江錦濤

（北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司，北京 100161）

近年來(lái)國(guó)內(nèi)各大城市軌道交通建設(shè)進(jìn)入快速發(fā)展階段，截至2016年底，全國(guó)共有43座城市批準(zhǔn)了城市軌道交通建設(shè)規(guī)劃，共 29座城市軌道交通開(kāi)通運(yùn)營(yíng)。預(yù)計(jì)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(guó)城市軌道交通運(yùn)營(yíng)總里程將達(dá)到6 000 km。

為了方便乘客進(jìn)出車(chē)站，滿(mǎn)足無(wú)障礙通行，車(chē)站出入口、站臺(tái)至站廳應(yīng)設(shè)上下行自動(dòng)扶梯和無(wú)障礙電梯[1]。全國(guó)如此大規(guī)模地發(fā)展城市軌道交通，自動(dòng)扶梯與電梯（以下簡(jiǎn)稱(chēng)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(yùn)行的安全將成為軌道交通運(yùn)營(yíng)等部門(mén)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(dú)立的電梯遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)[2]。對(duì)于城市軌道交通電扶梯，考慮運(yùn)營(yíng)管理數(shù)量龐大、設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間重載荷運(yùn)行、設(shè)備部件的運(yùn)行工況不能及時(shí)掌握、安全運(yùn)營(yíng)壓力較大等因素，運(yùn)營(yíng)部門(mén)非常有必要建立電扶梯物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)視系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)電扶梯運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)視及應(yīng)急報(bào)警、設(shè)備故障的收集分類(lèi)及分析、主要部件的監(jiān)視與預(yù)警、維護(hù)保養(yǎng)狀態(tài)的管理、人員管理、設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)分析評(píng)估管理等，提高設(shè)備運(yùn)營(yíng)的現(xiàn)代化管理水平，同時(shí)能為監(jiān)督部門(mén)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(chē)站已實(shí)現(xiàn)了設(shè)備與環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）對(duì)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(duì)電扶梯的狀態(tài)監(jiān)視

BAS對(duì)電扶梯的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)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(dòng)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(bào)警等狀態(tài)信息。其中，一般故障包括電機(jī)過(guò)流過(guò)載保護(hù)、主機(jī)速度監(jiān)測(cè)異常、扶手帶速度監(jiān)測(cè)異常、油泵故障、電源故障、工作制動(dòng)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(dòng)作、安全開(kāi)關(guān)動(dòng)作等[3]。

BAS主要監(jiān)視電梯的運(yùn)行、停止、一般故障、緊急故障、檢修、警鈴報(bào)警等狀態(tài)信息，其中，一般故障包括上強(qiáng)迫減速故障、下強(qiáng)迫減速故障、兩層之間停止、不能開(kāi)門(mén)、不能關(guān)門(mén)、不能啟動(dòng)、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(bào)警的情況[4-5]。

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

自動(dòng)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(shí)現(xiàn)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)視、故障匯總及報(bào)警、基本信息管理等，具有語(yǔ)音對(duì)講和查看視頻功能，滿(mǎn)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(dòng)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(dòng)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(wèn)題

現(xiàn)有軌道交通 BAS的監(jiān)視功能僅實(shí)現(xiàn)了車(chē)站級(jí)電扶梯設(shè)備的基本運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視和故障報(bào)警，用于車(chē)站工作人員對(duì)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(shí)現(xiàn)設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、進(jìn)行故障匯總及報(bào)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(wú)法實(shí)現(xiàn)設(shè)備各主要部件的狀態(tài)分析、故障預(yù)判、進(jìn)行設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析，電扶梯設(shè)備的運(yùn)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(gè)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(dú)立尋址的普通物理對(duì)象實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)。它具有普通對(duì)象設(shè)備化、自治終端互聯(lián)化和普適服務(wù)智能化3個(gè)重要特征[7]。

從技術(shù)架構(gòu)上看，標(biāo)準(zhǔn)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(tái)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(tái)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(shí)別層，專(zhuān)用通信網(wǎng)絡(luò)作為傳輸系統(tǒng)平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)層，將電扶梯設(shè)備的運(yùn)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(tái)，為綜合管理應(yīng)用平臺(tái)提供基礎(chǔ)信息來(lái)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(duì)已運(yùn)營(yíng)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(duì)于已運(yùn)營(yíng)和在建線路的電扶梯設(shè)備，需要對(duì)其軟硬件進(jìn)行升級(jí)和改造，設(shè)置 RS-485輸出端口，開(kāi)放通信協(xié)議，通過(guò)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(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的方式傳送到物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)中心。

對(duì)于新建線路，招標(biāo)時(shí)均要求電扶梯設(shè)置RS-485端口且采用開(kāi)放的通信協(xié)議，配置數(shù)據(jù)采集傳輸設(shè)備（DTU），直接實(shí)現(xiàn)電扶梯設(shè)備與物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)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(yùn)行狀態(tài)信息

電扶梯采用網(wǎng)絡(luò)傳輸方式將每臺(tái)設(shè)備的運(yùn)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_(tái)，當(dāng)電扶梯設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，還應(yīng)傳輸具體設(shè)備編號(hào)、故障時(shí)間、故障代碼以及故障內(nèi)容等。另外，電扶梯運(yùn)行總時(shí)間、主機(jī)功率、主機(jī)電壓、主機(jī)電流等所有能采集的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息均應(yīng)上傳管理平臺(tái)。

4.1.2 應(yīng)急報(bào)警信息等級(jí)

電扶梯一般故障和緊急故障、自動(dòng)扶梯急停、電梯轎廂乘客報(bào)警等重要報(bào)警信息發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)時(shí)報(bào)警，并以系統(tǒng)報(bào)警信息提示及聲光報(bào)警的形式發(fā)出報(bào)警?？蓪?duì)報(bào)警信息的重要性等級(jí)進(jìn)行分類(lèi)，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(duì)不同報(bào)警等級(jí)，將報(bào)警的信息發(fā)送給相關(guān)的管理、運(yùn)營(yíng)、維保等人員，并根據(jù)不同等級(jí)明確具體的響應(yīng)時(shí)間。

4.1.3 視頻與電話信息

既有軌道交通車(chē)站設(shè)置的電扶梯，CCTV已實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)扶梯的全梯路視頻覆蓋及對(duì)電梯的廳門(mén)、轎廂內(nèi)的視頻覆蓋，實(shí)現(xiàn)車(chē)站控制室直接調(diào)用電扶梯的視頻信息。同時(shí)，電梯設(shè)置了五方通話[9]，即實(shí)現(xiàn)車(chē)控室、轎廂、控制柜、轎頂、底坑的五方對(duì)講。因此，綜合管理平臺(tái)可隨時(shí)調(diào)取相應(yīng)的視頻信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)扶梯上及電梯轎廂內(nèi)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)查看，同時(shí)能與轎廂內(nèi)乘客進(jìn)行通話。

4.1.4 故障智能診斷系統(tǒng)信息

結(jié)合運(yùn)營(yíng)部門(mén)對(duì)電扶梯故障監(jiān)測(cè)的功能需求，電扶梯主要對(duì)平日例檢難以檢查的機(jī)械磨損部位和自檢故障信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)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(dòng)、溫度等相關(guān)狀態(tài)，通過(guò)故障智能診斷分析技術(shù)進(jìn)行分析，提取故障特征信息，達(dá)到對(duì)測(cè)點(diǎn)故障的監(jiān)測(cè)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(shí)現(xiàn)電扶梯故障趨勢(shì)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(tái)的功能

在綜合管理平臺(tái)設(shè)置基本信息管理、人員管理、運(yùn)行狀態(tài)管理、視頻監(jiān)視管理、外部接口、應(yīng)急報(bào)警及故障管理、維保管理、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估管理等模塊，通過(guò)相應(yīng)的管理模塊對(duì)電扶梯設(shè)備進(jìn)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(shí)間、整機(jī)以及主要部件的品牌、產(chǎn)地、型號(hào)、編號(hào)、生產(chǎn)時(shí)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(yùn)營(yíng)管理部門(mén)、運(yùn)營(yíng)管理人員、維保單位、維保單位人員以及監(jiān)督部門(mén)等的管理。同時(shí)，人員管理模塊可以根據(jù)報(bào)警等級(jí)設(shè)定將相應(yīng)的報(bào)警信息發(fā)送到指定的工作人員。

同時(shí)，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(xiě)均可自動(dòng)關(guān)聯(lián)維保人員。

4.2.3 運(yùn)行狀態(tài)管理

自動(dòng)扶梯運(yùn)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(yùn)行總時(shí)間、主機(jī)功率、主機(jī)電壓、主機(jī)電流、主機(jī)轉(zhuǎn)速、主機(jī)振動(dòng)頻率、梯級(jí)運(yùn)行速度、扶手帶運(yùn)行速度、負(fù)載率、機(jī)房噪聲、控制柜溫度等實(shí)時(shí)狀態(tài)。

電梯運(yùn)行狀態(tài)信息包括上行、下行、停梯、待機(jī)、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(yùn)行總時(shí)間、啟停次數(shù)、主機(jī)功率、主機(jī)電壓、主機(jī)電流、主機(jī)振動(dòng)頻率、轎廂噪聲、蓄電池狀態(tài)、控制柜和變頻器溫度等實(shí)時(shí)狀態(tài)。

另外，基于故障智能診斷系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)狀態(tài)也傳輸至運(yùn)行狀態(tài)管理模塊，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

4.2.4 視頻監(jiān)視管理

根據(jù)軌道交通設(shè)計(jì)要求，CCTV已實(shí)現(xiàn)了對(duì)自動(dòng)扶梯、電梯廳門(mén)和轎廂內(nèi)的視頻覆蓋，視頻監(jiān)視平臺(tái)可以遠(yuǎn)程隨時(shí)調(diào)用所需要的相關(guān)視頻信息。

4.2.5 應(yīng)急報(bào)警管理

結(jié)合電扶梯的狀態(tài)信息，對(duì)電扶梯的一般故障和緊急故障、自動(dòng)扶梯急停、電梯轎廂乘客報(bào)警等重要信息進(jìn)行報(bào)警，即當(dāng)綜合管理平臺(tái)接收到報(bào)警后以報(bào)警信息提示及聲光報(bào)警的形式發(fā)出報(bào)警，提醒管理人員及時(shí)了解和處理報(bào)警狀態(tài)，同時(shí)根據(jù)報(bào)警等級(jí)將報(bào)警信息以電話、短信、APP等形式發(fā)送到各級(jí)管理人員、維保人員，相應(yīng)的人員需進(jìn)行確認(rèn)，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(tái)

電扶梯設(shè)備屬于特種設(shè)備，由特種設(shè)備檢查部門(mén)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(mén)的管理平臺(tái)，便于其監(jiān)視。同時(shí)，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(duì)，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(dāng)故障發(fā)生時(shí)，能自動(dòng)判斷出故障發(fā)生的時(shí)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(yùn)行數(shù)據(jù)，以備查詢(xún)分析，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，能自動(dòng)將故障前后的運(yùn)行數(shù)據(jù)單獨(dú)調(diào)出，并長(zhǎng)期保存，以便進(jìn)行故障分析；采用大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的方法，分析故障的類(lèi)型，預(yù)防電扶梯故障的發(fā)生，提高電扶梯運(yùn)行的安全性和可靠性；為電扶梯的日常維護(hù)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(yùn)營(yíng)成本；記錄維保人員維護(hù)保養(yǎng)的時(shí)間，方便管理部門(mén)對(duì)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(xì)的維保方案，維保項(xiàng)目的要求分為半月、季度、半年、年度4類(lèi)，包括清潔、潤(rùn)滑、檢查、調(diào)整、更換等安全要求[10]。通過(guò)維保管理系統(tǒng)，可以記錄每臺(tái)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(shí)間、存在問(wèn)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(shí)間、設(shè)備故障點(diǎn)、故障等級(jí)分類(lèi)、故障是否排除、故障維修時(shí)間、故障處理方案等，并能將維修記錄進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分類(lèi)、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(bào)告等，通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)掌握電扶梯的運(yùn)營(yíng)工況。同時(shí)，維保管理系統(tǒng)具備維修記錄和故障處理報(bào)告的實(shí)時(shí)查詢(xún)、通用格式導(dǎo)出以及打印功能。

通過(guò)對(duì)電扶梯設(shè)備部件的維保管理，掌握各部件，特別是影響運(yùn)營(yíng)安全的關(guān)鍵部件的使用壽命，根據(jù)各個(gè)城市的環(huán)境建立電扶梯設(shè)備的修程，進(jìn)而結(jié)合每臺(tái)電扶梯的使用環(huán)境（溫度、濕度、荷載）制定維保計(jì)劃。另外，通過(guò)實(shí)時(shí)運(yùn)營(yíng)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(jì)劃修和狀態(tài)修有機(jī)結(jié)合，制定全面的電扶梯設(shè)備管理制度。

4.2.9 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估管理

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估管理系統(tǒng)對(duì)故障管理庫(kù)、維修管理庫(kù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析，例如分析在不同運(yùn)行工況下的電扶梯設(shè)備，其主體內(nèi)自動(dòng)扶梯、出入口自動(dòng)扶梯、換乘車(chē)站自動(dòng)扶梯（針對(duì)長(zhǎng)時(shí)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(lèi)型、發(fā)生頻次、周期、使用壽命等，充分掌握各主要部件的實(shí)際使用狀況及使用壽命，分析主要部件的風(fēng)險(xiǎn)源。同時(shí)，結(jié)合故障智能診斷系統(tǒng)的趨勢(shì)預(yù)判，提出每臺(tái)或者相同工況下電扶梯設(shè)備各主要部件的風(fēng)險(xiǎn)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(yùn)行的安全性和可靠性。

5 結(jié)論

城市軌道交通自動(dòng)扶梯與電梯設(shè)備的運(yùn)行安全是軌道交通正常運(yùn)營(yíng)的重要保障。自動(dòng)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(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)，搭建運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)，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(shí)現(xiàn)電扶梯設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防報(bào)警，防患于未然，提供設(shè)備運(yùn)行的安全性和可靠性，保障乘客的出行安全。