劉文貞，張世亮，冀維金

（河北省特種設備監(jiān)督檢驗研究院，河北 石家莊 050021）

近年來，隨著客運索道品種不斷增多、數量迅速增長，隨著旅游業(yè)的不斷發(fā)展，乘坐人數不斷上升，人們越來越重視乘坐索道過程中的安全問題。河北省地處京津冀旅游圈，索道數量居全國之首，對于索道安全管理越來越重視。同時，2022年第24屆冬季奧林匹克運動會將在北京市和張家口市舉辦，作為世界性的最高規(guī)格運動會之一，受關注度很高，客運索道作為冬奧會的一種輔助工具，其運營過程中的安全性能將直接影響比賽運動員的身體狀況和賽事的精彩程度。同時，客運索道作為公眾關注度高，媒體曝光度集中的特種設備，其運行的安全性、穩(wěn)定性至關重要，因此，保障其設備安全成為刻不容緩的任務。

客運索道在高空運行、載客量大，是旅游景區(qū)的重要交通工具，安全與否直接關系到使用人的生命和財產，這決定了索道安全的重要性。從結構上說，客運索道是由鋼絲繩、鋼絲繩的驅動裝置、迂回裝置、張緊裝置、支承裝置、抱索器、運載工具、電氣設備及安全裝置組成，結構復雜、規(guī)模龐大，整套設備分布至數百至數千米，許多部件檢查及維護需要起重工具和高空作業(yè)，操作和維護非常不便。

綜上所述，為保障冬奧會場地客運索道設備安全運行，服務于冬奧會賽事，需針對客運索道各關鍵部位進行全方位安全監(jiān)測，研究建立一套行之有效的索道安全監(jiān)測系統(tǒng)。

1 國內研究現狀

客運索道作為公眾關注度高，媒體曝光度集中的特種設備，其運行的安全性、穩(wěn)定性至關重要?？瓦\架空索道賴以生存的前提是安全，而客運索道運營安全的關鍵因素是設備運行安全。目前，泰山索道已經建成索道運營中心到泰山3條索道的計算機網絡，各索道上、下站之間及各索道站之間，其主干網是千兆光纖，各工作區(qū)域均有超五類有線網絡覆蓋，組織開發(fā)了較為簡單的互聯(lián)網及物聯(lián)網管理系統(tǒng)，將網上辦公、設備管理、設備維護、設備更換、運營管理、票務管理、視頻監(jiān)控等相關業(yè)務集成到應用平臺中。泰山索道運營中心就互聯(lián)網、物聯(lián)網與客運索道設備網絡覆蓋方面存在以下不足：

（1）泰山索道站房、支架、線路的詳細地理位置及參數較為復雜，尤其趨南北走向的中天門索道，斜長較大（2089.16米），平均爬坡角較大（30.28%），各個支架間基礎海拔差較大，水平距離差較大等復雜問題，不便于建立可靠、穩(wěn)定的無線（WIFI）網絡信號。

（2）泰山索道綜合管理系統(tǒng)雖已用于各站、部門間監(jiān)測，但對客運索道設備，尤其是驅動站、迂回站、支架間等設備監(jiān)測方面應用較少，設備架構拓撲圖簡單，如主電機、減速機溫度實時監(jiān)測，漲緊裝置位置、承載索長度參數監(jiān)測，運行風速采集，上下站工作人員、支架檢修人員的視頻交互等方面不夠健全。

綜上，隨著計算機網絡、特別是無線網絡技術、物聯(lián)網應用技術的發(fā)展和索道設備安全管理的要求，應大膽嘗試借助互聯(lián)網、物聯(lián)網應用技術，實現索道安全運營的設備全網覆蓋，開展對客運索道設備安全運行參數（信息）的監(jiān)測和信息的讀取收集。

2 客運索道全方位安全檢測系統(tǒng)

2.1 關鍵技術

鋼絲繩損傷檢測功能的實現。索道設備的鋼絲繩作為強導磁體，它的導磁率比空氣的導磁率大100倍以上，利用鋼絲繩該特性可對鋼絲繩進行勵磁，通過漏磁檢測技術對鋼絲繩損傷進行判別。由于索道設備現場情況復雜，存在低溫、強電磁干擾等惡劣環(huán)境，對鋼絲繩進行勵磁及磁特征檢測帶來很大困難，是該項目需要克服的難點。

鋼絲繩損傷定位功能的實現。鋼絲繩由于跨度大、導程長、速度快的特點，即使對損傷信息進行了精確的識別，仍然很難定位到鋼絲繩實際的損傷部位，不利于修檢查看，設計一種與索道同步運動的在線編碼計數裝置是實現鋼絲繩損傷定位的關鍵。

索道安全監(jiān)測系統(tǒng)的遠程互聯(lián)。通過現代互聯(lián)網、物聯(lián)網等新思想、新技術、新手段，構建一個索道全方位集中安全監(jiān)測平臺，實現索道的安全、高效、優(yōu)質的智慧管理模式。索道安全管理是索道管理的核心和根本，是索道乘客最基本的要求，也是索道生存的基礎。索道全方位集中安全監(jiān)測平臺，通過科學的手段來保證索道的安全、提高效率，使索道的未來朝著高性能、高安全性發(fā)展。

2.2 鋼絲繩損傷檢測

鋼絲繩是索道運行的重要部件，在運動過程中出現的損傷不可修復，一旦損傷達到了安全規(guī)程中規(guī)定的極限值，必須及時更換整條鋼絲繩，避免發(fā)生事故。鋼絲繩隨著使用時間的增加，會產生斷絲、磨損、銹蝕、扭結等多種損傷現象。根據損傷的性質和特征，可以把鋼絲繩損傷分為兩大類，局部缺陷型（LF）和截面積損耗型（LMA），分別簡稱為LF損傷及LMA損傷。幾種常見的鋼絲繩斷絲損傷特征如下圖1所示。

圖1 鋼絲繩損傷特征

由于鋼絲繩一般采用碳素鋼，具有良好的導磁性，目前漏磁檢測法是最合適的鋼絲繩損傷檢測方法。其基本原理為：對鋼絲繩進行軸向勵磁，無缺陷處內部的磁感應強度保持穩(wěn)定，而有斷絲處，磁導率明顯降低，斷口的磁力線將從磁導率大的介質中繞行。若鋼絲繩未被激勵至飽和，則大多數磁力線穿入臨近的鋼絲繞行，極少部分漏出表面；若鋼絲繩勵磁至飽和，即每根鋼絲中能穿過的磁力線數均已達到最大值，如此，鋼絲繩斷口處的磁力線不能從臨近的鋼絲中繞行，而在鋼絲繩表面的空氣中泄露出來，形成漏磁場。損傷處漏磁場的強度與分布取決于勵磁強度、損傷形狀及其幾何尺寸。當勵磁強度一定時，使用磁敏元件對因鋼絲繩損傷產生的分布于周圍空間的漏磁場進行檢測，并由此來判斷鋼絲繩損傷狀況的檢測方法，即為鋼絲繩損傷漏磁檢測法的原理。其原理圖如圖2所示。

圖2 漏磁檢測原理

2.3 需要實現的技術指標

該索道安全監(jiān)測系統(tǒng)是基于物聯(lián)網并匯總索道監(jiān)測數據的一套索道全方位集中安全監(jiān)測平臺，能夠對單條索道的全天候、全方位實時安全監(jiān)測，其實現技術指標如下：

2.3.1 鋼絲繩在線監(jiān)測

（1）不影響索道的正常運行，保證冬奧會賽事的正常開展。

（2）實時監(jiān)測鋼絲繩的局部缺陷（LF）和截面積損耗（LMA）曲線,能快速、準確、監(jiān)測到鋼絲繩的損傷類型（斷絲、磨損、銹蝕和變形）以及損傷的程度。

2.3.2 溫度監(jiān)測

（1）減速機潤滑油油溫監(jiān)測。

（2）電機、減速器溫度監(jiān)測。

2.3.3 壓力監(jiān)測

液壓站的壓力監(jiān)測：張緊系統(tǒng)的壓力監(jiān)測；緊急制動器的開閉狀態(tài)監(jiān)測。

2.3.4 電氣參數監(jiān)測

（1）供電電壓、電流、電機電流等參數監(jiān)測。

（2）索道運行速度、支架風速監(jiān)測。

（3）高、低速制動器開閉狀態(tài)、上下站主軸防斷軸保護開關狀態(tài)、行程限位開關狀態(tài)、檢修開關、各個支架脫索保護開關、超壓欠壓保護開關狀態(tài)等監(jiān)控。

2.4 客運索道安全監(jiān)測系統(tǒng)數據采集

平臺數據采集包含3部分：鋼絲繩探傷設備數據采集、索道運行節(jié)點參數（PLC）數據采集、視頻監(jiān)控設備數據采集。數據采集結構如圖3所示。

圖3 數據采集結構圖

探傷數據根據傳感器通道進行自封裝通訊協(xié)議傳輸數據，定義協(xié)議字頭包含索道站站號、傳感器通道數量以及傳輸方向，數據內容包含編碼器步長值及磁傳感器損傷數據值；PLC數據則根據歐姆龍設備自定義的通訊協(xié)議進行讀取，包含讀取命令字頭、讀取數據類型（開關量、模擬量）、讀取地址長度，以數據包格式發(fā)送到PC端；視頻數據借助攝像頭品牌廠家提供的SDK對視頻流數據進行解碼，采集回來的數據才能被正常播放。

3 結語

本文分析了建立“科技冬奧”背景下客運索道安全監(jiān)測系統(tǒng)。基于云計算、云存儲、云傳輸的物聯(lián)網技術，監(jiān)測客運索道重點安全部件的運行狀態(tài)，并且對索道關鍵節(jié)點參數進行實時監(jiān)測。（1）形成基于物聯(lián)網并匯總索道監(jiān)測數據的一套索道全方位集中安全監(jiān)測平臺是可行的。（2）形成單條索道的全天候、全方位實時安全監(jiān)測系統(tǒng)是可行的。（3）形成索道群的高效安全隱患預警系統(tǒng)是可行的。