電梯物聯網技術的應用研究

摘要：近年來，高層建筑項目、大型商業體系的逐步拓展下，對電梯設施呈現高需求特征。電梯長時間負荷運行模式下，不可避免的產生機構磨損問題，令電梯產生較為嚴重的運營故障，對人們以及社會穩定發展造成危害。電梯物聯網技術的研發與應用，為電梯控制系統賦予自動化、智能化的調控功能，增強各機構組件之間的對接性，提高運行安全效能。基于此，以電梯系統組成為切入點，分析物聯網技術在電梯系統中的功能呈現點，并對電梯物聯網技術的應用進行研究。

關鍵詞：電梯；物聯網技術；監控系統

一、前言

電梯作為我國八大類特種設備中占比最大的一類設備，電梯起到載人與載物作用，增加人們出行的便捷性，電梯安全性是電梯設施建設的重要衡量基準。國家相關部門針對電梯設施建立“三個環節”的檢測機制，在生產、使用、運維中采取全過程監督模式，針對電梯設施內部復雜結構以及故障機理等進行分析，避免發生沖頂、蹲底、溜車，擠壓乘客等問題。2014年1月初，國家質檢總局出臺《關于進一步加強電梯安全工作的意見》，促使越來越多的先進技術及設備應用到電梯系統之中，增強電梯運行的監管效能。電梯物聯網技術的應用及融合充分響應智慧城市的發展號召，將物聯網體系與電梯運營機制進行聯合，提高電梯設施信息化管控水平，借助物聯網進行數據轉換及對接，為不同組成設施提供相對獨立的數據傳輸機制，保證電梯設施運行的安全性。本文則是針對電梯物聯網技術的具體應用進行探討，僅供參考。

二、電梯系統組成

電梯作為多結構組成設施，在運營過程中需采用不同類別的設定機制及實際應用場景，進行系統化核驗處理，保證載客、載物運行的穩定性。目前大多數的轎廂電梯系統主要機械部分、電氣部分、安全保護系統構成。

（一）機械部分

1.曳引機構。曳引系統為電梯裝置運行提供動力輸出點，保證電梯在運行過程中可按照不同指令進行自主驅動，及時將人、貨物安全可靠的運送到目的地。曳引系統主要由曳引機、導向輪、曳引鋼絲繩、曳引繩錐套等部件構成[1]。

2.導向機構。電梯導向系統針對轎廂的活動機制起到導向及調節作用，系統內部是由導軌架、導軌、導靴等部件所構成，確保電梯箱體沿著導軌實現平穩升降。

3.轎廂機構。轎廂設施作為電梯中的重要組成部分，其主要承接人、貨物的運輸。

4.門機構。門系統針對轎廂設施與外界建筑結構之間起到隔離作用，防止電梯在行駛過程中門被突然打開，此類門系統由轎廂門、層門、開機門以及門鎖裝置構成。

5.重量平衡機構。電梯在升降過程中需按照特定的指令對電梯進行操控處理，期間人與貨物暫停的不同位置極易造成電梯轎廂傾斜，重量平衡系統的應用確保轎廂與承接功能維系在一定限額之內，通過平衡系統保證重壓下不會產生過度傾斜的問題。

（二）電氣部分

1.電力拖動機構

電力拖動機構是為電梯設施提供動力，對電梯轎廂的升降速度進行有效控制。電力拖動機構由曳引電動機、供電系統、速度反饋裝置、電動機調速裝置構成。

2.電氣控制機構

電氣控制系統是電梯升降過程中的主要控制載體，控制精度以及速率是保證電梯穩定運行的基礎[2]。此過程中，系統驅動功能需按照不同的鏈接器以及控制機制，選定相對應的組成機制，保證電氣控制系統在不同關聯點下形成對接處理，例如，操作裝置、平層裝置以及位置顯示裝置等，通過多位傳感器以及主控系統的聯動處理，保證電梯內部各機構運行的鏈接性。

（三）安全保護系統。

安全保護機構。安全保護機構是電梯系統運行中的重要防護機制，由限速器、安全鉗以及各類保護裝置等構成，如果電梯受到故障而產生超速下落問題，系統將自動識別并啟動安全保護裝置，固定電梯轎廂，避免出現下墜事件。電梯作為一類特種設備，由專業質量監管局進行監督與處理，普通用戶不具備電梯改造權限。除此之外，部分電梯功能以及設備組成等存在差異性，需深度分析電梯系統本體的控制機制與機器運行模式，保證系統在啟動過程中組件以及技術機制應用的合理性[3]。

三、電梯物聯網技術的應用

（一）電梯管理中的應用

電梯管理作為電梯運行的基礎所在，不同維度的管控方案，可保證設施、相關組成結構運行的穩定性。物聯網技術在電梯管理中的應用，進一步深化電梯管理效能，提高維修效率，及時找出電梯運行故障，提高電梯運行可靠性[4-7]。

1.深化管理。利用物聯網技術可打造人機互聯系統，針對不同的工作點以及模塊組成進行設定處理，期間，信息之間的傳輸機制按照不同功能點以及相關運行機制等，進行實時比對處理，令工作人員以及計算機系統了解到電梯運行狀況、保養工況、維修進度等。除此之外，通過電梯物聯網與小區智能互聯網之間的關聯，可打造基于信息傳輸、存儲于一體的平臺機制，借助大數據共享與時效性傳輸，建立開源運行平臺，令質檢部門、政府部門、小區物業管理部門等實時了解到電梯的運行工況，輔助后期管理工作的開展。

2.增強維修效率。電梯在運行維護過程中呈現的問題點，大多數是通過表象特征，進行針對性運維處理。其中，數據信息極易產生傳輸不對稱或因設備復雜性的結構及造成電梯設施存在隱患故障，造成維修后期運行一段時間仍然產生二次故障現象。在物聯網技術的應用下，可按照精細化的技術體系，對基礎信息點以及功能點進行測定處理，通過計算機控制平臺以及物聯網射頻識別機制，對運行組件以及電梯轎廂運行狀態的進行檢測處理，及時查證從電梯存在的顯性故障。同時，工作人員可通過不同數據點，精度分析信息呈現過程產生的故障隱患規律，增強實際維修效率。

3.解決維保問題。運維保養作為電梯裝置穩定運行的關鍵點，合理性、規范性的監測機制對電梯內部運行體系進行全過程分析處理，管理過程中需切實到電梯的運行模式之內，提高實際監管效能。但是從現有的管控機制而言，一旦發生故障時，各方面責任存在連帶性，使得主體監管定位模糊不清的現象[8]。例如，電梯維保人員工作不認真造成的電梯故障問題、電梯范圍體系監管力度不足造成的故障問題、維修保護市場相互競爭引發的維保問題。物聯網技術的應用，可通過不同點位的處理，精細分析不同驅動點以及技術應用點之間存在的關聯性，按照特定的組成機制進行增強監管的合規性，并將此類檢測數據檢測記錄同步比對，輔助管控機制對不同監管點進行責任劃分，有效避免后期責任推諉的問題，提高維保質量。

（二）故障預警中的應用

電梯作為復雜結構組成，運行過程產生的故障問題具有多元性特點。電梯在驅動過程中需按照不同類型以及不同驅動點對基礎數據進行處理，在不同的預警方面以及故障處理方面實現數據的精細比對，提高故障識別精度。傳統電梯系統在運行期間是通過特定的組成結構，對故障點數據進行單獨采集及分析，處理過程缺乏聯動效應，極易造成檢測落實不徹底問題。物聯網技術的應用，針對電梯運行產生的故障信息進行檢測處理，利用傳感器以及主控技術對當前數據進行測定處理，進而實現預警分析。

1.基于傳感器采集的預警。傳感器進行檢測通過監控報警系統對轎廂、井道以及門體進行傳感檢測，分析電梯裝置運行過程中存在的異常問題。電梯物聯網體系的設定是將不同的點位進行有效整合處理，通過多節點處理，增加監控系統與監測載體之間的對接性。這樣一來，系統運行過程中可按照不同模塊功能進行數據的實時性比對、精準采集、分析等，最后按照邏輯程序進行預算，查證產品在不同狀態下產生的問題，針對此類問題分析故障產生規律，為工作人員提供更為全面的數據服務，提高檢測效率。例如，轎廂、曳引機、鋼絲繩等的運行狀態數據，根據電梯本身的運行狀態來直接預警。通過全過程作用性的檢測機制，針對不同系統驅動進行預警處理。恩易電梯系列中，安全遠程監控預警系統搭載內部傳感器對基礎測定值進行數據檢測，例如，轎廂以及鋼絲繩運行過程產生的震動數據，將實時震動數據與基準數據庫進行比對，如果存在異常問題時，則立即進行故障預警處理。部分公司選擇將在線監控系統與制動器進行關聯，因為電梯設施本身屬于持續耗損設施，特別是對于部分制動裝置持續性的磨損，將產生制動失效問題。通過物聯網監控技術，針對此類數據值進行時間維度以及空間維度的檢測，如果制動設施存在高度磨損問題時，此類數據值將自動反饋到主系統中，令技術人員了解到電梯運行過程中可能產生的故障點[9]。

2.基于主控板采集的預警。物聯網技術與電梯主控系統的結合，利用不同驅動點進行多點位的聯動處理，實時采集電梯運行中的數據信息，并按照物聯網架構對不同組內的數據進行整合處理，同時在計算機設備中進行模型仿真運算。期間，通過云技術、大數據技術、人工智能技術以及神經網絡算法等，對電梯組件進行檢測處理，分析設備運行中的健康系數，通過維度化測量，將電梯運行中的信息通過不同類別予以呈現。工作人員通過計算機顯示界面可了解到數據之間存在異常問題時，并進行深度檢索處理。除此之外，部分公司將大數據分析技術應用到電梯物聯網系統中，深度挖掘各類組件運行過程產生的問題點，按照不同類別進行功能劃分及測定處理，分析在核心運行模式下電梯組件之間可能產生的隱患問題。當然在此類系統驅動過程中，數據信息的采集需要建立在統一化的接口處理之上，通過不同緯度以及不同層面的測定，將物聯網系統與電梯各類裝置進行數據標準的對接，提高實際檢測效率。其中，電梯的監管系統主要以在轎廂內部安裝監控探頭，出現問題時電梯內乘客手動呼救，人工進行維保記錄。這樣的方式存在著監控效率低、維護成本高、必須主動報警等問題。一些知名電梯制造企業，比如三星、日立，開始將物聯網技術引入電梯，提升產品的質量和競爭力。目前，物聯網主要在電梯的安全保護系統部分中起作用，還處于起步階段。

（三）電梯系統監測中的應用

基于物聯網集中而實現的電梯物聯監測系統，全程作用在電梯故障產生的動因點之上。從電梯運行故障的產生點而言，既包含人為因素，也包含非人為因素，例如，超速、停電、開關控制系統紊亂等問題。通過物聯網技術可將此類信息體系進行時效性的檢測處理，按照不同控制點以及驅動組成，對機構運行中的數據值進行獨立監測，如圖1所示，為電梯物聯系統監控架構。

第一，故障分析與診斷。基于電梯物聯系統實現故障診斷機制，按照邏輯性判定，對當前數據值進行測定處理，正如上文中提到的電梯主控系統的數據分析以及系統采集對比功能。此類電梯信息采集終端的建設，確保基礎數據值的分類處理，例如，電梯在處于平層位置處產生超時或系統未能檢測到電梯的關門信號時，此時將發出警報，并判定電梯出現故障問題，利用參數之間的信息比對，精準表述系統運行中存在的故障問題點。同時，部分工作人員在檢修過程中，也可將物聯網系統與檢測設備進行關聯，通過標準統一及接口統一的處理形式，對電梯裝置進行自動化檢測，及時分析系統驅動過程中的問題點。

第二，電梯困人報警。電梯內部有單獨的報警按鈕，一旦發現電梯故障問題時，人員可通過電梯報警按鈕接入到物聯網警報系統中，此時電梯管理人員便可通過視頻監控系統，監測到當前空間存在的問題點。除此之外，物聯網系統還可通過反饋信息，界定故障產生的空間位置及時間位置，提高警報信息以及維修信息之間的對接性，提高檢索效能。物聯網調控系統需要按照不同位置的數據進行日志記錄處理，將功能驅動點與實際組成之間進行關聯，實現數據值的自動比對與匹配。此外，數據匹配機制可同步錄入到專家系統中，為后期電梯智能控制系統的自動化核驗與優化措施等提供數據支撐點。

第三，信號判定邏輯。系統運行中是按照不同功能點進行邏輯判定的，系統運行中，需按照特定的組成機制識別電梯裝置運行中的問題點。借助物聯系統，將電氣驅動機構與監測系統進行關聯，可強化基礎數據值的呈現精度，令工作人員了解到設施運行下是否存在故障問題。相關信號來源及設施監測如下：上平層、下平層、極限、基站平層信號等來源于光電傳感器。開關門到位信號來源接近開關傳感器。運行信號來源運行接觸傳感器。停電信號來源供電電路指示開關傳感器。

四、結語

綜上所述，電梯物聯系統的研發與應用，將電梯內部電控系統與驅動機構進行關聯，結合物聯網技術的人機交互功能，對不同運行點進行測控處理，提高檢測效能。伴隨電梯數量的逐步增加，技術及設備驅動問題也隨之暴露，國家應加強對電梯裝置的檢索，結合設備組成及運行原理等，增強技術應用效能，提高電梯設施運行的穩定性。

參考文獻

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[9]朱建國.基于物聯網技術的電梯安全管理系統的研究與設計[J].內燃機與配件，2018（07）：184-185.

基金項目：淮安市智慧電梯重點實驗室（HAP202103）

（作者單位：江蘇電子信息職業學院）