摘要：為克服傳統(tǒng)電梯安全管理與維護(hù)保養(yǎng)方式存在的不足，提出建立物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電梯安全監(jiān)控系統(tǒng)。由感知層、匯聚層、傳輸應(yīng)用層組成電梯安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)，系統(tǒng)硬件采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，分別設(shè)計(jì)了中心控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、GPRS模塊、射頻處理模塊和電源模塊；系統(tǒng)軟件從基本信息模塊、維保信息模塊、監(jiān)測(cè)信息模塊和數(shù)據(jù)分析模塊方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)，建立了電梯安全監(jiān)控管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電梯管理的自動(dòng)化與信息化，將其應(yīng)用推廣具有廣泛的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：電梯安全  模塊化設(shè)計(jì)  監(jiān)控系統(tǒng)

0引言

電梯作為一種公共交通工具，現(xiàn)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于高層住宅、大型商場(chǎng)、辦公樓等公共場(chǎng)所。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)因電梯事故而造成人員傷亡的情況屢有發(fā)生，事故發(fā)生率與嚴(yán)重程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)，電梯作為一種與人民群眾的生命安全密切相關(guān)的特種設(shè)備，電梯安全運(yùn)行越來(lái)越受到政府和社會(huì)的關(guān)注。截至2013年，我國(guó)電梯保有量超過(guò)200萬(wàn)臺(tái)，并以每年約20%速度增長(zhǎng)，而現(xiàn)有的檢驗(yàn)人員已無(wú)法滿(mǎn)足電梯故障處理、定期維保的需求，安全部件失靈、電梯漏檢、疏于維護(hù)等現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，再加上現(xiàn)有監(jiān)管體制尚不健全，管理維護(hù)水平也有欠缺，如何能保證電梯使用安全，最大限度減少損失，給人民群眾一個(gè)安全的生活環(huán)境，成為城市管理者考慮的頭等大事。傳統(tǒng)的電梯管理維護(hù)方式已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)當(dāng)前形勢(shì)需要，將新興物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于電梯監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)電梯安全監(jiān)控管理自動(dòng)化信息化勢(shì)在必行。

物聯(lián)網(wǎng)是在計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用RFID、先進(jìn)傳感器、無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)通信等技術(shù)，構(gòu)造一個(gè)覆蓋世界上各種物品的網(wǎng)絡(luò)，在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，物品能夠彼此進(jìn)行“交流”，而無(wú)需人的干預(yù)。其本質(zhì)是利用射頻自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)物品的自動(dòng)識(shí)別和信息的互聯(lián)與共享，管理者通過(guò)電腦或手機(jī)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電梯安全監(jiān)控系統(tǒng)是通過(guò)傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)采集各類(lèi)監(jiān)測(cè)參數(shù)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)或有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)方式傳輸至監(jiān)控平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯進(jìn)行智能化管理和維護(hù)。在這種管理模式下，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電梯的運(yùn)行狀態(tài)，并將狀態(tài)信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到電梯安全管理監(jiān)控中心，及時(shí)實(shí)現(xiàn)人與電梯的信息交互與處理。建立電梯安全監(jiān)控系統(tǒng)一方面可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控電梯狀態(tài)，對(duì)故障進(jìn)行預(yù)警和報(bào)警，降低電梯故障發(fā)生率，提高故障電梯修復(fù)速度；另一方能夠?qū)﹄娞荻〞r(shí)準(zhǔn)確維保提供技術(shù)支持。

1系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案

電梯安全監(jiān)控系統(tǒng)主要是對(duì)影響電梯安全運(yùn)行的多項(xiàng)特性參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并能將這些監(jiān)測(cè)參數(shù)通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)傳輸至計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)對(duì)電梯實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)和維護(hù)情況進(jìn)行協(xié)調(diào)統(tǒng)一管理。電梯安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)由感知層、匯聚層、傳輸應(yīng)用層組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

感知層由安裝在電梯外圍各部分的各類(lèi)傳感器組成，設(shè)計(jì)原則是傳感器信號(hào)與電梯內(nèi)部運(yùn)行信號(hào)相互獨(dú)立，避免相互影響，由這些傳感器信號(hào)實(shí)時(shí)監(jiān)控電梯各個(gè)位置的物理以及環(huán)境狀況，特別是涉及電梯安全的特性參數(shù)等，它們可以在24小時(shí)內(nèi)不間斷地向匯聚層傳輸信息。在電梯現(xiàn)場(chǎng)將布置RFID檢測(cè)點(diǎn)，檢測(cè)點(diǎn)內(nèi)保存電梯安裝、維護(hù)與檢查信息，這些信息為電梯及時(shí)維保提供技術(shù)基礎(chǔ)。

匯聚層的核心是匯聚分站，匯聚分站將感知層傳來(lái)的各類(lèi)信息進(jìn)行整理，并根據(jù)需求將數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析，并將分析結(jié)果進(jìn)行區(qū)別處理，根據(jù)電梯運(yùn)行情況對(duì)處理結(jié)果分級(jí)，涉及特別嚴(yán)重影響人身安全的情況要立即發(fā)出報(bào)警信息，其它情況通過(guò)本地存儲(chǔ)，再通過(guò)傳輸層發(fā)送到應(yīng)用層進(jìn)行后續(xù)處理。

傳輸層主要是通過(guò)GPRS技術(shù)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綉?yīng)用層平臺(tái)，利用互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)各相關(guān)方的管理維護(hù)。應(yīng)用層平臺(tái)是一個(gè)電梯安全運(yùn)行監(jiān)測(cè)、故障分析和維保記錄的管理系統(tǒng)，其任務(wù)之一是接收各匯聚分站傳輸來(lái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并通過(guò)分析一定時(shí)間段內(nèi)的電梯運(yùn)行記錄數(shù)據(jù)，全面了解電梯的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)和故障分布情況。將潛在的故障和已出現(xiàn)的故障及時(shí)準(zhǔn)確地傳遞給相關(guān)單位和個(gè)人，并且為物業(yè)管理部門(mén)、政府監(jiān)管部門(mén)和維保單位提供查詢(xún)平臺(tái)。任務(wù)之二是如實(shí)記錄了電梯安裝、改造、維護(hù)、維修、檢查等操作情況，通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)與現(xiàn)場(chǎng)RFID內(nèi)存儲(chǔ)信息一致，為電梯維保查詢(xún)、發(fā)出預(yù)警信息提供技術(shù)支持。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

電梯安全監(jiān)控系統(tǒng)硬件部分的監(jiān)測(cè)終端由數(shù)據(jù)采集模塊、中心控制模塊、顯示模塊、GPRS通信模塊、RFID電子標(biāo)簽和電源模塊構(gòu)成，如圖2所示。監(jiān)測(cè)終端能實(shí)時(shí)采集各類(lèi)傳感器信號(hào)，對(duì)電梯運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)全天候監(jiān)控，對(duì)出現(xiàn)的安全隱患及時(shí)報(bào)警。

圖2系統(tǒng)硬件功能模塊

2.1中心控制模塊

電梯安全監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)終端需要多個(gè)的I/O口和相關(guān)調(diào)試接口，同時(shí)考慮到系統(tǒng)后期的進(jìn)一步擴(kuò)展與升級(jí)等問(wèn)題，經(jīng)綜合考慮，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的中心控制單元選用的處理器是STM32F103C8T6，STM32F103C8T6使用了高性能的ARMCortex-M332位的RISC內(nèi)核，頻率是72MHZ，內(nèi)置128K字節(jié)的閃存和20K字節(jié)的SRAM，豐富的增強(qiáng)I/O端口和聯(lián)接到兩條APB總線(xiàn)的外設(shè)。其內(nèi)部包含兩個(gè)12位的ADC、三個(gè)通用16位定時(shí)器和一個(gè)PWM定時(shí)器，還包含標(biāo)準(zhǔn)的通信接口：兩個(gè)12C和SPI，三個(gè)US－ART，一個(gè)USB和一個(gè)CAN．同時(shí)它還具有低成本、低功耗、卓越計(jì)算性能和先進(jìn)中斷系統(tǒng)響應(yīng)的特點(diǎn)，這些都充分滿(mǎn)足了系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要。

2.2數(shù)據(jù)采集模塊

監(jiān)控系統(tǒng)采集模塊主要完成對(duì)影響電梯安全的特性數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，這些特性參數(shù)由分布在電梯各關(guān)鍵部位監(jiān)測(cè)點(diǎn)的傳感器提供。在采集模塊設(shè)計(jì)中，首先需對(duì)傳感器過(guò)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，使之變換成為合適的電壓信號(hào)，對(duì)于其中一些強(qiáng)電信號(hào)還需要進(jìn)行光耦隔離電路設(shè)計(jì)，以提高系統(tǒng)的抗干擾性。

2.3GPRS模塊

監(jiān)測(cè)終端需要實(shí)時(shí)將監(jiān)測(cè)到的電梯運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)傳遞到遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中。由于GPRS引入的分組交換數(shù)據(jù)傳輸模式，使得數(shù)據(jù)無(wú)線(xiàn)傳輸速率最高可達(dá)170kbit/s，GPRS還支持Internet上應(yīng)用最廣泛的TCO協(xié)議和IP協(xié)議，利用GPRS能夠提供Internet和其他分組網(wǎng)絡(luò)的全球性無(wú)線(xiàn)接入，所以本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中利用GPRS技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)線(xiàn)傳輸控制。

2.4射頻處理模塊

射頻處理模塊主要功能是產(chǎn)生高頻發(fā)射能量，激活電子標(biāo)簽并為電子標(biāo)簽提供能量，對(duì)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，把數(shù)據(jù)傳輸給電子標(biāo)簽，接收并解調(diào)來(lái)自電子標(biāo)簽的射頻信號(hào)。

2.5電源模塊

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用外接電源適配器和內(nèi)置鋰電池雙重供電方式，電源適配器采用工業(yè)AC220V/DC12V模塊，抗干擾能力強(qiáng)，使用范圍寬，達(dá)到國(guó)家電磁認(rèn)證，通用性強(qiáng)，技術(shù)成熟，性?xún)r(jià)比高，能夠達(dá)到電梯安全監(jiān)控系統(tǒng)電源方面的要求。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括底層監(jiān)測(cè)終端和上位機(jī)信息管理系統(tǒng)兩部分，在前文中對(duì)監(jiān)測(cè)終端的硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，其軟件設(shè)計(jì)對(duì)實(shí)現(xiàn)其既定功能也是至關(guān)重要的，限于文章篇幅，對(duì)監(jiān)測(cè)終端的軟件設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)在此不做細(xì)述。上位機(jī)信息管理系統(tǒng)軟件主要包括基本信息管理模塊、監(jiān)測(cè)信息模塊、維保信息模塊和數(shù)據(jù)分析模塊，通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸模塊將采集的數(shù)據(jù)收集后，進(jìn)行集中處理，再應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)供監(jiān)管部門(mén)、使用單位和維保單位進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控及查詢(xún)和維護(hù)。

3.1基本信息模塊

該模塊實(shí)現(xiàn)電梯基本信息資料管理和用戶(hù)管理。電梯基本信息資料包括電梯名稱(chēng)、電梯所在地址、維保公司名稱(chēng)、維護(hù)人員姓名、維護(hù)人員聯(lián)系方式、電梯生產(chǎn)廠(chǎng)家、上次維護(hù)時(shí)間、下次維護(hù)時(shí)間、下次年檢時(shí)間和檢驗(yàn)單位名稱(chēng)等。用戶(hù)管理設(shè)計(jì)包括編輯操作人員如名稱(chēng)、密碼和聯(lián)系方式等基本信息，添加、刪除和修改操作人員人數(shù)，設(shè)置操作人員的使用權(quán)限，系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了分級(jí)查看、分權(quán)查看等使用模式，只有具備相應(yīng)權(quán)限的人員才能查看符合其權(quán)限的信息。

3.2維保信息模塊

維保單位擁有設(shè)置電梯資料管理、故障管理和維保管理功能的權(quán)限。利用網(wǎng)絡(luò)維保單位可隨時(shí)查看其所屬管理電梯的情況，如電梯故障電梯列表、待維護(hù)電梯列表和待年檢電梯列表；另一方面也可對(duì)所屬管理電梯相關(guān)信息進(jìn)行修改、補(bǔ)充與更新，選擇設(shè)置相關(guān)的管理限制條件。在軟件設(shè)計(jì)方面，瀏覽查詢(xún)是主要功能，查詢(xún)方面可以按照“時(shí)間范圍”、“電梯品牌”、“維保單位”、“維保人員”、“電梯名稱(chēng)”等進(jìn)行查詢(xún)，數(shù)據(jù)與信息更新方面設(shè)計(jì)了良好的人機(jī)交互界面，以滿(mǎn)足系統(tǒng)功能需要。

3.3監(jiān)測(cè)信息模塊

監(jiān)測(cè)信息模塊用于完成實(shí)時(shí)監(jiān)控電梯的運(yùn)行狀態(tài)和故障情況。在電梯安全監(jiān)控中心服務(wù)器、物管單位、維保單位和主管單位，都能遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)監(jiān)控電梯的安全回路、門(mén)鎖回路的工作狀態(tài)、上下行和開(kāi)關(guān)門(mén)狀態(tài)以及其它與安全密切相關(guān)的特性參數(shù)變化。在監(jiān)測(cè)信息模塊中設(shè)置了故障短信報(bào)警功能，當(dāng)電梯發(fā)生故障時(shí)，監(jiān)測(cè)信息模塊將會(huì)第一時(shí)間通過(guò)短信通知現(xiàn)場(chǎng)工作人員，如果相關(guān)人員在設(shè)定的時(shí)間范圍內(nèi)未作處理，系統(tǒng)將會(huì)報(bào)警信息升級(jí)，自動(dòng)將故障信息發(fā)送至更高一級(jí)的相關(guān)主管和單位負(fù)責(zé)人。

3.4數(shù)據(jù)分析模塊

電梯安全監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析包括兩部分，一是在監(jiān)測(cè)終端完成的基本數(shù)據(jù)分析，二是在服務(wù)器上完成的復(fù)雜數(shù)據(jù)分析。監(jiān)測(cè)終端通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行基本數(shù)據(jù)分析后，形成電梯運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息，并將電梯運(yùn)行狀態(tài)特性參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，分析判斷當(dāng)前電梯運(yùn)行狀況和故障情況，當(dāng)對(duì)比結(jié)果超出標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)值范圍時(shí)將該故障信息以短消息的形式及時(shí)發(fā)送給相關(guān)管理人員。服務(wù)器端的數(shù)據(jù)分析主要完成對(duì)一段時(shí)間內(nèi)電梯運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，進(jìn)行特征提取、主成分分析和趨勢(shì)預(yù)測(cè)，這將借助數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)來(lái)完成，以達(dá)到對(duì)電梯故障信息起到提前預(yù)警的目的。

4結(jié)語(yǔ)

構(gòu)建完成的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電梯安全監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)電梯實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)出現(xiàn)的故障與告警信息能夠及時(shí)給出提醒信息，并能對(duì)告警信息按嚴(yán)重程度進(jìn)行分級(jí)管理；系統(tǒng)采用GPRS無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)，無(wú)需在現(xiàn)場(chǎng)布置很多網(wǎng)絡(luò)線(xiàn)路，安裝施工簡(jiǎn)單，便于維護(hù)，適應(yīng)性廣，適用于任何型號(hào)電梯安裝；在監(jiān)控管理系統(tǒng)中，能自動(dòng)記錄電梯運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果給出預(yù)警信息，對(duì)已經(jīng)發(fā)生的故障，能自動(dòng)分析出故障產(chǎn)生原因，幫助維保人員及時(shí)解決故障；監(jiān)管部門(mén)、使用單位和維保單位都可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)方式登錄，方便監(jiān)督管理。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)城市電梯運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和對(duì)電梯管理部門(mén)的多方協(xié)調(diào)管理，為城市電梯運(yùn)行管理提供了一種科學(xué)、有效的方法?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的監(jiān)控管理系統(tǒng)是在無(wú)人在現(xiàn)場(chǎng)的情況下完成相關(guān)管理工作，這給電梯管理工作帶來(lái)極大的便利，一方面提高工作效率和管理效果，減輕維保人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，另一方面能最大程度地保證電梯安全運(yùn)行，具有廣泛的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

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作者簡(jiǎn)介

王劍平，女，1974年4月出生，工作于新疆維吾爾自治區(qū)特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，電梯檢驗(yàn)工作，工程師職稱(chēng)，通訊地址：烏魯木齊河北東路188號(hào)特檢院，郵編：830011。

陳飛，男，1979年3月出生，工作于新疆維吾爾自治區(qū)特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，電梯檢驗(yàn)二所副所長(zhǎng)，高級(jí)工程師職稱(chēng)，通訊地址：烏魯木齊河北東路188號(hào)特檢院，郵編：830011。