馮超　吳杰

摘 要：自動扶梯作為運載乘客的設備，被廣泛應用于現(xiàn)代機場中。自動扶梯安全運行、及時的故障報警及維護關系到乘客的安全使用。文中采用物聯(lián)網技術搭建一個自動扶梯運行服務平臺，通過平臺實現(xiàn)前瞻性和可預見性的維護，使維護人員能夠在昂貴的延誤或失敗發(fā)生前就采取行動，將事故防范于未然。

關鍵詞：物聯(lián)網；傳感器；自動扶梯；安全性

中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2018）03-0-03

0 引 言

伴隨著現(xiàn)代化進程，公共交通和基礎建設飛速發(fā)展，遍布大中城市的商場、地鐵、機場、高樓大廈無不在使用一種特殊的設備——電梯、自動扶梯和自動人行道，這些設備起著運送人員或貨物的作用，方便了人們出行。然而在這些設備的使用過程中，不可避免地會出現(xiàn)各種故障，其中一些故障會給使用者帶來安全事故。面對這一系列事故，我國頒布了《中華人民共和國特種設備安全法》《特種設備安全監(jiān)察條例》《自動扶梯和自動人行道的制造與安裝安全規(guī)范》等一系列法律法規(guī)，從特種設備的生產、安裝、運行、維護及監(jiān)督檢查等各個環(huán)節(jié)加以嚴防嚴控，最大限度地保證人民群眾的生命安全。

西安咸陽國際機場以其“承接東西，聯(lián)結南北”的區(qū)位優(yōu)勢，成為國內干線重要的航空港和國際定期航班機場，是中國民用航空局規(guī)劃建設的八大區(qū)域性樞紐機場之一，截止到2016年末，年旅客吞吐量達3 699.4萬人次。面對逐年快速增長的旅客，機場的電梯、自動扶梯設備運行壓力越來越大，不僅要保證旅客的人身安全，更要為旅客出行提供優(yōu)質便捷的服務，因此電、自動扶梯設備的安全運行管理尤為重要。目前，西安咸陽國際機場共有三座航站樓，有自動扶梯、自動人行道和電梯170余部。隨著新航站的建設，設備數(shù)量會成倍增長，這些特種設備存在使用流量大、使用情況復雜、運行時間長以及安裝分布范圍廣等特點。盡管機場配備了一支專業(yè)的保養(yǎng)、維修隊伍來保障這些設備安全運行，但設備故障仍時有發(fā)生，給旅客出行帶來不便，影響機場的服務品質。因此，如何提前發(fā)現(xiàn)故障隱患、快速找到故障點及時處理，以及做好預防性維修、降低故障率的問題就凸顯出來了。采用物聯(lián)網技術，建設“電梯安全服務平臺”，實現(xiàn)“故障預警發(fā)布、應急快速處置、維保作業(yè)核查、狀態(tài)遠程監(jiān)視”輔助電梯安全監(jiān)察的功能是提高電梯安全管理水平的具體措施[1]。

在國內，將物聯(lián)網技術應用到機場電梯、自動扶梯等管理中還處于起步階段，尚有許多問題需要探討。本文針對機場實際情況，提出了搭建基于物聯(lián)網技術的自動扶梯、自動人行道和電梯運行狀態(tài)的實時監(jiān)控服務平臺，通過平臺實現(xiàn)前瞻性和可預見性的維護，使維護人員能夠在昂貴的延誤或失敗發(fā)生前就采取行動，將事故防范于未然。

1 物聯(lián)網技術

物聯(lián)網是通過在物理世界的實體中部署具有感知能力、計算能力及執(zhí)行能力的裝置，使物理實體變?yōu)橐粋€智能體，通過網絡實現(xiàn)實體之間、實體與人之間互聯(lián)互通，是一種萬物溝通的，具有全面感知、可靠傳輸、智能處理特征連接物理世界的網絡，這種網絡徹底改變了人們的生產和生活方式，達到了一種智慧狀態(tài)，提高了資源利用率，改善了人與自然界的關系，從而提高了整個社會的信息化能力[2]。

物聯(lián)網是互聯(lián)網技術、傳感器技術、射頻識別技術等的深度融合，其技術體系架構包括感知層、網絡層和應用層[3]。感知層處于體系架構的最底層，用于采集實體狀態(tài)信息、運行數(shù)據，包括各類物理量、標識、音頻、視頻，是物聯(lián)網運行的基礎，主要由不同的傳感器、RFID標簽、智能化的感知設備等構成，通過通信技術把實體的狀態(tài)信息、運行數(shù)據傳輸?shù)交ヂ?lián)網的網關設備。網絡層是連接感知層與應用層的中間層，其作用是把感知到的信息高效、高可靠、無障礙、高安全性地進行傳輸，需要傳感網絡、通信技術、互聯(lián)網絡技術的優(yōu)化融合。應用層把感知層采集、網絡層傳輸?shù)臄?shù)據信息進行分析處理，進行遠程監(jiān)視和控制，實現(xiàn)智能化管理[4]。

電梯、自動扶梯物聯(lián)網是集計算機技術、電梯控制與維護技術、傳感技術、通信技術、物聯(lián)網技術為一體，實現(xiàn)電梯、自動扶梯等檢測、控制、維護，安全報警、應急處理、風險分析與預警、運行狀態(tài)評價和質量分析等功能，是一個綜合、高效的電梯管理系統(tǒng)。

2 物聯(lián)網電梯遠程控制系統(tǒng)設計

根據電梯遠程報警系統(tǒng)國家標準（GB24475-2009）規(guī)定的監(jiān)控信號及規(guī)范[5]，結合機場電梯、自動扶梯和自動人行道的布局，以物聯(lián)網技術為核心，構建電梯遠程控制系統(tǒng)，其主要功能為：電梯運行實時數(shù)據采集、傳輸記錄查詢功能；維護、保養(yǎng)、質檢記錄查詢功能；預警、報警功能；電梯使用自動分流調度功能；語音、視頻傳輸對講功能；維護保養(yǎng)自動派單功能；遠程控制功能。

2.1 方案

根據系統(tǒng)功能要求，物聯(lián)網電梯遠程控制系統(tǒng)由四部分構成：電梯信息數(shù)據采集部分；語音、視頻信息采集傳輸部分；網絡服務器部分；應用軟件平臺部分。

電梯信息數(shù)據采集部分是整個系統(tǒng)的“感知神經元”，主要由各種傳感器構成，可實時獲取電梯運行的信息和數(shù)據，并通過網絡上傳至網絡中心服務器。

音、視頻信號采集、傳輸部分是整個系統(tǒng)的“眼睛”和“嘴巴”，由攝像頭、麥克風等音、視頻采集設備構成，主要采集傳輸乘客乘行電梯時的語音、視頻信息，以實現(xiàn)對話、監(jiān)控功能。

網絡服務器部分是整個系統(tǒng)的“大腦”和“心臟”，是實現(xiàn)整個系統(tǒng)功能的指揮中心，負責協(xié)調、調度系統(tǒng)各模塊間的工作，并通過強大的數(shù)據庫管理功能實現(xiàn)電梯智能化管理。

應用軟件平臺由一臺或多臺電腦組成，是人機對話的界面，其功能是將系統(tǒng)采集的電梯實時運行數(shù)據以及音、視頻監(jiān)控數(shù)據一一顯示出來，完成人機對話功能。

2.2 電梯信息數(shù)據采集

電梯信息數(shù)據采集裝置主要由傳感器，電梯、自動扶梯控制器，數(shù)據采集與通信等部件構成，其框圖如圖1所示。

傳感器分別負責采集檢測自動扶梯在工作時的梯級振動數(shù)據、電動機的速度數(shù)據、潤滑統(tǒng)剩余量以及電動機的溫度數(shù)據、承載人數(shù)以及人的狀態(tài)、電梯位置、運行過程火焰等。數(shù)據采集與通信模塊負責采集傳感器檢測到的數(shù)據，通過通信模塊將其傳輸?shù)骄W絡層。

在本設計中，傳感器以電梯、自動扶梯、自動人行道為單元，單元內各傳感器以單片機 MSP430F為平臺，包含信號調理電路、接口電路等。傳感器以RS 232接口與CC2530連接，實現(xiàn)以ZigBee為協(xié)議的數(shù)據傳輸[6]，其連接框圖如圖2所示。

2.2.1 速度傳感器

在自動扶梯運行時，如有非操作性突然逆行、速度有較大變化或扶手帶的速度偏離梯級、踏板速度較大時，對乘行人員的傷害是最大的[7]。速度傳感器對扶梯的運行速度、運行方向、扶手帶運行速度進行實時監(jiān)控，當發(fā)現(xiàn)速度大幅度變化、逆行或扶手帶速度偏離較大時就會立即使扶梯自動停止運行，并且通知維修人員進行故障處理。本設計選用霍爾傳感器，用以檢測電機的運行速度。

2.2.2 振動傳感器

電梯、自動扶梯發(fā)生突然抖動時，容易使乘客摔倒[8]。為了及時發(fā)現(xiàn)這一安全隱患，在自動扶梯實時監(jiān)控系統(tǒng)中加入了振動傳感器，對電梯運行過程中的振動參數(shù)進行測量。當振動幅度超過一定的閾值時，系統(tǒng)會立即停止自動扶梯運行，結合其他信息進行分析，給出維護指示。本設計選用AXDL345 超低功耗三軸加速度傳感器，可以直接獲得三維空間中各方向上的振動幅度和頻率。

2.2.3 溫度傳感器

自動扶梯運行驅動靠電機完成，電機溫度異常升高會導致自動扶梯運行異常和電機損壞。溫度傳感器用以檢測電機的運行溫度，當溫度超過極限時，系統(tǒng)會停止扶梯的運行，結合其他傳感器分析溫度升高的原因，給出維護信息。本設計選擇K型熱電偶和MAX6675處理芯片，完成電機溫度檢測。

2.2.4 油量傳感器

自動扶梯每天至少運行18 小時，這樣超長的工作時間必然會磨損其系統(tǒng)部件。而自動扶梯中受力最大的拽引鏈往往是磨損最嚴重的。針對這一問題，制造商在拽引鏈中加入了潤滑系統(tǒng)。但如果潤滑系統(tǒng)的油量不足而沒有被及時發(fā)現(xiàn)，就會增加拽引鏈的故障率，導致整部扶梯的工作壽命降低。利用油量傳感器對油量進行實時測量，一旦數(shù)據處理中心接收到油量不足的信息就會立即通知維護人員及時注入潤滑油。本設計選用電容式HK-DR01插入潤滑油油箱來檢測其油量。

2.2.5 紅外傳感器

自動扶梯在運行時，由于機械碰撞，電氣打火等因素容易引發(fā)火災，因此加入紅外傳感器模塊。當紅外傳感器檢測到有打火現(xiàn)象時，系統(tǒng)就會停止自動扶梯運行，并鳴笛報警，疏散自動扶梯上的乘客。本設計選用紅外二極管傳感器。

2.2.6 壓力傳感器

任何電梯、自動扶梯都有額定的承載能力，當超過承載能力時，電梯、自動扶梯容易出現(xiàn)事故。利用壓力傳感器來檢測承載負荷，當負荷超過額定值時，系統(tǒng)會發(fā)出報警信息，并終止運行。本設計選擇Scaime壓力傳感器。

2.2.7 語音、視頻傳感器

此傳感器用來監(jiān)視乘客是否規(guī)范乘行。當通過視頻圖像處理后，發(fā)現(xiàn)乘客有違規(guī)乘行現(xiàn)象時，系統(tǒng)會對乘客發(fā)出語音提示告警信息，以糾正乘客乘行，保障乘客安全；通過視頻圖像處理，確定內部電梯、自動扶梯的乘員人數(shù)，為分流、調度提供數(shù)據信息；當電梯出現(xiàn)故障時，通過語音、視頻來指導乘客正確處理，避免因乘客的錯誤操作造成事故。

2.2.8 數(shù)據采集與模塊

每個電梯單元各傳感器以ZigBee協(xié)議將數(shù)據傳輸給數(shù)據采集與通信模塊，數(shù)據采集與通信模塊以ADSL形式與網絡連接。所傳輸?shù)臄?shù)據除上述傳感器數(shù)據外還有每部電梯自身的相關數(shù)據。

2.3 網絡服務器

網絡服務器是信息接收、分析、處理和控制中心，其系統(tǒng)軟件構成按功能可劃分為設備接入、系統(tǒng)管理和應用軟件三部分。

（1）設備接入軟件：負責電梯實時運行數(shù)據的采集、傳送、顯示和控制。

（2）系統(tǒng)管理軟件：采用asp，.net技術開發(fā)，配合SQL Server 數(shù)據庫，具有數(shù)據處理安全與可靠性并重的優(yōu)點，主要負責用戶注冊模塊、設備注冊模塊、數(shù)據查詢統(tǒng)計模塊以及數(shù)據處理安全與可靠性等。

（3）應用管理軟件：由六個模塊構成，即維護保養(yǎng)模塊、緊急處理模塊、預警報警模塊、遠程監(jiān)控模塊、數(shù)據庫和人員分流調度模塊，是用戶功能的具體實現(xiàn)。

2.4 應用軟件模塊介紹

2.4.1 維護保養(yǎng)模塊

記錄、查詢每次維護保養(yǎng)的時間，維護保養(yǎng)內容，設備編號，更換零部件，維護保養(yǎng)單位資質、人員等相關信息。

2.4.2 緊急處理模塊

對傳感器傳輸?shù)臄?shù)據分析判斷，得出故障類型，對故障進行風險分析，根據分析的結果分別進行處理，若故障為緊急等級，則立即發(fā)出停止命令，并以短信的形式發(fā)出故障扶梯的位置信息、故障類型給維護人員，使維修人員在第一時間獲取準確的故障信息，確保維修在最短時間內完成。

2.4.3 預警報警模塊

根據傳感器的數(shù)據和數(shù)據庫記錄信息，通過大數(shù)據分析和模型預測，對電梯、自動扶梯主要零部件潛在的隱患做出預警提示，做到防患于未然；對已發(fā)生的事件做出語音報警、指示報警，同時給出維護保養(yǎng)信息。

2.4.4 人員分流調度模塊

根據對視頻監(jiān)控信息分析的結果，以語音的形式來引導乘客選擇電梯乘行，以達到快速乘行的目的。

2.4.5 遠程控制模塊

實現(xiàn)對電梯、自動扶梯、自動人行道的控制操作，如上行、下行、停止等。

2.4.6 數(shù)據庫

基于SQL Server平臺，用以記錄傳感器傳輸?shù)臄?shù)據信息、維修、保養(yǎng)信息、電梯設備狀態(tài)信息、電梯設備廠、維護單位資質等。具有強大的編輯、查詢、報表輸出、信息上傳等功能。為了數(shù)據安全，數(shù)據庫設置有嚴格的等級操作限制和關鍵數(shù)據備份。

3 結 語

盡管物聯(lián)網技術在機場電梯、自動扶梯、自動人行道管理中的應用處于起步階段，但隨著物聯(lián)網技術和智慧機場建設的發(fā)展，將物聯(lián)網技術應用于機場電梯和其他設備的管理是必然的，這將提升設備利用率和運行效率，增強設備的穩(wěn)定性和安全性，使機場企業(yè)實現(xiàn)效益最大化。因此，結合機場的實際情況，應加大研究、推廣應用物聯(lián)網技術。

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