軌道交通自動扶梯與電梯物聯網監視系統

江錦濤

（北京城建設計發展集團股份有限公司，北京 100161）

近年來國內各大城市軌道交通建設進入快速發展階段，截至2016年底，全國共有43座城市批準了城市軌道交通建設規劃，共 29座城市軌道交通開通運營。預計到2020年，北京、上海、廣州、深圳等城市將建成較為完善的軌道交通網絡，南京、重慶、武漢、成都、鄭州等城市建成軌道交通基本網絡，我國城市軌道交通運營總里程將達到6 000 km。

為了方便乘客進出車站，滿足無障礙通行，車站出入口、站臺至站廳應設上下行自動扶梯和無障礙電梯[1]。全國如此大規模地發展城市軌道交通，自動扶梯與電梯（以下簡稱電扶梯）的設備數量將相應大幅增加。如何更好地管理數量如此龐大的電扶梯設備，保證設備運行的安全將成為軌道交通運營等部門面臨的重大難題。

1 電扶梯物聯網監視必要性

隨著物聯網技術的發展，電梯制造廠家如蒂森、奧的斯等建立了自己獨立的電梯遠程監視系統[2]。對于城市軌道交通電扶梯，考慮運營管理數量龐大、設備長時間重載荷運行、設備部件的運行工況不能及時掌握、安全運營壓力較大等因素，運營部門非常有必要建立電扶梯物聯網監視系統，以實現電扶梯運行狀態的實時監視及應急報警、設備故障的收集分類及分析、主要部件的監視與預警、維護保養狀態的管理、人員管理、設備風險分析評估管理等，提高設備運營的現代化管理水平，同時能為監督部門提供完善的數據，便于質量監督管理與緊急事故處理等。

2 電扶梯監視現狀

在既有軌道交通建設中，車站已實現了設備與環境監控系統（BAS）對電扶梯設備的狀態監視，部分城市如北京、上海、杭州等擬建立電扶梯物聯網監視系統。

2.1 BAS對電扶梯的狀態監視

BAS對電扶梯的運行狀態進行監視，通常電扶梯與BAS系統的接口采用硬線或者RS-485的通信接口。

BAS主要監視自動扶梯的檢修、一般故障、緊急故障、上行、下行、停止、急停、工/變頻、出入口扶梯蓋板防盜報警等狀態信息。其中，一般故障包括電機過流過載保護、主機速度監測異常、扶手帶速度監測異常、油泵故障、電源故障、工作制動器抱閘異常、制停距離超出限制等故障狀態。緊急故障包括緊急停止按鈕動作、安全開關動作等[3]。

BAS主要監視電梯的運行、停止、一般故障、緊急故障、檢修、警鈴報警等狀態信息，其中，一般故障包括上強迫減速故障、下強迫減速故障、兩層之間停止、不能開門、不能關門、不能啟動、平層不良、抱閘操作異常、停電等故障狀態。緊急故障主要是電梯轎廂內有人且電梯內警鈴報警的情況[4-5]。

2.2 電扶梯物聯網應用現狀

自動扶梯物聯網監視系統[6]主要是基于物聯網技術實現狀態實時監視、故障匯總及報警、基本信息管理等，具有語音對講和查看視頻功能，滿足城市地鐵電扶梯應急救援指揮的需求，該系統擬應用于杭州地鐵。自動扶梯物聯網監視系統總體架構如圖1所示。

圖1 自動扶梯物聯網監視系統總體架構Fig. 1 Overall architecture of the Escalator IoT monitoring system

2.3 既有電扶梯監視現狀的問題

現有軌道交通 BAS的監視功能僅實現了車站級電扶梯設備的基本運行狀態監視和故障報警，用于車站工作人員對電扶梯的管理。

既有電扶梯物聯網監視系統主要是實現設備實時運行狀態監視、進行故障匯總及報警、了解設備基本情況以及維保情況，提高緊急情況下的應急救援能力。無法實現設備各主要部件的狀態分析、故障預判、進行設備風險評估分析，電扶梯設備的運行安全性和可靠性亟待提高。

3 電扶梯物聯網監視系統構成

3.1 物聯網概述

物聯網是一個基于互聯網、傳統電信網等信息的承載體，讓所有能夠被獨立尋址的普通物理對象實現互聯互通的網絡。它具有普通對象設備化、自治終端互聯化和普適服務智能化3個重要特征[7]。

從技術架構上看，標準的物聯網系統可以分為 3層[8]，如圖2所示。

3.2 系統平臺構成

根據物聯網技術架構，軌道交通電扶梯物聯網監視系統平臺以電扶梯設備、數據采集及傳輸裝置、視頻監視系統（CCTV）和電話為基礎感知識別層，專用通信網絡作為傳輸系統平臺的網絡層，將電扶梯設備的運行狀態、故障信息、故障診斷信息、維保信息等傳輸到綜合管理平臺，為綜合管理應用平臺提供基礎信息來源。電扶梯物聯網監視系統構成如圖3所示。

3.3 系統信息采集與傳輸

電扶梯設備構成了全線網的電扶梯物聯網監視系統，需要考慮對已運營線路、在建和新建線路的電扶梯設備的信息采集與傳輸。

圖2 物聯網系統技術架構Fig. 2 Technical architecture of the Internet of Things system

圖3 電扶梯物聯網監視系統構成Fig. 3 Structure of the monitoring system of the escalator and elevator

對于已運營和在建線路的電扶梯設備，需要對其軟硬件進行升級和改造，設置 RS-485輸出端口，開放通信協議，通過數據采集傳輸設備（DTU）將電扶梯設備的數據通過移動網絡的方式傳送到物聯網平臺中心。

對于新建線路，招標時均要求電扶梯設置RS-485端口且采用開放的通信協議，配置數據采集傳輸設備（DTU），直接實現電扶梯設備與物聯網平臺中心的數據傳輸。

4 電扶梯物聯網監視系統功能

4.1 電扶梯信息的收集

4.1.1 運行狀態信息

電扶梯采用網絡傳輸方式將每臺設備的運行、停止、急停、檢修、所有故障信息等狀態信息傳輸到管理平臺，當電扶梯設備發生故障時，還應傳輸具體設備編號、故障時間、故障代碼以及故障內容等。另外，電扶梯運行總時間、主機功率、主機電壓、主機電流等所有能采集的實時狀態信息均應上傳管理平臺。

4.1.2 應急報警信息等級

電扶梯一般故障和緊急故障、自動扶梯急停、電梯轎廂乘客報警等重要報警信息發生時，系統應能實時報警，并以系統報警信息提示及聲光報警的形式發出報警。可對報警信息的重要性等級進行分類，如表1所示。

表1 電扶梯狀態監視信息Tab. 1 Monitoring information on the status of the escalator and elevator

針對不同報警等級，將報警的信息發送給相關的管理、運營、維保等人員，并根據不同等級明確具體的響應時間。

4.1.3 視頻與電話信息

既有軌道交通車站設置的電扶梯，CCTV已實現對自動扶梯的全梯路視頻覆蓋及對電梯的廳門、轎廂內的視頻覆蓋，實現車站控制室直接調用電扶梯的視頻信息。同時，電梯設置了五方通話[9]，即實現車控室、轎廂、控制柜、轎頂、底坑的五方對講。因此，綜合管理平臺可隨時調取相應的視頻信息，實現對自動扶梯上及電梯轎廂內運行狀態進行實時查看，同時能與轎廂內乘客進行通話。

4.1.4 故障智能診斷系統信息

結合運營部門對電扶梯故障監測的功能需求，電扶梯主要對平日例檢難以檢查的機械磨損部位和自檢故障信息進行監測，實現故障智能診斷和故障信息傳輸。

采集電扶梯主要部件的振動、溫度等相關狀態，通過故障智能診斷分析技術進行分析，提取故障特征信息，達到對測點故障的監測與判斷。這些監視診斷信息結合電扶梯設備自身的故障診斷信息，實現電扶梯故障趨勢分析和預警功能，提高設備的安全性和可靠性。

4.2 綜合管理平臺的功能

在綜合管理平臺設置基本信息管理、人員管理、運行狀態管理、視頻監視管理、外部接口、應急報警及故障管理、維保管理、風險評估管理等模塊，通過相應的管理模塊對電扶梯設備進行全面的了解。

4.2.1 設備信息管理

設備基本信息包括電扶梯的安裝位置和時間、整機以及主要部件的品牌、產地、型號、編號、生產時間、使用壽命、維保狀態、故障頻次及內容等全面的信息。

4.2.2 人員管理

人員管理包括運營管理部門、運營管理人員、維保單位、維保單位人員以及監督部門等的管理。同時，人員管理模塊可以根據報警等級設定將相應的報警信息發送到指定的工作人員。

同時，人員管理功能模塊與維保管理功能模塊關聯使用，每一次的維保記錄填寫均可自動關聯維保人員。

4.2.3 運行狀態管理

自動扶梯運行狀態信息包括上行、下行、停止、急停、工頻/變頻、一般故障、緊急故障等常規狀態，還包括在線/下線狀態、運行總時間、主機功率、主機電壓、主機電流、主機轉速、主機振動頻率、梯級運行速度、扶手帶運行速度、負載率、機房噪聲、控制柜溫度等實時狀態。

電梯運行狀態信息包括上行、下行、停梯、待機、檢修、一般故障、緊急故障等常規狀態，還包括在線/下線狀態、運行總時間、啟停次數、主機功率、主機電壓、主機電流、主機振動頻率、轎廂噪聲、蓄電池狀態、控制柜和變頻器溫度等實時狀態。

另外，基于故障智能診斷系統的監測狀態也傳輸至運行狀態管理模塊，進行實時監測。

4.2.4 視頻監視管理

根據軌道交通設計要求，CCTV已實現了對自動扶梯、電梯廳門和轎廂內的視頻覆蓋，視頻監視平臺可以遠程隨時調用所需要的相關視頻信息。

4.2.5 應急報警管理

結合電扶梯的狀態信息，對電扶梯的一般故障和緊急故障、自動扶梯急停、電梯轎廂乘客報警等重要信息進行報警，即當綜合管理平臺接收到報警后以報警信息提示及聲光報警的形式發出報警，提醒管理人員及時了解和處理報警狀態，同時根據報警等級將報警信息以電話、短信、APP等形式發送到各級管理人員、維保人員，相應的人員需進行確認，以提高故障應急反應和處理速度，避免發生惡性事故。

4.2.6 外部管理平臺

電扶梯設備屬于特種設備，由特種設備檢查部門監管，電扶梯物聯網監視系統可接入監管部門的管理平臺，便于其監視。同時，也可以將應急救援信息，如乘客被困電梯內的救援呼叫信息接入政府的應急救援中心，各方積極應對，以提高應急救援的能力，降低事故發生的概率。

4.2.7 故障管理

電扶梯具備完善的故障自診斷系統，當故障發生時，能自動判斷出故障發生的時間、位置，生成故障代碼，在電扶梯的顯示裝置上顯示故障代碼和故障內容。物聯網的故障管理模塊可記錄電扶梯的運行數據，以備查詢分析，當故障發生時，能自動將故障前后的運行數據單獨調出，并長期保存，以便進行故障分析；采用大數據統計分析的方法，分析故障的類型，預防電扶梯故障的發生，提高電扶梯運行的安全性和可靠性；為電扶梯的日常維護和保養提供直接的數據支持，提高維保工作的效率，降低維保運營成本；記錄維保人員維護保養的時間，方便管理部門對維保工作的監督與核查。

4.2.8 維保管理

電扶梯屬于成熟的設備，各大電梯制造單位制定了詳細的維保方案，維保項目的要求分為半月、季度、半年、年度4類，包括清潔、潤滑、檢查、調整、更換等安全要求[10]。通過維保管理系統，可以記錄每臺電扶梯設備正常維保周期的維保人員、維保內容、維保時間、存在問題、處理方案等，以及故障緊急維保的維保人員、維保響應時間、設備故障點、故障等級分類、故障是否排除、故障維修時間、故障處理方案等，并能將維修記錄進行統計、分類、匯總，根據維保周期形成維保記錄，根據故障處理結果形成故障分析報告等，通過數據統計掌握電扶梯的運營工況。同時，維保管理系統具備維修記錄和故障處理報告的實時查詢、通用格式導出以及打印功能。

通過對電扶梯設備部件的維保管理，掌握各部件，特別是影響運營安全的關鍵部件的使用壽命，根據各個城市的環境建立電扶梯設備的修程，進而結合每臺電扶梯的使用環境（溫度、濕度、荷載）制定維保計劃。另外，通過實時運營狀態監視、設備系統自診斷系統、外部故障智能診斷系統等，將計劃修和狀態修有機結合，制定全面的電扶梯設備管理制度。

4.2.9 風險評估管理

風險評估管理系統對故障管理庫、維修管理庫的數據進行挖掘分析，例如分析在不同運行工況下的電扶梯設備，其主體內自動扶梯、出入口自動扶梯、換乘車站自動扶梯（針對長時間大客流）、主體電梯、出入口混凝土井道電梯、出入口鋼結構井道電梯等工況下各主要部件的故障類型、發生頻次、周期、使用壽命等，充分掌握各主要部件的實際使用狀況及使用壽命，分析主要部件的風險源。同時，結合故障智能診斷系統的趨勢預判，提出每臺或者相同工況下電扶梯設備各主要部件的風險預警提示，以降低電扶梯故障，特別是惡性故障的發生率，提供設備運行的安全性和可靠性。

5 結論

城市軌道交通自動扶梯與電梯設備的運行安全是軌道交通正常運營的重要保障。自動扶梯與電梯物聯網監視系統基于物聯網技術，通過網絡傳輸系統，搭建運營管理平臺，采用設備故障采集與分析方法、故障智能診斷技術等，實現電扶梯設備的風險預防報警，防患于未然，提供設備運行的安全性和可靠性，保障乘客的出行安全。