通过以太网进行远程传输,使位于远程的计算机获得电梯的运行状态参数,能够实时监测电梯的状态,采集电梯运行参数,实现故障的早期预告和排除5。对电梯发生的故障及时进行处理,甚至可以根据电梯运行的状态预测可能出现的故障,提前发出警告,并将其排除在发生之前,变被动维护为主动,保证电梯的正常运行6。远程监控可以克服地理位置等因素对电梯管理的影响,节约管理资源,提高
14、维修效率,降低电梯故障发生率和维保费用。远程电梯监控使得电梯的运行更加人性化,成为安全舒适的交通工具。1.2以太网数据传输技术的介绍和应用以太网出现于1975年,于1990年正式成为ISO/IEC8802.3国际标准。在这期间,以太网从最初的10Mbps以太网,发展到100Mbps快速以太网和交换式以太网,直到发展到千兆以太网和光纤以太网。开始以太网只有10Mbps的吞吐量,使用的是带有冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD,Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection)的访问控制方法,这种早期的10Mbps以太网称之为标准以太网。以太
15、网可以使用粗同轴电缆、细同轴电缆、非屏蔽双绞线、屏蔽双绞线和光纤等多种传输介质进行连接,并且在IEEE 802.3标准中,为不同的传输介质制定了不同的物理层标准,在这些标准中前面的数字表示传输速度,单位是“Mbps”,最后的一个数字表示单段网线长度,基准单位是100m。随着网络的发展,传统的标准以太网技术已难以满足日益增长的网络数据流量的速度需求。快速以太网与原来在100Mbps带宽下工作的FDDI相比它具有许多的优点,最主要体现在快速以太网技术可以有效的保障用户在布线基础实施上的投资,它支持3、4、5类双绞线以及光纤的连接,能有效地利用现有的设施。快速以太网的不足其实也是以太网技术的不足,那
16、就是快速以太网仍是基于CSMA/CD技术,当网络负载较重时,会造成效率的降低,当然这可以使用交换技术来弥补。 千兆以太网技术作为最新的高速以太网技术,给用户带来了提高核心网络的有效解决方案,这种解决方案的最大优点是继承了传统以太技术价格便宜的优点。千兆技术仍然是以太技术,它采用了与10M以太网相同的帧格式、帧结构、网络协议、全/半双工工作方式、流控模式以及布线系统。由于该技术不改变传统以太网的桌面应用、操作系统,因此可与10M或100M的以太网很好地配合工作。升级到千兆以太网不必改变网络应用程序、网管部件和网络操作系统,能够最大程度地保护投资。此外,IEEE标准将支持最大距离为550米的多模光
17、纤、最大距离为70千米的单模光纤和最大距离为100米的同轴电缆。千兆以太网填补了802.3以太网和快速以太网标准的不足。万兆以太网规范包含在 IEEE 802.3 标准的补充标准 IEEE 802.3ae 中,它扩展了 IEEE 802.3 协议和 MAC 规范,使其支持 10Gbps的传输速率。开放的以太网是20多年来发展最成功的网络技术,并导致了一场信息技术的革命7。以太网是现有局域网采用的最通用的通信协议标准。该标准定义了在局域网中采用的电缆类型和信号处理方法8。以太网是建立在CSMA/CD机制上的广播型网络,以太网中节点都可以看到在网络中发送的所有信息。当以太网中的一台主机要传输数据时
18、,它将按如下步骤进行:1)监听信道上是否有信号在传输。如果有信号在传输,表明信道处于忙状态,就继续监听,直到信道空闲为止; 2)若没有监听到任何信号,就传输数据 ;3)传输的时候继续监听,如发现冲突则执行退避算法,随机等待一段时间后,重新执行步骤1)。当冲突发生时,涉及冲突的计算机会发送返回到监听信道状态。每台计算机一次只允许发送一个包,一个拥塞序列,以警告所有的节点;4)若未发现冲突则发送成功,所有计算机在试图再一次发送数据之前,必须在最近一次发送后等待9.6微秒(以10Mbps运行为例)。冲突的产生是限制以太网性能的重要因素,早期的以太网设备如集线器是物理层设备,不能隔绝冲突扩散,限制了网
19、络性能的提高。而交换机作为一种能隔绝冲突的二层网络设备,极大的提高了以太网的性能。正逐渐替代集线器成为主流的以太网设备。通过在交换机上划分VLAN和采用三层的网络设备路由器解决了冲突的产生和控制网络中广播流量的问题。以太网支持的传输介质为粗同轴电缆、细同轴电缆、双绞线、光纤等,其最大的优点是简单、经济、易被人们所掌握,所以深受广大用户欢迎9。以太网星型的拓扑结构管理方便、容易扩展,需要专用的网络设备作为网络的核心节点、需要更多的网线、对核心设备的可靠性要求高。采用专用的网络设备,如集线器或交换机,作为核心节点,通过双绞线将局域网中的各台主机连接到核心节点上,这就形成了星型结构。星型网络虽然需要
20、的线缆比总线型多,但布线和连接器比总线型的要便宜。此外,星型拓扑可以通过级联的方式很方便的将网络扩展到很大的规模,因此得到了广泛的应用,被绝大部分的以太网所采用。以太网是构建电梯远程监控的理想平台。快速以太网极大提高了10BaseT以太网的传输速率,使得10BaseT以太网现有的应用程序和网络管理工具能够在快速以太网上使用10。千兆位以太网是一种新型高速局域网,由于千兆以太网采用了与传统以太网、快速以太网完全兼容的技术规范,因此千兆以太网除了继承传统以太局域网的优点外,还具有升级平滑、实施容易、性价比高和易管理等优点。网络技术的成熟为电梯远程监控系统创造了很好的平台,数据可以很方便、快捷、安全
21、的进行传输。在保证数据完整性和安全性方面,提供了很好的平台,可以很方便的实现系统的数据传输通信功能。1.3虚拟仪器介绍虚拟仪器(virtual instrument)是基于计算机的仪器,计算机与仪器之间的密切结合是现在仪器发展的一个重要的方向。所谓的虚拟仪器,就是在以通用计算机为核心的硬件平台上,由用户自己设计、定义、具有虚拟面板、测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统11。常用的虚拟仪器的构成方案如图1-1所示。虚拟仪器的主要特点是可以尽可能采用通用的硬件,各种仪器的差别主要是软件;可以充分发挥计算机的能力,具有强大的数据处理能力,因而能够做出具有强大功能的仪器;同时用户还可以根据自己的
22、需要定义和设计各种相应的仪器。图1-1 常用的虚拟仪器的构成方案LabVIEW(laboratory virtual instrument engineering workbench)是一种图形化的编程语言和开发环境,被广泛的应用于研究实验室、学术界和工业界。LabVIEW 是一个功能强大的软件,为虚拟仪器设计者提供了一个便捷、轻松的设计环境12。LabVIEW尽可能利用工程技术人员所熟悉的术语、图标和概念,是一种面向终端用户的开发工具,可以增强工程人员构建自己的科学和工程系统的能力,可为仪器编程和数据采集系统提供便捷途径。LabVIEW是一个功能强大且灵活的软件,利用它可以方便地建立自己的虚
23、拟仪器13。本系统使用的软件平台为LabVIEW。LabVIEW软件具有强大的功能,内置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件标准的库函数,提供的通信方式有TCP、浏览器、RDA、和DataSocket四种方式。TCP/IP协议是网络中使用的基于软件的通信协议,包括传输控制协议TCP和网际协议IP,可使不同环境下不同节点之间彼此进行通信,是连入Internet的所有计算机在网络上进行各种信息交换和传输所必须采用的协议14。而TCP/IP协议可以被LabVIEW软件直接应用的是传输层, LabVIEW提供了与TCP和IP协议相应的功能函数。这样用户可直接调用TCP模块中已发布的TCP VI
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