基于物聯(lián)網(wǎng)的扶梯卡簧監(jiān)控裝置制作

張習(xí)舟，劉富海，馮冠君，許銘康，謝 桔，嚴(yán)樂(lè)樂(lè)

（杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 310018）

電扶梯是我們目前城市化生活中隨處可見(jiàn)的運(yùn)載工具，遍布在人員聚集的各類(lèi)公共場(chǎng)所，我國(guó)的電扶梯保有量、使用量也在世界上位居前列。然而因電扶梯運(yùn)行故障而引發(fā)的扶梯墜落、方向突然逆轉(zhuǎn)、機(jī)械部件擠壓、與物體碰撞形成剪切力等事故給使用者帶來(lái)的危險(xiǎn)也讓人觸目驚心，嚴(yán)重威脅了人民的出行安全。文章通過(guò)簡(jiǎn)單分析電梯的自身結(jié)構(gòu)與大體的事故類(lèi)型，介紹卡簧這一主要零件在電扶梯中的關(guān)鍵位置，并來(lái)論證制作與安裝卡簧監(jiān)控裝置的必要性。通過(guò)具體介紹卡簧監(jiān)控裝置制作的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電路部分、機(jī)械部分以及物聯(lián)網(wǎng)APP測(cè)試功能，簡(jiǎn)單分析該裝置如何通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)于電扶梯動(dòng)態(tài)運(yùn)行的監(jiān)控預(yù)警、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸與提前風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，進(jìn)一步提高設(shè)備運(yùn)行水準(zhǔn)，最大限度地通過(guò)技術(shù)手段來(lái)緩解施工人員的工作壓力，良好地掌控電扶梯運(yùn)行狀況。

1 電扶梯的基本構(gòu)造與事故頻發(fā)類(lèi)型分析

電扶梯主要由前端驅(qū)動(dòng)主機(jī)進(jìn)行動(dòng)力供應(yīng)，并有適宜大小的前端機(jī)房空間包含著電氣設(shè)備，為驅(qū)動(dòng)主機(jī)的正常運(yùn)作提供足夠的空間條件。從外觀上主要可以看到中間梯級(jí)與兩邊平行護(hù)欄，中間梯級(jí)屬于板式設(shè)備，同時(shí)護(hù)欄上遍布著與梯級(jí)運(yùn)作保持同步的扶手系統(tǒng)，這屬于帶式設(shè)備。以上部件的支撐都是由大量金屬結(jié)構(gòu)來(lái)完成，運(yùn)作時(shí)由驅(qū)動(dòng)主機(jī)帶動(dòng)著無(wú)數(shù)條牽引鏈和梯級(jí)開(kāi)始動(dòng)力工作，電梯梯級(jí)踏板也都保持水平狀態(tài)，極大地提高了乘坐人員的舒適度。為了防止乘坐人員在登上和離開(kāi)電扶梯時(shí)被卷入機(jī)械設(shè)備中，電梯的出入口位置上還被放置了前沿板，也叫作層站，同時(shí)銜接處也安裝了一定傾斜度的梳齒板，與梯級(jí)上的踏面梳齒彼此嚙合，極大限度地隔離人與機(jī)械設(shè)備的接觸，這些設(shè)計(jì)都讓乘坐人員可以安全的踏上或離開(kāi)電梯梯級(jí)，使用中間梯路。

目前我國(guó)對(duì)于電梯的監(jiān)控還只停留在對(duì)于運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行簡(jiǎn)單監(jiān)控的程度，大部分的事故發(fā)生都不能提前進(jìn)行有效防控和預(yù)警，只能在事故發(fā)生以后進(jìn)行彌補(bǔ)干預(yù)，安全隱患無(wú)法扼殺于搖籃之中。同時(shí)即使事故已經(jīng)帶來(lái)了人員傷害，也很難及時(shí)有專(zhuān)業(yè)人員前往現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)救，無(wú)法立刻將電扶梯停電來(lái)停止其運(yùn)行。所以，事先有效防控，及時(shí)掌控電梯運(yùn)行數(shù)據(jù)，打破“監(jiān)而不控”的局面，十分必要。

電扶梯的危險(xiǎn)事故發(fā)生也有許多種案例：①電扶梯墜落，占事故的15%；②運(yùn)行中發(fā)生的逆轉(zhuǎn)，占事故的9%；③與物體發(fā)生碰撞、剪切，占事故的15%；④機(jī)械部件之間的間隙產(chǎn)生的擠壓，占事故的43%；⑤跌倒，占事故的9%；⑥管理不善造成的其他事故，占事故的9%?？v觀這些觸目驚心的事故發(fā)生，極大部分是由于電梯自身部件出現(xiàn)老舊、破損、松動(dòng)等導(dǎo)致的運(yùn)轉(zhuǎn)不靈，故障突然發(fā)生，為人民的人身安全帶來(lái)了極大的威脅。而在這些零部件中，卡簧則屬于主要部件，也叫卡環(huán)或扣圈，屬于緊固件的一種，供裝在電扶梯設(shè)備的軸槽或孔槽中，起著阻止軸上或孔上的零件軸向運(yùn)動(dòng)的作用，在電扶梯上使用頻率十分龐大，同時(shí)由于卡簧松動(dòng)、脫落而造成的事故也占比巨大，應(yīng)該說(shuō)保證了電梯中卡簧的正常安裝，就可以避免80%因機(jī)械設(shè)備故障而引發(fā)的事故，可以極大程度地提高運(yùn)行安全度。

2 電扶梯卡簧監(jiān)控裝置整體設(shè)計(jì)

由于電扶梯中卡簧數(shù)量十分龐大，而且正常卡簧脫落檢查時(shí)間一般是每半個(gè)月一次，所以對(duì)于卡簧的安全檢查工作十分繁瑣、重復(fù)且機(jī)械。同時(shí)在每次維修保護(hù)作業(yè)時(shí)都需要停止整個(gè)自動(dòng)電扶梯的工作，再開(kāi)始漫長(zhǎng)的檢查環(huán)節(jié)，這對(duì)電梯的正常使用也帶來(lái)了很大的不便利性，運(yùn)用傳統(tǒng)方式的檢查手段也因此缺少了時(shí)效性。每次開(kāi)始檢查作業(yè)時(shí)，維保工人還需要進(jìn)入自動(dòng)扶梯的下機(jī)艙內(nèi)部，自行攜帶手電筒進(jìn)行照明，作業(yè)條件不佳，由于卡簧數(shù)目巨大，檢查工作繁瑣，人為疏忽所帶來(lái)的漏檢情況也時(shí)有發(fā)生，這無(wú)疑又在某種程度上加大了電扶梯事故發(fā)生的頻率。所以針對(duì)這些問(wèn)題設(shè)計(jì)并制作了專(zhuān)門(mén)針對(duì)電扶梯卡簧的監(jiān)控裝置，以下為相關(guān)設(shè)計(jì)思路。

2.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1。

圖1總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

首先通過(guò)監(jiān)控設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)控電扶梯中的卡簧裝置，并連接特殊的單片機(jī)，根據(jù)特定算法，分析監(jiān)控設(shè)備所傳來(lái)的信號(hào)數(shù)據(jù)，對(duì)卡簧的實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行判斷。如果判斷為卡簧未脫落狀態(tài)，則將指令發(fā)送至激光發(fā)射器處，進(jìn)行信號(hào)發(fā)射，并利用紅外線激光傳感器，安裝在下游牽引鏈條和梯級(jí)軸處進(jìn)行信號(hào)接收，接收到信號(hào)，便可以保持正常運(yùn)作的狀態(tài)，電扶梯繼續(xù)正常運(yùn)行，下游接收板也繼續(xù)接收信號(hào)，并將信息傳回至監(jiān)控設(shè)備和單片機(jī)數(shù)據(jù)判斷系統(tǒng)，繼續(xù)檢測(cè)卡簧的運(yùn)行狀態(tài)。

如果單片機(jī)接收到數(shù)據(jù)，并判斷卡簧此時(shí)為脫落狀態(tài)，將會(huì)同步開(kāi)啟一下三種應(yīng)對(duì)手段：①立刻將信息傳送至報(bào)警系統(tǒng)，報(bào)警燈亮起，同時(shí)電扶梯停止運(yùn)作，禁止人員繼續(xù)使用；②將卡簧脫落的數(shù)據(jù)信息及時(shí)傳送至消控室，此時(shí)在消控室的維保員工將接收到信息指令，立刻前往現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行人為干預(yù)和電扶梯維修；③將卡簧脫落的狀態(tài)實(shí)時(shí)傳送至無(wú)線設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器，并將信息上傳至云服務(wù)器，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析處理后，發(fā)送至維保員工手機(jī)APP中對(duì)于員工進(jìn)行有效提醒，這樣可以避免維保員工在外出時(shí)，對(duì)于電扶梯的監(jiān)控疏漏，遠(yuǎn)程便可以監(jiān)控到電扶梯的運(yùn)行狀態(tài)。

2.2 電路部分設(shè)計(jì)

本裝置的主要控制系統(tǒng)選擇了特殊單片機(jī)作為主控制器，電梯運(yùn)行時(shí)，裝置系統(tǒng)也開(kāi)始啟動(dòng)運(yùn)作，特殊單片機(jī)會(huì)對(duì)實(shí)時(shí)信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過(guò)紅外激光傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、判斷，將判斷結(jié)果通過(guò)轉(zhuǎn)換電路變成電壓，最終再依靠物聯(lián)網(wǎng)模塊將信息傳送至云端服務(wù)器，而后云端服務(wù)器將實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管控，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)被發(fā)送至維保員工手機(jī)客戶端，信息便這樣傳遞到人，加入了人為干預(yù)和聯(lián)系。其中控制器主控芯片電路及紅外接收電路如圖2、圖3所示。

圖2控制器主控芯片電路

圖3紅外接收電路

2.3 機(jī)械部分設(shè)計(jì)

上述調(diào)節(jié)電路裝置被固定在扶梯桁架上的底座，采用緊固螺栓進(jìn)行位置固定，并加入強(qiáng)力磁鐵緊固裝置減小震動(dòng)，同時(shí)底部還設(shè)計(jì)了減震橡膠墊的安裝，極大程度地減少以上調(diào)節(jié)裝置因電扶梯運(yùn)行而帶來(lái)的震動(dòng)偏差。調(diào)節(jié)電路裝置還配備了位置調(diào)節(jié)裝置滑塊，通過(guò)光滑的圓柱導(dǎo)軌來(lái)實(shí)現(xiàn)位置對(duì)標(biāo)移動(dòng)，找到合適位置時(shí)，再擰緊滑塊上的緊固螺栓進(jìn)行位置固定，同時(shí)為了更加準(zhǔn)確地對(duì)電扶梯卡簧信息進(jìn)行采集，裝置上還增加設(shè)計(jì)了角度微調(diào)裝置，進(jìn)行采集角度的調(diào)節(jié)，增加裝置角度調(diào)節(jié)靈活性。其相應(yīng)結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

圖4位置調(diào)節(jié)裝置整體俯視圖

3 結(jié)語(yǔ)

如今物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)日新月異，在借助傳感器的基礎(chǔ)上，并加入圖像識(shí)別技術(shù)，并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)的手段，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的有效準(zhǔn)確采集、研究分析和狀態(tài)評(píng)估。本裝置則是充分利用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的功能，同時(shí)加以巧妙的電路設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)，有效監(jiān)控到電扶梯上的卡簧狀態(tài)，及時(shí)判斷是否松動(dòng)，并將結(jié)果及時(shí)通過(guò)云服務(wù)器發(fā)送至維保人員，對(duì)電扶梯的正常運(yùn)營(yíng)起到了有效的安全監(jiān)控、維護(hù)協(xié)助作用。如果將此裝置進(jìn)行推廣，則還可以實(shí)現(xiàn)分散的電扶梯集中遠(yuǎn)程管理效果，有效緩解維保人員維修不便捷、不及時(shí)、不準(zhǔn)確等問(wèn)題，為人們的安全出行生活保駕護(hù)航。