基于自动能源管理控制技术的扶梯梯级自动清洗生产线的研发与应用

赵鸿强，葛建新，田 野，唐 朕，杨 龙

（北京洁禹通环保科技有限公司，北京 100048）

1 扶梯梯级清洗现状

1.1 在线清洗状况

自动扶梯的大规模使用，每日大流量人员流动带来的灰尘、污渍和残留的油渍等，再加上步梯自身的形状和运行状态对在线清洗工作带来麻烦，很难做到时刻保持干净卫生，而且不同的人群也会带来不同的细菌，消毒灭菌也非常困难。并且过于依赖人工清洗，污染环境的同时导致步梯维护成本增加。而且在在线清洁梯级时会有意外伤害事故发生的隐患。目前也有国外厂家开发了梯级清洗设备，将清洗机固定在电梯底部，根据不同品牌型号的自动扶梯选择不同的卡梳，固定在本体面卡槽。特色的喷头将清洁剂喷洒在滚刷上，然后用滚刷清洁电梯的踏板。然而这种方式只能清洗梯级踏板面板，不能对梯级进行全面清洗。

1.2 梯级离线清洗现状

目前北京地铁的多条线路的梯级清洗采用离线清洗的方式，清洗方法是利用高压热水冲洗泵由人工进行逐块清洗。这样自动扶梯梯级的清洗方式为人工清洗，存在工作环境差、效率低、耗水量大，洗涤废水排放不达标，清洗剂得不到重复使用等问题。而且人工清洗不均匀，清洗效果不理想。由于梯级形状不均匀，部分角落清洗也难以覆盖到。随着自动扶梯运行数量的增加，梯级清洗的问题将变得突出。截至目前，全路网近3 000台自动扶梯梯级清洗涉及人力资源和水、电资源的消耗付出，费用极大，与现行国家、市政府要求的降本增效不符。关于扶梯梯级离线清洗存在的问题，有关专家进行了分析研究，主要存在以下几个问题。

（1）既有的人工清洗方式，浪费大量的人力成本，过程必然造成大量水资源的浪费。

（2）冲洗产生的废水带有大量的油污，排放至市政污水管网，对环境造成一定的污染。

（3）由于外排水含有大量的油污等污染物，直接外排存在环保风险，难以持续作业。

2 研究内容

2.1 研发针对梯级的专用环保清洗药剂

根据污染程度调节清洗强度和清洗温度，配合使用针对梯级污染的环保清洗药剂，在最大程度上降低清洗梯级难度，减少清洗的用水量，节能降耗，节约成本。本专用环保清洗剂配方的质量百分比为：烷基糖苷18%；碳酸钠18%；络合剂5%；缓蚀剂5%；助洗剂1%；消泡剂4%；净洗剂5%；去离子水44%。该梯级清洗药剂不含重金属、磷和亚硝酸盐等受控有害物质，也不含APEO 类表面活性剂，生物降解性高，绿色、环保，无毒无害，对金属无腐蚀。采用其清洗后的制品几乎没有污垢残留且制品的光泽度几乎没有变化，不会破坏梯级表面水漆，同时，该清洗剂对人体的健康无影响和对环境排放无污染。在浸泡和清洗阶段使用专用清洗剂，能在最大程度上降低清洗的水耗，极大地提高了后续清洗的强度，加速梯级清洗效率。

2.2 研究开发出梯级自动清洗设备关键技术及清洗工艺

针对扶梯梯级运行后产生污渍的特点，并调研现有清洗方式。制定从浸泡、预清洗、清水清洗，漂洗等多级清洗和烘干一系列清洗工艺以及废水通过气浮、沉淀、过滤、加药等流程进行污水处理后再回用的工艺流程。

（1）针对梯级污渍特点和实现自动清洗的目的，通过实际试验测试，制定上件→浸泡→清洗→漂洗→烘干→下件的整套清洗流程。在梯级清洗过程中可根据实际环境和工况设置最优的浸泡时间和温度，清洗时间和温度、清洗压力，漂洗时间和温度、漂洗压力，烘干时间等重要参数。配合专用环保梯级清洗药剂，通过设置各清洗工位最优清洗参数以满足梯级自身多油，污垢附着力强，难清洗等问题。

（2）对梯级清洗废水的原水样本进行分析，制定气浮、沉淀、过滤、加药，制饼等流程进行处理。处理后的废水达到城市污水再生利用城市杂用水水质，可继续用作梯级清洗回水继续使用。或达到污水排入城镇下水道水质标准排入市政管网。

梯级自动清洗设备产生的污水经自吸泵抽到调节池→梯级清洗污水通过药剂和气浮作用→经处理后的液体（中水）进入中间水池，固体污染物及沉淀物进入污泥池→中水经过砂滤过滤后洁净清水进入清水池→清水经泵再定期抽到梯级自动清洗设备重复利用或排入市政污水管网。

固体污染物及沉淀物进入污泥池经药剂作用→由污泥螺杆泵抽到污泥脱水机内→少量液体可排入市政污水管网，污泥可制成泥饼清运处理。

通过以上水处理工艺，可以充分做到固、液分离，清洗梯级污水经处理后循环使用，充分利用水源。少量液体无污染排入市政污水管网，可保证在市区进行梯级清洗工作。节省梯级因环保问题转运到外埠清洗的运输费用和运输造成的施工周期。

2.3 研究开发梯级自动清洗和污水处理一体化设备

针对扶梯梯级人工清洗效果差，环境污染严重，浪费严重等问题，项目组根据目前所涉及不同型号，不同厂家的扶梯梯级尺寸和结构以及上述工艺流程，在之前半自动清洗设备的基础上深入研究，开发出一体化梯级自动清洗生产流水线。如图1所示。主要包括梯级自动清洗设备和智能污水处理系统两部分。梯级自动清洗设备可根据清洗总量和清洗节拍布置单条或多条自动清洗流水线，污水处理系统根据梯级自动清洗生产线的体量配套设计污水处理量。梯级自动清洗设备和污水处理系统两部分可同步协调工作，也可单独运行。整体设备配置灵活，操作简便。可满足用户不同清洗需求。

图1 一体化梯级自动清洗生产流水线

关键性技术如下。

（1）吊挂式梯级输送自动清洗技术；

（2）多级清洗技术；

（3）闭环式自动输送线技术；

（4）水循环利用技术；

（5）冷凝吸雾系统技术；

（6）温控闭环控制系统；

（7）能源管理控制系统；

（8）专用环保清洗剂。

项目自主创新先进的梯级自动多级清洗工艺和污水处理工艺一体化协同工作，针对梯级多油重污的特点，实现自动化清洗的方案。创新使用浸泡，清洗，漂洗、烘干等多级清洗关键工艺，在保证清洗效果的同时对清洗废水进行气浮、沉淀、过滤、加药，制饼等流程处理，使得废水可作为梯级清洗回水重复循环利用或达到市政管网排放标准。

项目完全颠覆了传统的人工清洗模式，本着自主创新的原则，结合梯级自动多级清洗工艺。为了最大程度地降低清洗劳动强度，提高清洗效率，项目组开发了吊挂式自动清洗技术和全自动闭环输送技术。实现自动化流水线作业，吊挂式输送链，避免浸泡及清洗漂洗转序人工操作。在清洗阶段采用吊挂式360°自动旋转加高压喷淋清洗结构，保证梯级全方位无死角自动清洗。全自动化流水线作业可以最大程度上减少人工成本。全流程只需有人进行上件下件及系统运行监控，即可对梯级清洗全过程进行把控。

3 基于自动能源管理控制技术的一体化扶梯梯级自动清洗生产线在轨道交通行业的应用

该项目旨在推进梯级清洗维护自动化进程，明确职责及离线清洗维护流程，实现电梯梯级的批量清洗维护，减小梯级使用磨损，降低维修成本，并且有效减少电梯故障的产生。实现降本增效，节能环保的目标，降低人工成本，提高工作效率。同时，在清洗过程中对水资源进行重复利用，能达到节水，节能，环保的目的。

3.1 一体化梯级自动清洗生产线在北京地铁机电分公司的实际应用

改项目一体化梯级清洗生产线在北京地铁机电分公司电梯离线检修基地项目完成实际应用。项目对称布置2条梯级自动清洗生产线，清洗能力240块/d。配置一套污水处理系统。污水处理量2 t/h，污水经处理后达到循环使用，固废通过污泥叠螺机制饼后集中存放外运，从而达到零排放。

待清洗的梯级由现场运至上料区（旧梯料）码放整齐→人工将待洗梯级逐一放在自动输送带上→待洗梯级随输送带运行至浸泡槽→清洗药剂在气浮作用下和梯级污物发生作用（4～12 min），梯级在PLC 控制下在浸泡槽液体内呈S 形移动→预清洗的梯级随输送带运行进入清洗工位进行高压清洗（约4～10 min），清洗工位内包括药剂清洗和清水漂洗、烘干等→清洗干净的梯级经自动检测→合格品随输送带运行至成品堆放区（新梯料），经人工码放整齐。

3.2 清洗及污水处理效果

项目组对北京地铁分公司电梯离线检修基地梯级自动清洗生产线清洗效果进行持续跟踪监测，并对该生产线污水处理后的水质进行了取样化验，通过第三方权威检测，并将得到的数据与国标进行对比。清洗后产生的污水经过污水处理系统处理后，出水水质各项控制指标完全满足且优于现行国家《污水排入城镇下水道水质标准》GB/T31962—2015的污水排放要求。该项目通过先进的污水处理工艺使回水重复利用，利用率率大于90%，而且清洗药剂的加药量节省44%。见图2。

图2 梯级清洗前后效果对比

3.3 能源管理控制应用效果

针对扶梯梯级污染特点，为了满足梯级清洗生产能力和清洗节拍，梯级自动清洗生产线为了提高清洗强度和清洗效果，采用高温浸泡和高温清洗工艺，浸泡和清洗水箱加热模块属于高能耗设备，为了达到节能减排，降本增效的目的，所以梯级自动清洗生产线的能源管理就尤为重要。项目组开发了基于物联网技术的能源管理系统，通过云平台远程管理和监控各个负载及功能模块。该系统由智慧硬件、新型传感器，信息化平台组成。

（1）多维度的能耗查询分析。

能源管理系统可对不同类别能耗，不同用电时段能耗，不同区域能耗进行统计分析。并列举重大能耗设备和用电状况。分析能耗与关键参数关联性。

（2）能效指标检测。

定义加热模块，循环水泵等关键能耗设备的能效指标，与能源政策中的能效指标做对比，从而节省能耗。对各设备用电进行分类，监测瞬时总功率。统计分析用电密度。

（3）大数据统计，生成报表工具。

对接入系统的各项数据进行统计，并按日/周/月/季/年生成详细报表。对设备管理及能耗分析提供参数依据和记录。

4 结束语

扶梯梯级自动清洗生产线完全替代传统的梯级人工清洗的方式，大大提高梯级清洗效率，降低劳动强度。改善梯级清洗的工作环境。梯级自动清洗一体化设备的应用，可节省人力70%以上；先进的污水处理工艺，废用利用率达到90%以上，药剂使用量可节省40%以上。并且整个系统无排放、无污染。通过设备管理与巡检、在线故障预判、故障及时解决，可延长设施使用寿命5a 以上。按照地铁公司每年30000块梯级的清洗量，每块梯级的清洗成本可降低10元/块，直接节省的经济效益达30万元以上。