物聯網控制技術在自動扶梯清潔技術中的應用探析

劉富海 馮冠君 繆小鋒 于振坤

（杭州職業(yè)技術學院，浙江 杭州310000）

由于國家現代化建設的速度不斷提升，公共基礎設施建設規(guī)模逐漸擴大，在各類商超、地鐵機場等建筑中都廣泛使用自動扶梯。自動扶梯在為乘客與貨物的運輸便利，也會有很多問題，清潔保養(yǎng)就是其中之一。通過采用物聯網技術中對自動扶梯數據信息進行采集，實時監(jiān)測扶梯內部灰塵層度，發(fā)送至主控平臺，完成智能化監(jiān)控和管理，實現自動扶梯的“按需維?！?。

1 我國自動扶梯清潔的現狀及研究背景

由于公共基礎設施建設規(guī)模逐漸擴大，自動扶梯數量急劇增加，相關的維保人員極度匱乏。傳統(tǒng)自動扶梯梯級清理的方式是將全部拆卸后用鏟子、刷子去清掃扶梯，耗時耗力，且對僅有的勞動力造成了束縛。而且，傳統(tǒng)清潔存在安全隱患，傳統(tǒng)清潔方式效率低下。例如，上?！皦糁埵录?，清潔工人被扶梯夾腿呆滯截肢”的事故[1]，即為每次清理時需要將全部桁架以上的梯級進行拆除，再到桁架內部進行清理，效率非常低下且不安全。加上自動扶梯管理部門對維保清潔精力投入不足，異物積累增加扶梯故障率，運行風險突顯。

2 物聯網技術支持下自動扶梯清潔系統(tǒng)的設計

根據《TSG T5002-2017 電梯維護保養(yǎng)規(guī)則》中自動扶梯維保的相關內容，進行產品的方案設計規(guī)劃，最終經過與企業(yè)專家討論得出最終設計預案。本系統(tǒng)主要分三部分，如圖1 所示：每月清掃一次的梯級弧面清潔、梯級面清潔和每年必須清潔一次的桁架底部清潔。以下分別從這三方面進行詳述制作基本思路。

2.1 方案。梯級弧面清潔：裝置由電機、電機底座、行程開關、開關觸發(fā)面、電磁鎖、伸縮桿、鋼絲繩、彈簧、毛刷、合頁、刷毛支架、輪支架、PU橡膠輪以及相應的電控單元組成。當扶梯梯級向下運動時，電機控制電路接通，電磁鎖接通，鎖舌收回，電機旋轉，帶動四根鋼絲繩以及彈簧釋放壓縮能，同時將梯級弧面清掃裝置放下，電機停止（通過單片機控制旋轉時間）。

圖1 自動扶梯清潔系統(tǒng)的結構圖

毛刷部分采用多段式合頁連接，可以使弧形毛刷剛好與梯級弧面部分相貼合，以便更加全面高效的清潔梯級弧面。裝置下面安裝有PU 橡膠輪，在梯級的運動過程中為裝置提供了一個運動的力，而由于伸縮桿和彈簧組成的套筒，為裝置固定了向上的運動方向。因此梯級運動帶動了裝置朝上運動。當裝置處于初始位置（彈簧釋放完能量，不被壓縮），在釋放能量復位這一過程中，裝置開始對梯級弧面進行第一次清掃。當扶梯下行時，返回側梯級向上運動梯級弧面帶動裝置做向上運動（彈簧開始壓縮蓄能），與此同時毛刷開始向上清理梯級弧面梳齒灰塵污物（二次清掃）。當該梯級通過后，在彈簧以及裝置的重力影響下，裝置回彈至初始位置的過程中（彈簧釋放能量），毛刷開始清掃下一個梯級弧面，當裝置被向上頂起時，進行二次清掃動作。以此往復（參考發(fā)動機曲軸運動）。當電梯停止或上行運動時，電機反轉，電磁鎖鎖舌釋放，裝置回收過程中，先是鎖舌將伸縮桿卡住鎖死，防止裝置下落造成安全隱患。當毛刷支架連接板碰到行程開關觸發(fā)面打掉開關，電機停止旋轉[3]。如圖2 所示，梯級弧面清潔的結構圖。

圖2 梯級弧面清潔的結構圖

梯級面清潔：主要采用滾筒的設計理念，滾筒周圍為長毛刷，安裝在下機艙蓋板處。將固定座底部增設豎向彈簧伸縮裝置，在彈性伸縮裝置前部且向下方向的機體內梯級為清潔結構，清潔結構的清潔部分被固定在彈性伸縮裝置上并與踢板相配合接觸，由于梯級的運行動作，踢板帶動清潔部分向上方移動，完成踢板外部表面的清潔。當一個梯級移動過后，清潔部分被彈性伸縮裝置拉回，完成與下一個梯級的配合接觸，反復動作實現了對所有梯級的清潔。

桁架底部清潔：設計一個類似于梯級的裝置，可以代替梯級安裝在梯級軌道上，裝置底部為長毛刷可以刷到桁架底部。桁架腳踢踏板的清潔部分主要由轉軸與滾筒組成。滾筒部分有滾筒部分與滾筒部分附帶的毛刷機構，滾筒部分被固定在轉軸上方，轉軸左右兩端轉動配合在彈性伸縮裝置上。情節(jié)部分使用滾動清潔的模式，滾筒被固定在轉軸上并且和踢板外部表面相接觸，扶梯的梯級的運行帶動滾筒向上方移動，滾筒向上方移動的過程中同時滾動，完成對踢板的清潔。滾筒的左右兩端還配備有輪盤，輪盤被固定在轉軸上，輪盤的面積介于滾筒的截面積和滾筒部分截面積之間，在滾筒左右兩端的輪盤減少了踢板帶動滾筒上移過程中的阻力，從而使得清潔部分的運行更為流暢。而踢板和滾筒配合接觸是，踢板將毛刷進行壓縮直至和輪盤完成配合接觸，再由輪盤完成對滾筒的帶動。

2.2 關鍵技術。自動智能控制技術。在桁架底部均勻布置多處紅外對射傳感器，將紅外對射傳感器采集到的數據進行數據處理和發(fā)送，即通過物聯網模塊將設備編號以及灰塵的厚度的相關信息上傳到服務器，維保員工可以通過手機APP 或者網頁查看自己負責的每臺設備的相關信息，主控制器和手機移動終端進行數據處理，即和標準數據（提前做好標定的數據）進行對比分析，當數據超過一定的閾值，手機像來電一樣進行報警，同時窗口彈出需要處理自動扶梯編號及位置信息。反饋到控制終端，終端再發(fā)出指令控制各部件的運動，以實現智能化的自動清潔的功能。嵌入式控制系統(tǒng)對灰塵程度以及油污程度實時上傳的數據進行分析和向各個運動部件發(fā)出動作指令，并實現各運動部件之間的協調關系。其關鍵技術如下所示：采集灰塵程度以及油污程度信號數據；主處理器數據分析；相應信號數據處理算法；發(fā)送指令數據至網絡端；監(jiān)測執(zhí)行端完成情況。物聯網控制技術。利用先進的計算機技術、網絡通訊技術，無線局域網技術，傳感器技術等，在自動扶梯智能清潔裝置上加入遠程控制、監(jiān)控功能，可通過APP 軟件對觀看當前和歷史狀態(tài)，并可控制裝置實現清潔以及去除油污等功能。即：遠程控制軟件的代碼編寫；物聯網系統(tǒng)的搭建；數據采集加密上傳；控制信號傳輸；執(zhí)行機構動作方式[4]。傳感器技術。主要為紅外線對射傳感器的使用。作為收集數據的一個重要途徑。通過紅外線發(fā)射端到達信號接收端的完整率，以反饋至主控制器進行處理，即傳感器靈敏度的調節(jié)和傳感器的最佳位置。

圖3

3 結論

我國當前使用的自動扶梯主要為人工清潔，人工清潔存在著作業(yè)耗時長，作業(yè)難的問題。而物聯網控制下的自動扶梯清潔系統(tǒng)具有布置簡單，耗時少，準確度高的有點，可以在短時間內對扶梯進行清潔，具有較大的應用價值。隨著城市化建設，電梯行業(yè)發(fā)展迅速，全國電梯數量的激增與電梯維保人員的匱乏，這將大大抑制電梯行業(yè)發(fā)展的勁頭，物聯網控制支持的扶梯自動清潔裝置，有助于增加電扶梯、自動人行道維保效率，且我國電梯保養(yǎng)量巨大，具有廣闊市場。