电梯物联网监控系统设计与实现

李晓帆

（杭州市特种设备应急处置中心 杭州 310003）

电梯物联网监控系统设计与实现

李晓帆

（杭州市特种设备应急处置中心 杭州 310003）

物联网近年来成为信息化发展的一大趋势，被广泛应用于各种领域，其中电梯物联网近几年发展迅猛，已经成为电梯技术的热点与方向。文章从物联网技术出发，研究物联网传输层和传感层在电梯行业系统中的使用，开发设计了一套电梯物联网监控系统，并用数据分析了电梯物联网应用取得的价值，对于提高电梯系统质量，保证电梯运行安全，减小事故发生等方面具有很大的启发意义。

电梯 物联网 监控 智能

1 背景及意义

近十几年来，我国经济飞速发展，城市化进展如火如荼，电梯作为垂直交通工具数量增加迅猛，截止2015年底，我国电梯保有量已达到425.96万台[1]，我国已成为全球最大的电梯制造基地和电梯市场。电梯作为一种机电类设备，不可避免的会发生故障，据不完全统计，电梯事故约占特种设备事故总量的12%左右[2]，主要发生在商场、地铁、医院等场所。电梯数量与日俱增给人民生活带来方便的同时，电梯故障及事故频发却给百姓的生命及财产安全带来极大影响，飞速增长的电梯数量与有限管理人员的矛盾日益突出，给电梯安全管理带来极大困扰。为破解电梯数量剧增与管理人员数量有限的矛盾，伴随计算机传感技术和网络技术的飞跃发展，电梯物联网应运而生。

物联网在电梯行业中应用即电梯物联网，其利用计算机传感技术感知电梯运行数据或通过电梯控制系统读取电梯数据，通过相关网络层，按照约定协议，将电梯的运行状态及有效数据提供给应用层，如物业部门、制造厂家、维保单位、监管部门、业主等应用层端点。电梯物联网运用大数据进行分析统计处理，其重大意义在于：1）实现对电梯故障及事故的预警；2）实现对电梯质量的追溯；3）提高电梯应急救援和维修响应度；4）实现电梯保养的针对性和有效性；5）物联网视频监控和语音对讲功能不仅能为应急救援安抚提供技术支撑，还能为电梯事故调查处理和电梯内非法行为提供有力证据。

2 电梯物联网国内外应用现状

国内外开展了很多电梯远程监控系统（Remote Elevator Monitoring System，REMS）即电梯物联网的研究，目前主要有两种类型，一类以电梯制造企业为主，由电梯控制系统直接采集数据的物联网监控系统。例如德国蒂森克虏伯电梯集团的TELESERVICE电梯物联网系统，该系统能显示电梯运行状态，可以通过公用电话网（PSTN）自动报警，且具有电梯控制功能；日立电梯物联网系统，该系统为每台电梯建立运行状态数据档案，当电梯发生故障时自动向监控中心报警；美国OTIS公司开发的电梯物联网远程监控系统，该系统能够对电梯进行集中管理，可以及时掌握电梯的运行状况，能够分析出电梯故障的原因，能够在电梯发生异常情况时发出告警，能够提高维保的工作效率。另一类是以第三方网络信息技术公司开发的电梯物联网系统。此类系统多采用PLC或单片机控制系统来获取电梯运行数据信息，此类系统受制于电梯制造企业数据接口的开放程度，后期使用管理维护困难[3]。

上述电梯物联网监控系统主要侧重于电梯运行状态的直观展示及故障信号的传送，监控信息的传递只能通过监控系统本身单链路传递，冗余能力相对欠缺，无音视频功能，监控系统只能通过有线通讯进行信息监控，这几款电梯物联网远程监控系统都存在成本高、信号采集和数据传输技术不能兼容其它品牌电梯的问题，因此并没有得到广泛应用。综上所述，研制一种多功能智能电梯物联网监控系统，以及与之配套的相关传感器，可以准确检测电梯运行状态，查找潜在风险，进行故障精确预判，开发功能更强大、集成度更高的电梯物联网监控系统，具有理论和现实的重要意义。

3 系统开发设计与实现

3.1 系统架构

电梯物联监控系统，采用物联网清晰的结构设计，包含前端采集传输装置和物联网监控指挥服务平台，分为四层结构：设备接入层、网络传输层、中心服务层和业务处理层，系统拓扑图如1所示：

设备接入层主要指安装在电梯本体的电梯安全网关，对电梯运行状态和异常报警信息进行实时监控，主要包括前端音视频模块、电梯运行信息采集模块、困人电梯语音安抚模块以及一些传感器等。设备接入层是整个系统的根本，没有这些前端设备的信息采集，系统上层的信息管理功能如同海市蜃楼。

图1 系统拓扑示意图

网络传输层依托通信运营商的网络，充分利用网络宽带资源传输音视频和数据信息，实现前端数据采集装置与中心服务层的数据通讯。

中心服务层包括接入服务器、电梯状态服务器、视频注册服务器、管理服务器、数据库服务器、流媒体服务器、存储服务器、报警服务器等模块，负责管理前端设备，并对设备接入层的各种数据提供传输和管理的服务，是整个系统运行的主体，是电梯物联系统稳定、可靠、安全运行的先决条件，为整个系统的运行提供管理支撑。

业务处理层是整个系统的最终展示，它一方面提供对电梯运行状态的展示、故障信息的上报、电梯故障的处理、汇总及分析、应急救援处置、电梯日常信息管理、电梯维保工作管理、电梯前端设备管理、视音频数据的浏览以及温湿度等采集数据的显示等；另一方面提供人机界面，处理用户的请求，并返回用户请求的反馈。

3.2 系统组成

电梯安全运行物联网监控系统主要由三部分组成：电梯物联网网关、电梯监控接入平台、电梯物联网监控指挥系统。

电梯物联网网关安装于电梯本体，通过传感器或/和协议接口采集电梯运行状态、异常故障信息数据，经过处理后通过网络发送给监控平台，其具有音视频功能，可协助进行应急处置。电梯监控接入平台主要是保障电梯数据采集网关和监控中心之间音视频和数据信息的正常传递。包括电梯网关接入服务模块、流媒体服务模块、存储管理服务模块等，负责管理前端设备，是整个系统运行的主体。电梯物联网监控指挥系统是执行日常监控、故障管理以及数据分析应用的场所。

3.3 系统实现

●3.3.1 电梯物联网网关

电梯物联网网关用嵌入式软件构架，结合数字音视频编解码和数据信息采集传感技术，主要包括人体感应器、层站传感器、门传感器、上极限传感器、下极限传感器、摄像头、视频播放器、拾音器、扬声器、数据采集传输模块、视频编码模块、音频编解码模块、信息处理及传输装置。其中人体感应器、层站传感器、门传感器、上极限传感器、下极限传感器通过数据采集传输模块与信息处理传输装置相连，用于采集处理电梯运行参数，通过逻辑运算判断电梯故障情况；摄像头、视频播放器通过视频编码模块与信息处理及传输装置相连，拾音器和扬声器通过音频编解码模块与信息处理及传输装置相连，用于音视频的对讲及安抚；信息处理及传输装置设有时钟芯片，用于设备时间与网络时间同步；信息处理及传输装置设置后备电源模块，可满足在停电的情况下，提供设备正常工作2个小时所需的电源；信息处理及传输装置内设数据存储器、有线或无线通讯模块，用于数据存储和通讯。电梯物联网网关连接示意图如图2所示。其中，信息处理及传输装置、视频编码模块、音频编解码模块、数据采集传输模块、时钟芯片、电源模块、数据存储器、通讯设备设于一箱体内构成数据采集装置。数据采集装置实物图如图3所示。

图2 电梯物联网网关连接示意图

图3 数据采集装置

电梯物联网网关安装于电梯设备本体。主要传感器技术实现如下：

1）层站传感器。层站传感器安装于电梯轿顶，采用光电和磁感通用型，即适用于有隔磁板的电梯，也适用于只有磁条的电梯。分上下A、B感应点，当电梯运行时，通过计算A、B感应点变化顺序，可以计算出电梯运行方向，是否停止，通过时的速度等，还可以通过逻辑判断确定电梯当前的楼层。常规的计算方式如下：输入总层站数，默认电梯当前楼层为1楼，当平层传感器的状态变化时，加减当前楼层数；当楼层计算错误的时候，需要立即进行自动纠正；当减为0时，不再进行减1，当超过总层站数时，不再进行加1。此方法的缺陷需要电梯运行至电梯两端才能纠正，如果电梯始终在中间层运行并停靠，就无法进行纠正，那么需要考虑加入电梯基站层进行纠正。层站传感器安装示意图如图4所示，实物图如图5所示。

图4 层站传感器安装示意图

图5 层站传感器安装实物图

2）门开关传感器。门开关传感器安装于电梯轿顶，采用非接触式的接近开关，分关门和开门两种方式。当电梯门刀离开或者进入关门位置时，关门传感器开始动作；当电梯门刀进入或者离开电梯门开门位置时，开门传感器开始动作，以实现电梯门开闭的采集。图6为电梯门开关传感器实物图。

图6 门开关传感器

3）人体红外传感器。人体红外传感器的功能是为了检测电梯轿厢内部是否有人，作为电梯发生故障时，是否提升到困人等级必要的判断手段。其采用热释电红外线传感技术，当电梯有人运动时，传感器开始触发，保持一段时间结果。因热释电红外线传感技术的缺点，静止的情况下检测不出结果，这种检测电梯轿厢里面是否有人有弊端，需要与其他传感器进行综合计算才能使用。图7为人体感应器安装实物图。

电梯物联网网关获取电梯异常数据，需经过一定的逻辑判断和运算才能确定电梯的故障类型，电梯常见故障逻辑判断见表1。

图7 人体感应器

电梯物联网网关除了通过传感器采集电梯数据外，还对电梯控制系统开发了专用通信接口，可获取电梯运行参数及故障信息数据。当电梯发生故障时，电梯物联网网关第一时间检测到故障并报警，通过网络迅速传给监控中心，监控中心收到报警信息后启动应急方案，并启动音视频功能，同时系统会自动调取发生故障电梯的相关信息（位置、型号、维保单位、具体故障）并把故障信息转发给相应的维保单位人员，实现第一时间掌握信息、第一时间发出指令、第一时间实施救援，后台系统会监控整个救援过程并最终确认救援结果。

表1 电梯常见故障逻辑判断

●3.3.2 监控接入平台开发

电梯监控接入服务器平台用来保持监控指挥中心和前端监控设备的连接，保证电梯发生故障时，前端监控设备能够及时将故障信息传递到监控指挥中心平台，监控平台主要包括电梯数据采集终端接入服务器、流媒体服务器、存储管理服务器等。

电梯数据采集终端接入服务器：用来保持前端设备与服务器平台的连接，保持转发和接受指令的通路。电梯数据采集终端接入服务器部署于监控中心，各个区域的电梯可以通过有线或是无线的方式与平台进行连接。这样系统只要架设一个服务器就能支援上千台的电梯接入。

流媒体服务器：视频流转发模块，在多用户并发访问同一个电梯视频时，通过流媒体服务器可以实现在设备端取一条流，就可以支援多个客户端同时访问。

存储服务器：用于保存电梯的监控录像，录像文件存储在服务器上，保证数据的安全，用户可以通过账号在线进行预览和下载。

●3.3.3 电梯安全运行指挥系统开发

电梯物联网监控指挥系统基于B/S架构，用户可以通过浏览器在任何能够上网的地方，通过账号和密码进行访问，是执行日常监控、故障管理以及数据分析应用的场所。系统主要实现电梯数据的动态监管、故障管理及统计分析、电梯的维保管理，故障及事故的应急处置、电梯预警分析以及公共服务等功能。电梯物联网监控指挥系统构架图如图8所示，电梯物联网指挥系统界面如图9所示。

图8 电梯物联网监控指挥平台构架图

图9 电梯物联网监控指挥系统界面

动态监管模块：用于记录电梯的基本信息和状态信息、实现对电梯运行信息、维保信息、发生故障信息的实时查看；

应急处置模块：用于自动获取多台电梯终端采集器报送的电梯困人应急事件，对每次故障报警以表单的形式进行管理,实时记录处置过程，内容包括电梯的基本信息、运行参数、故障报警应急处置事件信息。电梯应急处置模块包括存储子模块，存储电梯生产厂商信息、电梯型号和资料信息、维保单位信息、救援站信息、维保人员信息，并对同GIS系统中数据建立关联关系；

故障管理模块：用于实现对电梯故障信息查询，并对发生困人及故障的电梯按照使用单位、使用地区、维保单位进行分类统计分析；

维保管理模块：包括维保单位管理、维保台量、应急救援情况统计功能，实现对维保单位质量的综合考核；

预警分析模块：用于对电梯的运行情况、故障情况、突发事件诱因进行统计分析，并通过报表或统计图表形式对相关信息进行展示，为管理决策提供依据；

公共服务模块：通过网络向维保单位、使用单位和/或社会公众进行设备信息公示。

4 运用效果及发挥作用

该系统已在杭州安装投入运行，通过对电梯安全运行信息的实时感知、传输、报警、存储，实现对杭州市电梯的智能监控。物联网优势及发挥作用具体如下：

1）电梯物联网具有报警智能化自动化优势。尤其针对老人、小孩、智障人员等无法使用通讯工具的被困乘客和无网络信号手机无法发出求援信号的电梯环境，无需被困乘客做任何操作，物联网设备能够自动监测困人信息并上报，确保及时掌握困人信息，及时发出救援指令，被困人员得到及时解救，避免次生事件。

2）电梯物联网报警处置的及时性优势。电梯物联网报警无需被困人员拨打电话，省去被困乘客求救时间，同时物联网报警后，接警处置人员能够根据物联网平台数据库信息直接定位电梯使用地址及维保单位救援人信息，及时发出救援指令，省去接警处置人员与被困乘客核对被困电梯位置等信息的时间，使求援和救援得到及时响应，提高电梯困人救援效率，降低求援和救援处置不及时带来的安全隐患。

3）视频版物联网报警处置的安全性优势。视频版物联网困人报警时，处置人员能够时时查看被困人员情况，能够对扒门自救等不当行为及时制止，避免自救不当引发次生事件，能够对被困有老人、孕妇、小孩和身体不适人员的情况及时发现，及时采取措施，避免发生人身安全和意外事故。

4）自动获取电梯使用不当情况信息（如乘客搬运大件货物挡电梯门导致电梯关门超时），提醒乘客按规范使用电梯，有效预防和避免安全事故发生。

5）自动获取电梯维修、保养及检修不规范情况信息（如保养时电梯未平层），处置人员提醒电梯维修人员按规范作业,有效预防和避免安全事故发生。

6）自动获取电梯故障信息，及时通知维保单位排除电梯故障。笔者对近期电梯物联网报警情况进行抽样统计分析，结果如下：抽样电梯物联网有效报警4108次，因电梯故障导致困人报警13次，处置人员通过物联网音视频及时安抚被困人员，提醒乘客不要扒门自救，并及时派遣救援人员赶往现场，救援人员平均到达时间8.5min，平均救援时间3min，安全解救被困人员14人；因乘客使用不当（乘客挡门、搬运大件货物、打扫卫生）造成的报警289次，处置人员通过音视频及时提醒使用者注意安全乘梯，防止事故发生；因维保员工维修、保养、检修电梯维保不当引起物联网报警145次，处置人员通过音视频及时提醒维修人员按要求规范操作，防止事故发生；获取电梯故障报警3662次，处置人员及时通知维保员工排除故障。

同时，电梯物联网大数据还具有广泛的应用价值，例如：利用故障及困人历史记录大数据信息，为监管部门针对性和重点监管提供数据支撑；利用故障及困人应急处置历史记录大数据信息，监督考核维保单位电梯救援处置情况，指导完善电梯应急救援处置机制,进一步提升应急救援水平；利用故障及困人历史记录大数据信息，追溯电梯生产、安装，指导企业改进电梯生产、安装质量；利用电梯物联网平台发布相关政策、安全乘梯等宣传信息。

5 结束语

科技进步给人类文明带来累累硕果，电梯物联网的发展一定程度提高了电梯的应急处置能力，然而如何有效遏制和改变在用电梯逐年老龄化带来的故障频发现状及趋势值得我们探索和研究。作为信息化智能化管理手段，电梯物联网的研究具有良好的应用价值，为后续进一步研究利用信息化手段提高电梯维护保养、日常管理，降低电梯故障率以及电梯质量预警、追溯等提供借鉴和指导意义。

[1] 质检总局关于2015年全国特种设备安全状况的情况通报[S].

[2] 王会方，冯月贵，等．基于物联网的电梯安全监控与应急处置技术[J]．中国电梯，2013，24(21).

[3] 韩树新，刘松国，万健如，等．电梯状态在线监测技术研究现状与发展趋势[J]．中国电梯，2011，22（7）.

Design and Implementation on Elevator IOT Monitoring System

Li Xiaofan
(Hangzhou Special Equipment Emergency Disposal Center Hangzhou 310003)

In recent years, Internet of things (IOT) become a major trend in the development of information technology, which is widely used in various fields. Elevator IOT as a rapid development technology for elevator has become a hotspot and direction. This paper studies the use of IOT and sensor layer in the elevator industry system, develops and designs a set of monitoring system of elevator IOT, and also analyzes the value of the application of elevator IOT. It has great inspiration for improving elevator system quality, ensuring the safe operation, and reducing accident.

Elevator IOT Monitor Intelligent

X924

B

1673-257X(2017)05-0026-06

10.3969/j.issn.1673-257X.2017.05.006

李晓帆(1982～)，男，硕士，副科长，工程师，从事特种设备应急处置及特种设备物联网研究工作。

李晓帆，E-mail: lxslxyhz@163.com。

2016-11-15）