轨道交通自动扶梯与电梯物联网监视系统

江锦涛

（北京城建设计发展集团股份有限公司，北京 100161）

近年来国内各大城市轨道交通建设进入快速发展阶段，截至2016年底，全国共有43座城市批准了城市轨道交通建设规划，共 29座城市轨道交通开通运营。预计到2020年，北京、上海、广州、深圳等城市将建成较为完善的轨道交通网络，南京、重庆、武汉、成都、郑州等城市建成轨道交通基本网络，我国城市轨道交通运营总里程将达到6 000 km。

为了方便乘客进出车站，满足无障碍通行，车站出入口、站台至站厅应设上下行自动扶梯和无障碍电梯[1]。全国如此大规模地发展城市轨道交通，自动扶梯与电梯（以下简称电扶梯）的设备数量将相应大幅增加。如何更好地管理数量如此庞大的电扶梯设备，保证设备运行的安全将成为轨道交通运营等部门面临的重大难题。

1 电扶梯物联网监视必要性

随着物联网技术的发展，电梯制造厂家如蒂森、奥的斯等建立了自己独立的电梯远程监视系统[2]。对于城市轨道交通电扶梯，考虑运营管理数量庞大、设备长时间重载荷运行、设备部件的运行工况不能及时掌握、安全运营压力较大等因素，运营部门非常有必要建立电扶梯物联网监视系统，以实现电扶梯运行状态的实时监视及应急报警、设备故障的收集分类及分析、主要部件的监视与预警、维护保养状态的管理、人员管理、设备风险分析评估管理等，提高设备运营的现代化管理水平，同时能为监督部门提供完善的数据，便于质量监督管理与紧急事故处理等。

2 电扶梯监视现状

在既有轨道交通建设中，车站已实现了设备与环境监控系统（BAS）对电扶梯设备的状态监视，部分城市如北京、上海、杭州等拟建立电扶梯物联网监视系统。

2.1 BAS对电扶梯的状态监视

BAS对电扶梯的运行状态进行监视，通常电扶梯与BAS系统的接口采用硬线或者RS-485的通信接口。

BAS主要监视自动扶梯的检修、一般故障、紧急故障、上行、下行、停止、急停、工/变频、出入口扶梯盖板防盗报警等状态信息。其中，一般故障包括电机过流过载保护、主机速度监测异常、扶手带速度监测异常、油泵故障、电源故障、工作制动器抱闸异常、制停距离超出限制等故障状态。紧急故障包括紧急停止按钮动作、安全开关动作等[3]。

BAS主要监视电梯的运行、停止、一般故障、紧急故障、检修、警铃报警等状态信息，其中，一般故障包括上强迫减速故障、下强迫减速故障、两层之间停止、不能开门、不能关门、不能启动、平层不良、抱闸操作异常、停电等故障状态。紧急故障主要是电梯轿厢内有人且电梯内警铃报警的情况[4-5]。

2.2 电扶梯物联网应用现状

自动扶梯物联网监视系统[6]主要是基于物联网技术实现状态实时监视、故障汇总及报警、基本信息管理等，具有语音对讲和查看视频功能，满足城市地铁电扶梯应急救援指挥的需求，该系统拟应用于杭州地铁。自动扶梯物联网监视系统总体架构如图1所示。

图1 自动扶梯物联网监视系统总体架构Fig. 1 Overall architecture of the Escalator IoT monitoring system

2.3 既有电扶梯监视现状的问题

现有轨道交通 BAS的监视功能仅实现了车站级电扶梯设备的基本运行状态监视和故障报警，用于车站工作人员对电扶梯的管理。

既有电扶梯物联网监视系统主要是实现设备实时运行状态监视、进行故障汇总及报警、了解设备基本情况以及维保情况，提高紧急情况下的应急救援能力。无法实现设备各主要部件的状态分析、故障预判、进行设备风险评估分析，电扶梯设备的运行安全性和可靠性亟待提高。

3 电扶梯物联网监视系统构成

3.1 物联网概述

物联网是一个基于互联网、传统电信网等信息的承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。它具有普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化3个重要特征[7]。

从技术架构上看，标准的物联网系统可以分为 3层[8]，如图2所示。

3.2 系统平台构成

根据物联网技术架构，轨道交通电扶梯物联网监视系统平台以电扶梯设备、数据采集及传输装置、视频监视系统（CCTV）和电话为基础感知识别层，专用通信网络作为传输系统平台的网络层，将电扶梯设备的运行状态、故障信息、故障诊断信息、维保信息等传输到综合管理平台，为综合管理应用平台提供基础信息来源。电扶梯物联网监视系统构成如图3所示。

3.3 系统信息采集与传输

电扶梯设备构成了全线网的电扶梯物联网监视系统，需要考虑对已运营线路、在建和新建线路的电扶梯设备的信息采集与传输。

图2 物联网系统技术架构Fig. 2 Technical architecture of the Internet of Things system

图3 电扶梯物联网监视系统构成Fig. 3 Structure of the monitoring system of the escalator and elevator

对于已运营和在建线路的电扶梯设备，需要对其软硬件进行升级和改造，设置 RS-485输出端口，开放通信协议，通过数据采集传输设备（DTU）将电扶梯设备的数据通过移动网络的方式传送到物联网平台中心。

对于新建线路，招标时均要求电扶梯设置RS-485端口且采用开放的通信协议，配置数据采集传输设备（DTU），直接实现电扶梯设备与物联网平台中心的数据传输。

4 电扶梯物联网监视系统功能

4.1 电扶梯信息的收集

4.1.1 运行状态信息

电扶梯采用网络传输方式将每台设备的运行、停止、急停、检修、所有故障信息等状态信息传输到管理平台，当电扶梯设备发生故障时，还应传输具体设备编号、故障时间、故障代码以及故障内容等。另外，电扶梯运行总时间、主机功率、主机电压、主机电流等所有能采集的实时状态信息均应上传管理平台。

4.1.2 应急报警信息等级

电扶梯一般故障和紧急故障、自动扶梯急停、电梯轿厢乘客报警等重要报警信息发生时，系统应能实时报警，并以系统报警信息提示及声光报警的形式发出报警。可对报警信息的重要性等级进行分类，如表1所示。

表1 电扶梯状态监视信息Tab. 1 Monitoring information on the status of the escalator and elevator

针对不同报警等级，将报警的信息发送给相关的管理、运营、维保等人员，并根据不同等级明确具体的响应时间。

4.1.3 视频与电话信息

既有轨道交通车站设置的电扶梯，CCTV已实现对自动扶梯的全梯路视频覆盖及对电梯的厅门、轿厢内的视频覆盖，实现车站控制室直接调用电扶梯的视频信息。同时，电梯设置了五方通话[9]，即实现车控室、轿厢、控制柜、轿顶、底坑的五方对讲。因此，综合管理平台可随时调取相应的视频信息，实现对自动扶梯上及电梯轿厢内运行状态进行实时查看，同时能与轿厢内乘客进行通话。

4.1.4 故障智能诊断系统信息

结合运营部门对电扶梯故障监测的功能需求，电扶梯主要对平日例检难以检查的机械磨损部位和自检故障信息进行监测，实现故障智能诊断和故障信息传输。

采集电扶梯主要部件的振动、温度等相关状态，通过故障智能诊断分析技术进行分析，提取故障特征信息，达到对测点故障的监测与判断。这些监视诊断信息结合电扶梯设备自身的故障诊断信息，实现电扶梯故障趋势分析和预警功能，提高设备的安全性和可靠性。

4.2 综合管理平台的功能

在综合管理平台设置基本信息管理、人员管理、运行状态管理、视频监视管理、外部接口、应急报警及故障管理、维保管理、风险评估管理等模块，通过相应的管理模块对电扶梯设备进行全面的了解。

4.2.1 设备信息管理

设备基本信息包括电扶梯的安装位置和时间、整机以及主要部件的品牌、产地、型号、编号、生产时间、使用寿命、维保状态、故障频次及内容等全面的信息。

4.2.2 人员管理

人员管理包括运营管理部门、运营管理人员、维保单位、维保单位人员以及监督部门等的管理。同时，人员管理模块可以根据报警等级设定将相应的报警信息发送到指定的工作人员。

同时，人员管理功能模块与维保管理功能模块关联使用，每一次的维保记录填写均可自动关联维保人员。

4.2.3 运行状态管理

自动扶梯运行状态信息包括上行、下行、停止、急停、工频/变频、一般故障、紧急故障等常规状态，还包括在线/下线状态、运行总时间、主机功率、主机电压、主机电流、主机转速、主机振动频率、梯级运行速度、扶手带运行速度、负载率、机房噪声、控制柜温度等实时状态。

电梯运行状态信息包括上行、下行、停梯、待机、检修、一般故障、紧急故障等常规状态，还包括在线/下线状态、运行总时间、启停次数、主机功率、主机电压、主机电流、主机振动频率、轿厢噪声、蓄电池状态、控制柜和变频器温度等实时状态。

另外，基于故障智能诊断系统的监测状态也传输至运行状态管理模块，进行实时监测。

4.2.4 视频监视管理

根据轨道交通设计要求，CCTV已实现了对自动扶梯、电梯厅门和轿厢内的视频覆盖，视频监视平台可以远程随时调用所需要的相关视频信息。

4.2.5 应急报警管理

结合电扶梯的状态信息，对电扶梯的一般故障和紧急故障、自动扶梯急停、电梯轿厢乘客报警等重要信息进行报警，即当综合管理平台接收到报警后以报警信息提示及声光报警的形式发出报警，提醒管理人员及时了解和处理报警状态，同时根据报警等级将报警信息以电话、短信、APP等形式发送到各级管理人员、维保人员，相应的人员需进行确认，以提高故障应急反应和处理速度，避免发生恶性事故。

4.2.6 外部管理平台

电扶梯设备属于特种设备，由特种设备检查部门监管，电扶梯物联网监视系统可接入监管部门的管理平台，便于其监视。同时，也可以将应急救援信息，如乘客被困电梯内的救援呼叫信息接入政府的应急救援中心，各方积极应对，以提高应急救援的能力，降低事故发生的概率。

4.2.7 故障管理

电扶梯具备完善的故障自诊断系统，当故障发生时，能自动判断出故障发生的时间、位置，生成故障代码，在电扶梯的显示装置上显示故障代码和故障内容。物联网的故障管理模块可记录电扶梯的运行数据，以备查询分析，当故障发生时，能自动将故障前后的运行数据单独调出，并长期保存，以便进行故障分析；采用大数据统计分析的方法，分析故障的类型，预防电扶梯故障的发生，提高电扶梯运行的安全性和可靠性；为电扶梯的日常维护和保养提供直接的数据支持，提高维保工作的效率，降低维保运营成本；记录维保人员维护保养的时间，方便管理部门对维保工作的监督与核查。

4.2.8 维保管理

电扶梯属于成熟的设备，各大电梯制造单位制定了详细的维保方案，维保项目的要求分为半月、季度、半年、年度4类，包括清洁、润滑、检查、调整、更换等安全要求[10]。通过维保管理系统，可以记录每台电扶梯设备正常维保周期的维保人员、维保内容、维保时间、存在问题、处理方案等，以及故障紧急维保的维保人员、维保响应时间、设备故障点、故障等级分类、故障是否排除、故障维修时间、故障处理方案等，并能将维修记录进行统计、分类、汇总，根据维保周期形成维保记录，根据故障处理结果形成故障分析报告等，通过数据统计掌握电扶梯的运营工况。同时，维保管理系统具备维修记录和故障处理报告的实时查询、通用格式导出以及打印功能。

通过对电扶梯设备部件的维保管理，掌握各部件，特别是影响运营安全的关键部件的使用寿命，根据各个城市的环境建立电扶梯设备的修程，进而结合每台电扶梯的使用环境（温度、湿度、荷载）制定维保计划。另外，通过实时运营状态监视、设备系统自诊断系统、外部故障智能诊断系统等，将计划修和状态修有机结合，制定全面的电扶梯设备管理制度。

4.2.9 风险评估管理

风险评估管理系统对故障管理库、维修管理库的数据进行挖掘分析，例如分析在不同运行工况下的电扶梯设备，其主体内自动扶梯、出入口自动扶梯、换乘车站自动扶梯（针对长时间大客流）、主体电梯、出入口混凝土井道电梯、出入口钢结构井道电梯等工况下各主要部件的故障类型、发生频次、周期、使用寿命等，充分掌握各主要部件的实际使用状况及使用寿命，分析主要部件的风险源。同时，结合故障智能诊断系统的趋势预判，提出每台或者相同工况下电扶梯设备各主要部件的风险预警提示，以降低电扶梯故障，特别是恶性故障的发生率，提供设备运行的安全性和可靠性。

5 结论

城市轨道交通自动扶梯与电梯设备的运行安全是轨道交通正常运营的重要保障。自动扶梯与电梯物联网监视系统基于物联网技术，通过网络传输系统，搭建运营管理平台，采用设备故障采集与分析方法、故障智能诊断技术等，实现电扶梯设备的风险预防报警，防患于未然，提供设备运行的安全性和可靠性，保障乘客的出行安全。