軌道交通自動扶梯與電梯物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)視系統(tǒng)

江錦濤

（北京城建設(shè)計發(fā)展集團股份有限公司，北京 100161）

近年來國內(nèi)各大城市軌道交通建設(shè)進入快速發(fā)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(shè)規(guī)劃，共 29座城市軌道交通開通運營。預(yù)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(wǎng)絡(luò)，南京、重慶、武漢、成都、鄭州等城市建成軌道交通基本網(wǎng)絡(luò)，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(yīng)設(shè)上下行自動扶梯和無障礙電梯[1]。全國如此大規(guī)模地發(fā)展城市軌道交通，自動扶梯與電梯（以下簡稱電扶梯）的設(shè)備數(shù)量將相應(yīng)大幅增加。如何更好地管理數(shù)量如此龐大的電扶梯設(shè)備，保證設(shè)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(lián)網(wǎng)監(jiān)視必要性

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)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(jiān)視系統(tǒng)[2]。對于城市軌道交通電扶梯，考慮運營管理數(shù)量龐大、設(shè)備長時間重載荷運行、設(shè)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(lián)網(wǎng)監(jiān)視系統(tǒng)，以實現(xiàn)電扶梯運行狀態(tài)的實時監(jiān)視及應(yīng)急報警、設(shè)備故障的收集分類及分析、主要部件的監(jiān)視與預(yù)警、維護保養(yǎng)狀態(tài)的管理、人員管理、設(shè)備風險分析評估管理等，提高設(shè)備運營的現(xiàn)代化管理水平，同時能為監(jiān)督部門提供完善的數(shù)據(jù)，便于質(zhì)量監(jiān)督管理與緊急事故處理等。

2 電扶梯監(jiān)視現(xiàn)狀

在既有軌道交通建設(shè)中，車站已實現(xiàn)了設(shè)備與環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）對電扶梯設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)視，部分城市如北京、上海、杭州等擬建立電扶梯物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)視系統(tǒng)。

2.1 BAS對電扶梯的狀態(tài)監(jiān)視

BAS對電扶梯的運行狀態(tài)進行監(jiān)視，通常電扶梯與BAS系統(tǒng)的接口采用硬線或者RS-485的通信接口。

BAS主要監(jiān)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(tài)信息。其中，一般故障包括電機過流過載保護、主機速度監(jiān)測異常、扶手帶速度監(jiān)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(tài)。緊急故障包括緊急停止按鈕動作、安全開關(guān)動作等[3]。

BAS主要監(jiān)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(tài)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(guān)門、不能啟動、平層不良、抱閘操作異常、停電等故障狀態(tài)。緊急故障主要是電梯轎廂內(nèi)有人且電梯內(nèi)警鈴報警的情況[4-5]。

2.2 電扶梯物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用現(xiàn)狀

自動扶梯物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)視系統(tǒng)[6]主要是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)狀態(tài)實時監(jiān)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(yīng)急救援指揮的需求，該系統(tǒng)擬應(yīng)用于杭州地鐵。自動扶梯物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)視系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 自動扶梯物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)視系統(tǒng)總體架構(gòu)Fig. 1 Overall architecture of the Escalator IoT monitoring system

2.3 既有電扶梯監(jiān)視現(xiàn)狀的問題

現(xiàn)有軌道交通 BAS的監(jiān)視功能僅實現(xiàn)了車站級電扶梯設(shè)備的基本運行狀態(tài)監(jiān)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(lián)網(wǎng)監(jiān)視系統(tǒng)主要是實現(xiàn)設(shè)備實時運行狀態(tài)監(jiān)視、進行故障匯總及報警、了解設(shè)備基本情況以及維保情況，提高緊急情況下的應(yīng)急救援能力。無法實現(xiàn)設(shè)備各主要部件的狀態(tài)分析、故障預(yù)判、進行設(shè)備風險評估分析，電扶梯設(shè)備的運行安全性和可靠性亟待提高。

3 電扶梯物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)視系統(tǒng)構(gòu)成

3.1 物聯(lián)網(wǎng)概述

物聯(lián)網(wǎng)是一個基于互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)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(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)。它具有普通對象設(shè)備化、自治終端互聯(lián)化和普適服務(wù)智能化3個重要特征[7]。

從技術(shù)架構(gòu)上看，標準的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可以分為 3層[8]，如圖2所示。

3.2 系統(tǒng)平臺構(gòu)成

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)，軌道交通電扶梯物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)視系統(tǒng)平臺以電扶梯設(shè)備、數(shù)據(jù)采集及傳輸裝置、視頻監(jiān)視系統(tǒng)（CCTV）和電話為基礎(chǔ)感知識別層，專用通信網(wǎng)絡(luò)作為傳輸系統(tǒng)平臺的網(wǎng)絡(luò)層，將電扶梯設(shè)備的運行狀態(tài)、故障信息、故障診斷信息、維保信息等傳輸?shù)骄C合管理平臺，為綜合管理應(yīng)用平臺提供基礎(chǔ)信息來源。電扶梯物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)視系統(tǒng)構(gòu)成如圖3所示。

3.3 系統(tǒng)信息采集與傳輸

電扶梯設(shè)備構(gòu)成了全線網(wǎng)的電扶梯物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)視系統(tǒng)，需要考慮對已運營線路、在建和新建線路的電扶梯設(shè)備的信息采集與傳輸。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)Fig. 2 Technical architecture of the Internet of Things system

圖3 電扶梯物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)視系統(tǒng)構(gòu)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(shè)備，需要對其軟硬件進行升級和改造，設(shè)置 RS-485輸出端口，開放通信協(xié)議，通過數(shù)據(jù)采集傳輸設(shè)備（DTU）將電扶梯設(shè)備的數(shù)據(jù)通過移動網(wǎng)絡(luò)的方式傳送到物聯(lián)網(wǎng)平臺中心。

對于新建線路，招標時均要求電扶梯設(shè)置RS-485端口且采用開放的通信協(xié)議，配置數(shù)據(jù)采集傳輸設(shè)備（DTU），直接實現(xiàn)電扶梯設(shè)備與物聯(lián)網(wǎng)平臺中心的數(shù)據(jù)傳輸。

4 電扶梯物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)視系統(tǒng)功能

4.1 電扶梯信息的收集

4.1.1 運行狀態(tài)信息

電扶梯采用網(wǎng)絡(luò)傳輸方式將每臺設(shè)備的運行、停止、急停、檢修、所有故障信息等狀態(tài)信息傳輸?shù)焦芾砥脚_，當電扶梯設(shè)備發(fā)生故障時，還應(yīng)傳輸具體設(shè)備編號、故障時間、故障代碼以及故障內(nèi)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(tài)信息均應(yīng)上傳管理平臺。

4.1.2 應(yīng)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(fā)生時，系統(tǒng)應(yīng)能實時報警，并以系統(tǒng)報警信息提示及聲光報警的形式發(fā)出報警?？蓪缶畔⒌闹匾缘燃夁M行分類，如表1所示。

表1 電扶梯狀態(tài)監(jiān)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(fā)送給相關(guān)的管理、運營、維保等人員，并根據(jù)不同等級明確具體的響應(yīng)時間。

4.1.3 視頻與電話信息

既有軌道交通車站設(shè)置的電扶梯，CCTV已實現(xiàn)對自動扶梯的全梯路視頻覆蓋及對電梯的廳門、轎廂內(nèi)的視頻覆蓋，實現(xiàn)車站控制室直接調(diào)用電扶梯的視頻信息。同時，電梯設(shè)置了五方通話[9]，即實現(xiàn)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(diào)取相應(yīng)的視頻信息，實現(xiàn)對自動扶梯上及電梯轎廂內(nèi)運行狀態(tài)進行實時查看，同時能與轎廂內(nèi)乘客進行通話。

4.1.4 故障智能診斷系統(tǒng)信息

結(jié)合運營部門對電扶梯故障監(jiān)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(jiān)測，實現(xiàn)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(guān)狀態(tài)，通過故障智能診斷分析技術(shù)進行分析，提取故障特征信息，達到對測點故障的監(jiān)測與判斷。這些監(jiān)視診斷信息結(jié)合電扶梯設(shè)備自身的故障診斷信息，實現(xiàn)電扶梯故障趨勢分析和預(yù)警功能，提高設(shè)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(shè)置基本信息管理、人員管理、運行狀態(tài)管理、視頻監(jiān)視管理、外部接口、應(yīng)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(yīng)的管理模塊對電扶梯設(shè)備進行全面的了解。

4.2.1 設(shè)備信息管理

設(shè)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(chǎn)地、型號、編號、生產(chǎn)時間、使用壽命、維保狀態(tài)、故障頻次及內(nèi)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(jiān)督部門等的管理。同時，人員管理模塊可以根據(jù)報警等級設(shè)定將相應(yīng)的報警信息發(fā)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(guān)聯(lián)使用，每一次的維保記錄填寫均可自動關(guān)聯(lián)維保人員。

4.2.3 運行狀態(tài)管理

自動扶梯運行狀態(tài)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(guī)狀態(tài)，還包括在線/下線狀態(tài)、運行總時間、主機功率、主機電壓、主機電流、主機轉(zhuǎn)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(tài)。

電梯運行狀態(tài)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(guī)狀態(tài)，還包括在線/下線狀態(tài)、運行總時間、啟停次數(shù)、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(tài)、控制柜和變頻器溫度等實時狀態(tài)。

另外，基于故障智能診斷系統(tǒng)的監(jiān)測狀態(tài)也傳輸至運行狀態(tài)管理模塊，進行實時監(jiān)測。

4.2.4 視頻監(jiān)視管理

根據(jù)軌道交通設(shè)計要求，CCTV已實現(xiàn)了對自動扶梯、電梯廳門和轎廂內(nèi)的視頻覆蓋，視頻監(jiān)視平臺可以遠程隨時調(diào)用所需要的相關(guān)視頻信息。

4.2.5 應(yīng)急報警管理

結(jié)合電扶梯的狀態(tài)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(fā)出報警，提醒管理人員及時了解和處理報警狀態(tài)，同時根據(jù)報警等級將報警信息以電話、短信、APP等形式發(fā)送到各級管理人員、維保人員，相應(yīng)的人員需進行確認，以提高故障應(yīng)急反應(yīng)和處理速度，避免發(fā)生惡性事故。

4.2.6 外部管理平臺

電扶梯設(shè)備屬于特種設(shè)備，由特種設(shè)備檢查部門監(jiān)管，電扶梯物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)視系統(tǒng)可接入監(jiān)管部門的管理平臺，便于其監(jiān)視。同時，也可以將應(yīng)急救援信息，如乘客被困電梯內(nèi)的救援呼叫信息接入政府的應(yīng)急救援中心，各方積極應(yīng)對，以提高應(yīng)急救援的能力，降低事故發(fā)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(tǒng)，當故障發(fā)生時，能自動判斷出故障發(fā)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(nèi)容。物聯(lián)網(wǎng)的故障管理模塊可記錄電扶梯的運行數(shù)據(jù)，以備查詢分析，當故障發(fā)生時，能自動將故障前后的運行數(shù)據(jù)單獨調(diào)出，并長期保存，以便進行故障分析；采用大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的方法，分析故障的類型，預(yù)防電扶梯故障的發(fā)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(yǎng)提供直接的數(shù)據(jù)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(yǎng)的時間，方便管理部門對維保工作的監(jiān)督與核查。

4.2.8 維保管理

電扶梯屬于成熟的設(shè)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(diào)整、更換等安全要求[10]。通過維保管理系統(tǒng)，可以記錄每臺電扶梯設(shè)備正常維保周期的維保人員、維保內(nèi)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(yīng)時間、設(shè)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(tǒng)計、分類、匯總，根據(jù)維保周期形成維保記錄，根據(jù)故障處理結(jié)果形成故障分析報告等，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計掌握電扶梯的運營工況。同時，維保管理系統(tǒng)具備維修記錄和故障處理報告的實時查詢、通用格式導(dǎo)出以及打印功能。

通過對電扶梯設(shè)備部件的維保管理，掌握各部件，特別是影響運營安全的關(guān)鍵部件的使用壽命，根據(jù)各個城市的環(huán)境建立電扶梯設(shè)備的修程，進而結(jié)合每臺電扶梯的使用環(huán)境（溫度、濕度、荷載）制定維保計劃。另外，通過實時運營狀態(tài)監(jiān)視、設(shè)備系統(tǒng)自診斷系統(tǒng)、外部故障智能診斷系統(tǒng)等，將計劃修和狀態(tài)修有機結(jié)合，制定全面的電扶梯設(shè)備管理制度。

4.2.9 風險評估管理

風險評估管理系統(tǒng)對故障管理庫、維修管理庫的數(shù)據(jù)進行挖掘分析，例如分析在不同運行工況下的電扶梯設(shè)備，其主體內(nèi)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(jié)構(gòu)井道電梯等工況下各主要部件的故障類型、發(fā)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(jié)合故障智能診斷系統(tǒng)的趨勢預(yù)判，提出每臺或者相同工況下電扶梯設(shè)備各主要部件的風險預(yù)警提示，以降低電扶梯故障，特別是惡性故障的發(fā)生率，提供設(shè)備運行的安全性和可靠性。

5 結(jié)論

城市軌道交通自動扶梯與電梯設(shè)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(lián)網(wǎng)監(jiān)視系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)，搭建運營管理平臺，采用設(shè)備故障采集與分析方法、故障智能診斷技術(shù)等，實現(xiàn)電扶梯設(shè)備的風險預(yù)防報警，防患于未然，提供設(shè)備運行的安全性和可靠性，保障乘客的出行安全。