基于自動(dòng)能源管理控制技術(shù)的扶梯梯級(jí)自動(dòng)清洗生產(chǎn)線的研發(fā)與應(yīng)用

趙鴻強(qiáng)，葛建新，田 野，唐 朕，楊 龍

（北京潔禹通環(huán)?？萍加邢薰?，北京 100048）

1 扶梯梯級(jí)清洗現(xiàn)狀

1.1 在線清洗狀況

自動(dòng)扶梯的大規(guī)模使用，每日大流量人員流動(dòng)帶來(lái)的灰塵、污漬和殘留的油漬等，再加上步梯自身的形狀和運(yùn)行狀態(tài)對(duì)在線清洗工作帶來(lái)麻煩，很難做到時(shí)刻保持干凈衛(wèi)生，而且不同的人群也會(huì)帶來(lái)不同的細(xì)菌，消毒滅菌也非常困難。并且過(guò)于依賴人工清洗，污染環(huán)境的同時(shí)導(dǎo)致步梯維護(hù)成本增加。而且在在線清潔梯級(jí)時(shí)會(huì)有意外傷害事故發(fā)生的隱患。目前也有國(guó)外廠家開(kāi)發(fā)了梯級(jí)清洗設(shè)備，將清洗機(jī)固定在電梯底部，根據(jù)不同品牌型號(hào)的自動(dòng)扶梯選擇不同的卡梳，固定在本體面卡槽。特色的噴頭將清潔劑噴灑在滾刷上，然后用滾刷清潔電梯的踏板。然而這種方式只能清洗梯級(jí)踏板面板，不能對(duì)梯級(jí)進(jìn)行全面清洗。

1.2 梯級(jí)離線清洗現(xiàn)狀

目前北京地鐵的多條線路的梯級(jí)清洗采用離線清洗的方式，清洗方法是利用高壓熱水沖洗泵由人工進(jìn)行逐塊清洗。這樣自動(dòng)扶梯梯級(jí)的清洗方式為人工清洗，存在工作環(huán)境差、效率低、耗水量大，洗滌廢水排放不達(dá)標(biāo)，清洗劑得不到重復(fù)使用等問(wèn)題。而且人工清洗不均勻，清洗效果不理想。由于梯級(jí)形狀不均勻，部分角落清洗也難以覆蓋到。隨著自動(dòng)扶梯運(yùn)行數(shù)量的增加，梯級(jí)清洗的問(wèn)題將變得突出。截至目前，全路網(wǎng)近3 000臺(tái)自動(dòng)扶梯梯級(jí)清洗涉及人力資源和水、電資源的消耗付出，費(fèi)用極大，與現(xiàn)行國(guó)家、市政府要求的降本增效不符。關(guān)于扶梯梯級(jí)離線清洗存在的問(wèn)題，有關(guān)專家進(jìn)行了分析研究，主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題。

（1）既有的人工清洗方式，浪費(fèi)大量的人力成本，過(guò)程必然造成大量水資源的浪費(fèi)。

（2）沖洗產(chǎn)生的廢水帶有大量的油污，排放至市政污水管網(wǎng)，對(duì)環(huán)境造成一定的污染。

（3）由于外排水含有大量的油污等污染物，直接外排存在環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)，難以持續(xù)作業(yè)。

2 研究?jī)?nèi)容

2.1 研發(fā)針對(duì)梯級(jí)的專用環(huán)保清洗藥劑

根據(jù)污染程度調(diào)節(jié)清洗強(qiáng)度和清洗溫度，配合使用針對(duì)梯級(jí)污染的環(huán)保清洗藥劑，在最大程度上降低清洗梯級(jí)難度，減少清洗的用水量，節(jié)能降耗，節(jié)約成本。本專用環(huán)保清洗劑配方的質(zhì)量百分比為：烷基糖苷18%；碳酸鈉18%；絡(luò)合劑5%；緩蝕劑5%；助洗劑1%；消泡劑4%；凈洗劑5%；去離子水44%。該梯級(jí)清洗藥劑不含重金屬、磷和亞硝酸鹽等受控有害物質(zhì)，也不含APEO 類表面活性劑，生物降解性高，綠色、環(huán)保，無(wú)毒無(wú)害，對(duì)金屬無(wú)腐蝕。采用其清洗后的制品幾乎沒(méi)有污垢殘留且制品的光澤度幾乎沒(méi)有變化，不會(huì)破壞梯級(jí)表面水漆，同時(shí)，該清洗劑對(duì)人體的健康無(wú)影響和對(duì)環(huán)境排放無(wú)污染。在浸泡和清洗階段使用專用清洗劑，能在最大程度上降低清洗的水耗，極大地提高了后續(xù)清洗的強(qiáng)度，加速梯級(jí)清洗效率。

2.2 研究開(kāi)發(fā)出梯級(jí)自動(dòng)清洗設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)及清洗工藝

針對(duì)扶梯梯級(jí)運(yùn)行后產(chǎn)生污漬的特點(diǎn)，并調(diào)研現(xiàn)有清洗方式。制定從浸泡、預(yù)清洗、清水清洗，漂洗等多級(jí)清洗和烘干一系列清洗工藝以及廢水通過(guò)氣浮、沉淀、過(guò)濾、加藥等流程進(jìn)行污水處理后再回用的工藝流程。

（1）針對(duì)梯級(jí)污漬特點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)清洗的目的，通過(guò)實(shí)際試驗(yàn)測(cè)試，制定上件→浸泡→清洗→漂洗→烘干→下件的整套清洗流程。在梯級(jí)清洗過(guò)程中可根據(jù)實(shí)際環(huán)境和工況設(shè)置最優(yōu)的浸泡時(shí)間和溫度，清洗時(shí)間和溫度、清洗壓力，漂洗時(shí)間和溫度、漂洗壓力，烘干時(shí)間等重要參數(shù)。配合專用環(huán)保梯級(jí)清洗藥劑，通過(guò)設(shè)置各清洗工位最優(yōu)清洗參數(shù)以滿足梯級(jí)自身多油，污垢附著力強(qiáng)，難清洗等問(wèn)題。

（2）對(duì)梯級(jí)清洗廢水的原水樣本進(jìn)行分析，制定氣浮、沉淀、過(guò)濾、加藥，制餅等流程進(jìn)行處理。處理后的廢水達(dá)到城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)，可繼續(xù)用作梯級(jí)清洗回水繼續(xù)使用。或達(dá)到污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)排入市政管網(wǎng)。

梯級(jí)自動(dòng)清洗設(shè)備產(chǎn)生的污水經(jīng)自吸泵抽到調(diào)節(jié)池→梯級(jí)清洗污水通過(guò)藥劑和氣浮作用→經(jīng)處理后的液體（中水）進(jìn)入中間水池，固體污染物及沉淀物進(jìn)入污泥池→中水經(jīng)過(guò)砂濾過(guò)濾后潔凈清水進(jìn)入清水池→清水經(jīng)泵再定期抽到梯級(jí)自動(dòng)清洗設(shè)備重復(fù)利用或排入市政污水管網(wǎng)。

固體污染物及沉淀物進(jìn)入污泥池經(jīng)藥劑作用→由污泥螺桿泵抽到污泥脫水機(jī)內(nèi)→少量液體可排入市政污水管網(wǎng)，污泥可制成泥餅清運(yùn)處理。

通過(guò)以上水處理工藝，可以充分做到固、液分離，清洗梯級(jí)污水經(jīng)處理后循環(huán)使用，充分利用水源。少量液體無(wú)污染排入市政污水管網(wǎng)，可保證在市區(qū)進(jìn)行梯級(jí)清洗工作。節(jié)省梯級(jí)因環(huán)保問(wèn)題轉(zhuǎn)運(yùn)到外埠清洗的運(yùn)輸費(fèi)用和運(yùn)輸造成的施工周期。

2.3 研究開(kāi)發(fā)梯級(jí)自動(dòng)清洗和污水處理一體化設(shè)備

針對(duì)扶梯梯級(jí)人工清洗效果差，環(huán)境污染嚴(yán)重，浪費(fèi)嚴(yán)重等問(wèn)題，項(xiàng)目組根據(jù)目前所涉及不同型號(hào)，不同廠家的扶梯梯級(jí)尺寸和結(jié)構(gòu)以及上述工藝流程，在之前半自動(dòng)清洗設(shè)備的基礎(chǔ)上深入研究，開(kāi)發(fā)出一體化梯級(jí)自動(dòng)清洗生產(chǎn)流水線。如圖1所示。主要包括梯級(jí)自動(dòng)清洗設(shè)備和智能污水處理系統(tǒng)兩部分。梯級(jí)自動(dòng)清洗設(shè)備可根據(jù)清洗總量和清洗節(jié)拍布置單條或多條自動(dòng)清洗流水線，污水處理系統(tǒng)根據(jù)梯級(jí)自動(dòng)清洗生產(chǎn)線的體量配套設(shè)計(jì)污水處理量。梯級(jí)自動(dòng)清洗設(shè)備和污水處理系統(tǒng)兩部分可同步協(xié)調(diào)工作，也可單獨(dú)運(yùn)行。整體設(shè)備配置靈活，操作簡(jiǎn)便。可滿足用戶不同清洗需求。

圖1 一體化梯級(jí)自動(dòng)清洗生產(chǎn)流水線

關(guān)鍵性技術(shù)如下。

（1）吊掛式梯級(jí)輸送自動(dòng)清洗技術(shù)；

（2）多級(jí)清洗技術(shù)；

（3）閉環(huán)式自動(dòng)輸送線技術(shù)；

（4）水循環(huán)利用技術(shù)；

（5）冷凝吸霧系統(tǒng)技術(shù)；

（6）溫控閉環(huán)控制系統(tǒng)；

（7）能源管理控制系統(tǒng)；

（8）專用環(huán)保清洗劑。

項(xiàng)目自主創(chuàng)新先進(jìn)的梯級(jí)自動(dòng)多級(jí)清洗工藝和污水處理工藝一體化協(xié)同工作，針對(duì)梯級(jí)多油重污的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化清洗的方案。創(chuàng)新使用浸泡，清洗，漂洗、烘干等多級(jí)清洗關(guān)鍵工藝，在保證清洗效果的同時(shí)對(duì)清洗廢水進(jìn)行氣浮、沉淀、過(guò)濾、加藥，制餅等流程處理，使得廢水可作為梯級(jí)清洗回水重復(fù)循環(huán)利用或達(dá)到市政管網(wǎng)排放標(biāo)準(zhǔn)。

項(xiàng)目完全顛覆了傳統(tǒng)的人工清洗模式，本著自主創(chuàng)新的原則，結(jié)合梯級(jí)自動(dòng)多級(jí)清洗工藝。為了最大程度地降低清洗勞動(dòng)強(qiáng)度，提高清洗效率，項(xiàng)目組開(kāi)發(fā)了吊掛式自動(dòng)清洗技術(shù)和全自動(dòng)閉環(huán)輸送技術(shù)。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化流水線作業(yè)，吊掛式輸送鏈，避免浸泡及清洗漂洗轉(zhuǎn)序人工操作。在清洗階段采用吊掛式360°自動(dòng)旋轉(zhuǎn)加高壓噴淋清洗結(jié)構(gòu)，保證梯級(jí)全方位無(wú)死角自動(dòng)清洗。全自動(dòng)化流水線作業(yè)可以最大程度上減少人工成本。全流程只需有人進(jìn)行上件下件及系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控，即可對(duì)梯級(jí)清洗全過(guò)程進(jìn)行把控。

3 基于自動(dòng)能源管理控制技術(shù)的一體化扶梯梯級(jí)自動(dòng)清洗生產(chǎn)線在軌道交通行業(yè)的應(yīng)用

該項(xiàng)目旨在推進(jìn)梯級(jí)清洗維護(hù)自動(dòng)化進(jìn)程，明確職責(zé)及離線清洗維護(hù)流程，實(shí)現(xiàn)電梯梯級(jí)的批量清洗維護(hù)，減小梯級(jí)使用磨損，降低維修成本，并且有效減少電梯故障的產(chǎn)生。實(shí)現(xiàn)降本增效，節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)，降低人工成本，提高工作效率。同時(shí)，在清洗過(guò)程中對(duì)水資源進(jìn)行重復(fù)利用，能達(dá)到節(jié)水，節(jié)能，環(huán)保的目的。

3.1 一體化梯級(jí)自動(dòng)清洗生產(chǎn)線在北京地鐵機(jī)電分公司的實(shí)際應(yīng)用

改項(xiàng)目一體化梯級(jí)清洗生產(chǎn)線在北京地鐵機(jī)電分公司電梯離線檢修基地項(xiàng)目完成實(shí)際應(yīng)用。項(xiàng)目對(duì)稱布置2條梯級(jí)自動(dòng)清洗生產(chǎn)線，清洗能力240塊/d。配置一套污水處理系統(tǒng)。污水處理量2 t/h，污水經(jīng)處理后達(dá)到循環(huán)使用，固廢通過(guò)污泥疊螺機(jī)制餅后集中存放外運(yùn)，從而達(dá)到零排放。

待清洗的梯級(jí)由現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)至上料區(qū)（舊梯料）碼放整齊→人工將待洗梯級(jí)逐一放在自動(dòng)輸送帶上→待洗梯級(jí)隨輸送帶運(yùn)行至浸泡槽→清洗藥劑在氣浮作用下和梯級(jí)污物發(fā)生作用（4～12 min），梯級(jí)在PLC 控制下在浸泡槽液體內(nèi)呈S 形移動(dòng)→預(yù)清洗的梯級(jí)隨輸送帶運(yùn)行進(jìn)入清洗工位進(jìn)行高壓清洗（約4～10 min），清洗工位內(nèi)包括藥劑清洗和清水漂洗、烘干等→清洗干凈的梯級(jí)經(jīng)自動(dòng)檢測(cè)→合格品隨輸送帶運(yùn)行至成品堆放區(qū)（新梯料），經(jīng)人工碼放整齊。

3.2 清洗及污水處理效果

項(xiàng)目組對(duì)北京地鐵分公司電梯離線檢修基地梯級(jí)自動(dòng)清洗生產(chǎn)線清洗效果進(jìn)行持續(xù)跟蹤監(jiān)測(cè)，并對(duì)該生產(chǎn)線污水處理后的水質(zhì)進(jìn)行了取樣化驗(yàn)，通過(guò)第三方權(quán)威檢測(cè)，并將得到的數(shù)據(jù)與國(guó)標(biāo)進(jìn)行對(duì)比。清洗后產(chǎn)生的污水經(jīng)過(guò)污水處理系統(tǒng)處理后，出水水質(zhì)各項(xiàng)控制指標(biāo)完全滿足且優(yōu)于現(xiàn)行國(guó)家《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T31962—2015的污水排放要求。該項(xiàng)目通過(guò)先進(jìn)的污水處理工藝使回水重復(fù)利用，利用率率大于90%，而且清洗藥劑的加藥量節(jié)省44%。見(jiàn)圖2。

圖2 梯級(jí)清洗前后效果對(duì)比

3.3 能源管理控制應(yīng)用效果

針對(duì)扶梯梯級(jí)污染特點(diǎn)，為了滿足梯級(jí)清洗生產(chǎn)能力和清洗節(jié)拍，梯級(jí)自動(dòng)清洗生產(chǎn)線為了提高清洗強(qiáng)度和清洗效果，采用高溫浸泡和高溫清洗工藝，浸泡和清洗水箱加熱模塊屬于高能耗設(shè)備，為了達(dá)到節(jié)能減排，降本增效的目的，所以梯級(jí)自動(dòng)清洗生產(chǎn)線的能源管理就尤為重要。項(xiàng)目組開(kāi)發(fā)了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的能源管理系統(tǒng)，通過(guò)云平臺(tái)遠(yuǎn)程管理和監(jiān)控各個(gè)負(fù)載及功能模塊。該系統(tǒng)由智慧硬件、新型傳感器，信息化平臺(tái)組成。

（1）多維度的能耗查詢分析。

能源管理系統(tǒng)可對(duì)不同類別能耗，不同用電時(shí)段能耗，不同區(qū)域能耗進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。并列舉重大能耗設(shè)備和用電狀況。分析能耗與關(guān)鍵參數(shù)關(guān)聯(lián)性。

（2）能效指標(biāo)檢測(cè)。

定義加熱模塊，循環(huán)水泵等關(guān)鍵能耗設(shè)備的能效指標(biāo)，與能源政策中的能效指標(biāo)做對(duì)比，從而節(jié)省能耗。對(duì)各設(shè)備用電進(jìn)行分類，監(jiān)測(cè)瞬時(shí)總功率。統(tǒng)計(jì)分析用電密度。

（3）大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，生成報(bào)表工具。

對(duì)接入系統(tǒng)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并按日/周/月/季/年生成詳細(xì)報(bào)表。對(duì)設(shè)備管理及能耗分析提供參數(shù)依據(jù)和記錄。

4 結(jié)束語(yǔ)

扶梯梯級(jí)自動(dòng)清洗生產(chǎn)線完全替代傳統(tǒng)的梯級(jí)人工清洗的方式，大大提高梯級(jí)清洗效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。改善梯級(jí)清洗的工作環(huán)境。梯級(jí)自動(dòng)清洗一體化設(shè)備的應(yīng)用，可節(jié)省人力70%以上；先進(jìn)的污水處理工藝，廢用利用率達(dá)到90%以上，藥劑使用量可節(jié)省40%以上。并且整個(gè)系統(tǒng)無(wú)排放、無(wú)污染。通過(guò)設(shè)備管理與巡檢、在線故障預(yù)判、故障及時(shí)解決，可延長(zhǎng)設(shè)施使用壽命5a 以上。按照地鐵公司每年30000塊梯級(jí)的清洗量，每塊梯級(jí)的清洗成本可降低10元/塊，直接節(jié)省的經(jīng)濟(jì)效益達(dá)30萬(wàn)元以上。