周國(guó)震
(菏澤市產(chǎn)品檢驗(yàn)檢測(cè)研究院 山東 菏澤 274000)
隨著城市化進(jìn)程的加快,促使社會(huì)發(fā)展朝向具有更強(qiáng)舒適性、和諧性的居住環(huán)境發(fā)展。其中,電梯作為能夠?yàn)槿藗兂鲂刑峁┹^強(qiáng)便利性的工具,在現(xiàn)階段城市建設(shè)當(dāng)中有著極其廣泛的應(yīng)用范圍。在此背景下,電梯安全防控的重要性日益顯現(xiàn),人們的生命、財(cái)產(chǎn)安全與電梯運(yùn)行質(zhì)量有著緊密關(guān)系,如何為電梯安全防控工作提供保障,促進(jìn)電梯運(yùn)行質(zhì)量,已成為電梯安全管理工作中首要解決的問題。而通過電子信息與電梯安全技術(shù)的深層次融合,能夠不斷優(yōu)化與完善電梯安全管理中存在的問題,確保電梯可在具有較強(qiáng)安全性與穩(wěn)定性的環(huán)境中運(yùn)行。
電梯是在城市人口逐漸集中、高層建筑不斷增多的情況下而誕生的,電梯的出現(xiàn)為人們?cè)诟邔咏ㄖ?dāng)中的出行與搬運(yùn)貨物間,創(chuàng)造了極為便利的條件。在電梯發(fā)展過程中,其相關(guān)控制技術(shù)歷經(jīng)了繼電器、微機(jī)單晶片、可編程控制器3個(gè)階段。其中,在繼電器控制方面弊端較多,且伴有較高的電梯故障率,可靠性難以得到有效提升,同時(shí)該控制方式接線工作復(fù)雜性較高、通用性不強(qiáng)。在20世紀(jì)80年代,微機(jī)單晶片開始逐步在電梯控制系統(tǒng)中得到應(yīng)用,使電梯控制系統(tǒng)邁入全新發(fā)展領(lǐng)域當(dāng)中,且在日后成為了電梯發(fā)展的主要趨勢(shì)。隨后,以微機(jī)單晶片為基礎(chǔ)的可編程控制系統(tǒng)(programmable logic controller,PLC)問世,該系統(tǒng)與微機(jī)單晶片控制系統(tǒng)相同,二者皆具有節(jié)能、空間占用小、可靠性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。PLC屬于電子信息技術(shù)中的一種,主要通過梯形圖語(yǔ)言,促使電梯控制操作具有更強(qiáng)地靈活性與便利性,且能夠重復(fù)使用,自身抗干擾能力也較強(qiáng),與計(jì)算機(jī)直接連接,能夠?yàn)殡娞葸\(yùn)行提供良好可靠性支撐[1]。
電梯位置處于高層建筑電梯井之內(nèi),在電梯檢驗(yàn)工作中,纜繩等相關(guān)設(shè)備的檢測(cè)工作需要維護(hù)人員深入電梯井內(nèi)部才能開展,甚至需要維護(hù)人員在井內(nèi)攀爬,此項(xiàng)工作也是高空作業(yè)中的一種,電梯井空間也相對(duì)狹小,稍有不慎便會(huì)發(fā)生高空墜落事故。另外,為能夠?qū)﹄娞菰O(shè)備實(shí)施全方位檢驗(yàn),維護(hù)工作人員需在電梯轎頂或不同樓層之間進(jìn)行檢驗(yàn)工作,這也是導(dǎo)致高空墜落風(fēng)險(xiǎn)的主要誘因之一。
不同類型電氣設(shè)備也會(huì)參與到電梯運(yùn)行當(dāng)中,且電梯內(nèi)設(shè)置的電氣設(shè)施較多,故而電梯井內(nèi)部會(huì)存有諸多電纜,相關(guān)維護(hù)人員若稍有不慎,便極易發(fā)生觸電等意外事故。電梯主要以金屬材料為主,若發(fā)生電氣設(shè)備漏電現(xiàn)象,便會(huì)令電梯成為電導(dǎo)體,使維護(hù)人員觸電發(fā)生概率大幅度提升。由于電梯井屬于惡劣環(huán)境,在電梯經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行使用后,其內(nèi)部線路與電氣設(shè)備便會(huì)由于線路老化而出現(xiàn)漏電、短路等問題,此類問題也極易引發(fā)觸電風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生。
為了有效避免電梯事故的發(fā)生,我國(guó)近年來(lái)對(duì)電梯質(zhì)量把控與設(shè)備檢修次數(shù)不斷強(qiáng)化,但每年仍會(huì)發(fā)生較多的電梯事故。通過對(duì)我國(guó)電梯事故發(fā)生原因的調(diào)查分析能夠看出,電梯事故引發(fā)原因主要分為電梯使用人員對(duì)電梯設(shè)備操作不當(dāng)、電梯自身質(zhì)量問題、違章作業(yè)。因此,為能夠?qū)㈦娞莨收习l(fā)生概率降至最低,我國(guó)不僅運(yùn)用電子信息技術(shù)針對(duì)電梯設(shè)備檢修效率與質(zhì)量加以強(qiáng)化,同時(shí)也通過電子信息技術(shù)提升了電梯安全水平,并且為降低電梯事故發(fā)生時(shí)對(duì)相關(guān)人員人身安全所造成的威脅,我國(guó)目前也運(yùn)用了“互聯(lián)網(wǎng)+”與電子信息化技術(shù)構(gòu)建了應(yīng)急處理平臺(tái)[2]。
本文主要以大數(shù)據(jù)與電子信息技術(shù)為基礎(chǔ),結(jié)合電梯功能性需求:1)滿足政府監(jiān)管部門需求,本文設(shè)計(jì)能夠針對(duì)維保、物業(yè)等單位加以有效監(jiān)督,并對(duì)其資質(zhì)、業(yè)績(jī)等工作開展深層次監(jiān)督管理,使電梯能夠具有應(yīng)急救援處置、報(bào)警聯(lián)動(dòng)、事故取證等功能。2)滿足使用單位需求,通過搭建公共服務(wù)平臺(tái),對(duì)電梯年檢、故障、預(yù)警等信息加以整合,將電梯故障發(fā)生率降至最低,同時(shí)在發(fā)生安全事故時(shí)確保縮短救援時(shí)間。3)滿足維護(hù)需求,通過管理終端為相關(guān)工作人員提供電梯運(yùn)行、故障、維修保養(yǎng)等相關(guān)數(shù)據(jù),針對(duì)電梯與工作人員實(shí)行雙向監(jiān)督管理。在滿足上述需求基礎(chǔ)上,本文進(jìn)行了電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)(圖1)設(shè)計(jì)。此平臺(tái)主要以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),集綜合定位、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)(internet of things,IoT)、無(wú)線遠(yuǎn)程通信等電子信息技術(shù)于一體,在電梯中增設(shè)數(shù)據(jù)采集器后,將數(shù)據(jù)傳輸至互聯(lián)網(wǎng),實(shí)現(xiàn)電梯運(yùn)行數(shù)據(jù)信息收集后,將信息向監(jiān)控終端進(jìn)行傳遞。電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)大數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 遠(yuǎn)程安全監(jiān)控平臺(tái)

圖2 電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)大數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
硬件主要由可編程控制器、步進(jìn)電機(jī)、傳感器等共同構(gòu)建而成,其中本系統(tǒng)在可編程控制器內(nèi)部應(yīng)用過程中,需要確定2個(gè)軸線:誤差(E)和誤差偏差(ΔE),該誤差數(shù)量是下文軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和返回距離之間差異。當(dāng)前的偏差E為誤差值,在循環(huán)1次時(shí)差(Δt)較短的情況下,可以將其看作是一個(gè)誤差量(En-1),或稱為錯(cuò)誤的微小成分(ΔE/Δt)。
3.2.1 可編程控制器
使用三菱電機(jī)(中國(guó))有限公司生產(chǎn)的可編程控制器,該控制器能夠在計(jì)算機(jī)通信模式中,將信息數(shù)據(jù)類型劃分為PLC元件讀取與交互式信息及PLC寫入元件與交互式信息2種。
3.2.2 步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器
使用的步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器可達(dá)到遠(yuǎn)距離目的,為乘客節(jié)省乘坐時(shí)間,并能準(zhǔn)確地定位于地面。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)無(wú)論采用PM型、VR型,還是復(fù)合型步進(jìn)電動(dòng)機(jī),其定子形均采用齒形。這是由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按脈沖信號(hào)依次激勵(lì)定子勵(lì)磁,通過數(shù)字電壓來(lái)調(diào)節(jié)其旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)方向。從電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)機(jī)理來(lái)看,如果將它的脈沖激勵(lì)信號(hào)依次傳輸?shù)紸、A+、B+,轉(zhuǎn)子便會(huì)被轉(zhuǎn)移到右邊(正向轉(zhuǎn)動(dòng)),反之,如果見序列調(diào)轉(zhuǎn)來(lái),轉(zhuǎn)子便會(huì)向左邊運(yùn)動(dòng)(反向)。
3.2.3 傳感器
使用穿管器能夠通過取樣對(duì)信號(hào)進(jìn)行輸入,隨后傳送至可編程控制器輸入端當(dāng)中,從而在控制器內(nèi)部對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算與處理。
在通常情況下,電梯監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)會(huì)使用LabVIEW這一軟件,該軟件能夠令電梯系統(tǒng)監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互,且相關(guān)工作人員也可通過此軟件系統(tǒng)針對(duì)電梯運(yùn)作情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。電梯實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件在對(duì)數(shù)據(jù)采集反饋的信息進(jìn)行處理,能夠呈現(xiàn)電梯傳感器使用狀態(tài)與相關(guān)數(shù)據(jù),隨后以傳感器使用狀態(tài)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),針對(duì)正常運(yùn)作狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析,從而確保電梯運(yùn)行狀態(tài)精準(zhǔn)判斷。在電梯運(yùn)行中,若電梯限位開關(guān)處于常閉狀態(tài),此時(shí)電梯門狀態(tài)反饋信息會(huì)表示電梯門處于打開狀態(tài),并顯示故障狀態(tài),由相關(guān)工作人員抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)察看,避免發(fā)生意外。假設(shè)電梯運(yùn)行時(shí),若電梯限位開關(guān)位置表示電梯已經(jīng)在準(zhǔn)確樓層停靠,便對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)是否正常進(jìn)行判斷,若電梯處于運(yùn)行狀態(tài),未抵達(dá)準(zhǔn)確樓層,這并不能表示電梯已經(jīng)出現(xiàn)故障,若電梯處于停止?fàn)顟B(tài),并檢測(cè)到電梯并未達(dá)到準(zhǔn)確樓層,便表明已經(jīng)出現(xiàn)故障,且無(wú)法繼續(xù)投入使用。
3.4.1 傳感器模塊設(shè)計(jì)
在電梯安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)當(dāng)中,傳感器是其重要的基礎(chǔ)模塊,主要有不同類型功能的傳感器共同構(gòu)建而成,其在電梯運(yùn)行當(dāng)中能夠?qū)χT多類型數(shù)據(jù)加以有效檢測(cè)。若電梯在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中產(chǎn)生故障導(dǎo)致電梯無(wú)法到達(dá)準(zhǔn)確樓層時(shí),此時(shí)電梯使用人員會(huì)被困于其中,可通過平層傳感器檢測(cè)電梯準(zhǔn)確位置并定位。另外,也可使用專門的傳感器檢測(cè)電梯門,在電梯發(fā)生故障時(shí)先對(duì)內(nèi)部人員安全加以確認(rèn),故而可在電梯當(dāng)中安裝人體紅外傳感器,對(duì)電梯內(nèi)人員生命體征加以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在電梯運(yùn)行過程中,其承載重量也是其主要故障原因,因此可在電梯內(nèi)部安裝壓力傳感器。
3.4.2 數(shù)據(jù)傳輸模塊設(shè)計(jì)
電梯安全監(jiān)控系統(tǒng)主要以電子信息技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展而來(lái),在使用時(shí)能夠產(chǎn)生不同含義的監(jiān)控信號(hào),此類信號(hào)在經(jīng)過采集傳輸系統(tǒng)后被輸送至電梯安全監(jiān)控平臺(tái)當(dāng)中,此時(shí)平臺(tái)會(huì)對(duì)電梯實(shí)際運(yùn)行情況加以顯示,從而為電梯管理與維修人員處理電梯故障提供極大便利。在通常情況下,電梯運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)采集工作主要是在電梯內(nèi)完成,但是由于電梯內(nèi)部空間較為狹小且封閉,故而需要安裝小型信息手機(jī)裝置。同時(shí)為確保數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備具有良好的適應(yīng)能力,能夠在不良環(huán)境當(dāng)中平穩(wěn)運(yùn)行,對(duì)電梯傳輸模塊堅(jiān)固性、耐用性、緊湊性等方面提出更高要求。另外,由于電梯井主要以金屬材料構(gòu)成,電梯著火時(shí)會(huì)令電梯井溫度出現(xiàn)較大變化,因此需確保數(shù)據(jù)收集模塊具有較強(qiáng)溫度適應(yīng)能力,在通常情況下,在設(shè)計(jì)電梯安全監(jiān)控傳感數(shù)據(jù)采集模塊過程當(dāng)中,傳感器型號(hào)主要以NIWSN3202為主,此模塊輸入端看屬于工業(yè)級(jí)別,不僅使用壽命較長(zhǎng),且其環(huán)境溫度變化適應(yīng)能力也極強(qiáng),能夠在零下四十?dāng)z氏度至七十?dāng)z氏度之間穩(wěn)定運(yùn)作,且在此數(shù)據(jù)模塊當(dāng)中,各有四個(gè)模擬量輸入端與數(shù)字量輸入端,在采集數(shù)據(jù)時(shí)可根據(jù)實(shí)際電壓、開關(guān)量等確保設(shè)備在5 V至30 V電壓范圍內(nèi)平穩(wěn)運(yùn)行,并且其信號(hào)采集系統(tǒng)能夠提供最大1 A的輸入電流[3]。
3.4.3 數(shù)據(jù)接收模塊設(shè)計(jì)
在電梯安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中可通過數(shù)據(jù)接收模塊對(duì)電梯內(nèi)部傳感器數(shù)據(jù)采集模塊反饋的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析,并與內(nèi)部數(shù)據(jù)采集模塊終端節(jié)點(diǎn)之間相互作用。在此過程中,可在IoT的幫助下對(duì)電梯監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)接收或發(fā)送,通常情況下,主要以NI9795型號(hào)數(shù)據(jù)接收模塊為主,在應(yīng)用此模塊的同時(shí),可與最多36個(gè)WSN測(cè)量節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行共同通信,針對(duì)電梯不同階段監(jiān)測(cè)信號(hào)同時(shí)采集,將電梯故障實(shí)時(shí)輸出至監(jiān)控室內(nèi),此時(shí)監(jiān)控室故障信號(hào)也會(huì)發(fā)出相應(yīng)提示,提醒相關(guān)工作人員電梯發(fā)生故障,此時(shí)需工作人員趕到現(xiàn)場(chǎng)針對(duì)故障開展維修工作,為電梯運(yùn)作安全性與穩(wěn)定性提供有力保障。
大數(shù)據(jù)為各行業(yè)領(lǐng)域發(fā)展空間得到大幅度擴(kuò)展,也令電梯安全管理平臺(tái)緊跟時(shí)代發(fā)展步伐,在實(shí)際應(yīng)用過程當(dāng)中,應(yīng)對(duì)大數(shù)據(jù)分析功能加以充分運(yùn)用,在海量數(shù)據(jù)當(dāng)中盡可能尋找數(shù)據(jù)規(guī)律,從而形成有效引導(dǎo)[4]。在電子信息技術(shù)與電梯安全技術(shù)結(jié)合過程中,其設(shè)計(jì)中存在大量數(shù)據(jù)篩選工作,因此為確保此工作的時(shí)效性,在數(shù)據(jù)篩選過程中應(yīng)通過專業(yè)化方式促使數(shù)據(jù)加工能力充分滿足電梯數(shù)據(jù)檢驗(yàn)需求。針對(duì)電梯故障處理時(shí),可運(yùn)用數(shù)據(jù)檢測(cè)提供實(shí)時(shí)預(yù)警,將電梯安全風(fēng)險(xiǎn)與故障發(fā)生率降至最低。若確保電梯風(fēng)險(xiǎn)管理工作的有效性,便需要結(jié)合電子信息化技術(shù)與電梯安全技術(shù)所提供的有力支撐與引導(dǎo),在此過程中,所需數(shù)據(jù)分析工作較多,如應(yīng)急救援、故障預(yù)警、監(jiān)督抽查、行政執(zhí)法、信用評(píng)價(jià)等。部分?jǐn)?shù)據(jù)分析領(lǐng)域能夠?qū)⑺占男畔⒃诖髷?shù)據(jù)平臺(tái)中反饋,在此基礎(chǔ)上,針對(duì)電梯維修開展進(jìn)一步監(jiān)管,令工作人員能夠及時(shí)接收到平臺(tái)反饋的信息,將電梯實(shí)際情況傳遞至安全檢測(cè)部門,促使電梯緊急救援系統(tǒng)工作逐步完善。電梯一旦在運(yùn)作過程中發(fā)生安全事故,能夠做到在最短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行預(yù)警與報(bào)警處理,從而降低事故所帶來(lái)的損失,縮短救援所需時(shí)間,將人員傷亡控制在最低限度之內(nèi)[5]。
通過運(yùn)用IoT,可在二維碼與紅外傳感器輔助下讀取信息,且能夠促使其他設(shè)備具有智能化特征,并帶有定位功能,使電梯質(zhì)量檢修審核工作的有效性得到大幅度提升[6]。目前,電梯IoT平臺(tái)通用基礎(chǔ)功能主要包括遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、自動(dòng)報(bào)警、遠(yuǎn)程控制、診斷和維護(hù)、系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)、數(shù)據(jù)挖掘、報(bào)表與決策支持與節(jié)能分析等,常見技術(shù)包括感器、RFID、嵌入式系統(tǒng)等。電梯IoT平臺(tái)是通過在電梯轎廂安裝的各類傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)收集,由無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(wireless sensor networks,WSN)將電梯運(yùn)行信息數(shù)據(jù)上傳至互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)分析,得出電梯運(yùn)行情況,并將結(jié)果分為異常和事故2種情況,以實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和控制。并基于對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析和處理,在應(yīng)用端提供決策,將應(yīng)用數(shù)據(jù)傳達(dá)到終端設(shè)備產(chǎn)生響應(yīng)。郭顯峰[7]提出了一種基于IoT的電梯運(yùn)行數(shù)據(jù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng),該系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要包括數(shù)據(jù)采集模塊、通信模塊及監(jiān)測(cè)模塊設(shè)計(jì),軟件設(shè)計(jì)中根據(jù)空間運(yùn)行的電梯狀態(tài)強(qiáng)化數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)算法設(shè)計(jì)力度。該系統(tǒng)具有較高的數(shù)據(jù)收集合格率及完善的內(nèi)部結(jié)構(gòu),監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng),可為電梯安全運(yùn)行提供有力的技術(shù)支持。本文通過系統(tǒng)硬件、軟件、模塊等設(shè)計(jì)的一套電梯遠(yuǎn)程安全監(jiān)控平臺(tái)同樣實(shí)現(xiàn)了對(duì)電梯運(yùn)行安全的實(shí)時(shí)監(jiān)控,在提高電梯故障解決效率的同時(shí),有效降低了電梯故障傷人概率。
在對(duì)電梯產(chǎn)生數(shù)據(jù)進(jìn)行收集與檢測(cè)過程當(dāng)中,需要以檢驗(yàn)、檢查、IoT等方面產(chǎn)生數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),并以電梯安全大數(shù)據(jù)平臺(tái)實(shí)際建設(shè)需求為主,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)存儲(chǔ)與處理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)功能。由于不同環(huán)節(jié)所設(shè)計(jì)信息類型存有一定差異,其功能也有不同使用途徑,主要以檢驗(yàn)數(shù)據(jù)為常見數(shù)據(jù),因此在實(shí)際中可通過檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)所上傳數(shù)據(jù)存入大數(shù)據(jù)平臺(tái),為電梯整體安全數(shù)據(jù)提供有效參考。另外,在使用電梯過程中傳感器也會(huì)產(chǎn)出監(jiān)察數(shù)據(jù),此類數(shù)據(jù)的輸入分為自動(dòng)輸入與手動(dòng)輸入,其中手動(dòng)輸入需要相應(yīng)數(shù)據(jù)機(jī)構(gòu)的介入才能實(shí)現(xiàn)。
綜上所述,在現(xiàn)代高層建筑中,電梯是主要代步設(shè)備,需要對(duì)電梯運(yùn)行安全加以嚴(yán)格控制,從而為電梯乘坐與維修人員生命安全提供保障。若要落實(shí)這一目標(biāo),便需將電子信息技術(shù)與電梯安全技術(shù)相結(jié)合,針對(duì)電梯安全開展實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),當(dāng)電梯故障發(fā)生時(shí)能夠得到及時(shí)處理,從而降低電梯安全事故發(fā)生概率,確保電梯運(yùn)作安全性與穩(wěn)定性。也可在降低后期維護(hù)成本的同時(shí),為人們創(chuàng)造良好、安全、舒適的生活環(huán)境。