摘要：為克服傳統電梯安全管理與維護保養(yǎng)方式存在的不足，提出建立物聯網技術的電梯安全監(jiān)控系統。由感知層、匯聚層、傳輸應用層組成電梯安全監(jiān)控系統設計架構，系統硬件采用模塊化的設計方法，分別設計了中心控制模塊、數據采集模塊、GPRS模塊、射頻處理模塊和電源模塊；系統軟件從基本信息模塊、維保信息模塊、監(jiān)測信息模塊和數據分析模塊方面進行了設計，建立了電梯安全監(jiān)控管理系統實現電梯管理的自動化與信息化，將其應用推廣具有廣泛的社會與經濟效益。

關鍵詞：電梯安全  模塊化設計  監(jiān)控系統

0引言

電梯作為一種公共交通工具，現已經廣泛應用于高層住宅、大型商場、辦公樓等公共場所。長期以來，我國因電梯事故而造成人員傷亡的情況屢有發(fā)生，事故發(fā)生率與嚴重程度遠遠高于發(fā)達國家和地區(qū)，電梯作為一種與人民群眾的生命安全密切相關的特種設備，電梯安全運行越來越受到政府和社會的關注。截至2013年，我國電梯保有量超過200萬臺，并以每年約20%速度增長，而現有的檢驗人員已無法滿足電梯故障處理、定期維保的需求，安全部件失靈、電梯漏檢、疏于維護等現象時有發(fā)生，再加上現有監(jiān)管體制尚不健全，管理維護水平也有欠缺，如何能保證電梯使用安全，最大限度減少損失，給人民群眾一個安全的生活環(huán)境，成為城市管理者考慮的頭等大事。傳統的電梯管理維護方式已遠遠不能適應當前形勢需要，將新興物聯網技術應用于電梯監(jiān)控，實現電梯安全監(jiān)控管理自動化信息化勢在必行。

物聯網是在計算機互聯網的基礎上，利用RFID、先進傳感器、無線數據通信等技術，構造一個覆蓋世界上各種物品的網絡，在這個網絡中，物品能夠彼此進行“交流”，而無需人的干預。其本質是利用射頻自動識別技術，通過計算機互聯網實現物品的自動識別和信息的互聯與共享，管理者通過電腦或手機，可實現對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。

基于物聯網技術的電梯安全監(jiān)控系統是通過傳感器網絡實時采集各類監(jiān)測參數，通過無線或有線網絡方式傳輸至監(jiān)控平臺，從而實現對電梯進行智能化管理和維護。在這種管理模式下，可以實時監(jiān)測電梯的運行狀態(tài)，并將狀態(tài)信息通過網絡發(fā)送到電梯安全管理監(jiān)控中心，及時實現人與電梯的信息交互與處理。建立電梯安全監(jiān)控系統一方面可實現實時監(jiān)控電梯狀態(tài)，對故障進行預警和報警，降低電梯故障發(fā)生率，提高故障電梯修復速度；另一方能夠對電梯定時準確維保提供技術支持。

1系統設計總體方案

電梯安全監(jiān)控系統主要是對影響電梯安全運行的多項特性參數進行實時監(jiān)測，并能將這些監(jiān)測參數通過無線傳輸技術傳輸至計算機監(jiān)控管理系統，由計算機監(jiān)控管理系統對電梯實際運行狀態(tài)和維護情況進行協調統一管理。電梯安全監(jiān)控系統設計由感知層、匯聚層、傳輸應用層組成，其系統結構如圖1。

圖1系統結構圖

感知層由安裝在電梯外圍各部分的各類傳感器組成，設計原則是傳感器信號與電梯內部運行信號相互獨立，避免相互影響，由這些傳感器信號實時監(jiān)控電梯各個位置的物理以及環(huán)境狀況，特別是涉及電梯安全的特性參數等，它們可以在24小時內不間斷地向匯聚層傳輸信息。在電梯現場將布置RFID檢測點，檢測點內保存電梯安裝、維護與檢查信息，這些信息為電梯及時維保提供技術基礎。

匯聚層的核心是匯聚分站，匯聚分站將感知層傳來的各類信息進行整理，并根據需求將數據進行初步分析，并將分析結果進行區(qū)別處理，根據電梯運行情況對處理結果分級，涉及特別嚴重影響人身安全的情況要立即發(fā)出報警信息，其它情況通過本地存儲，再通過傳輸層發(fā)送到應用層進行后續(xù)處理。

傳輸層主要是通過GPRS技術將數據傳輸到應用層平臺，利用互聯網絡實現各相關方的管理維護。應用層平臺是一個電梯安全運行監(jiān)測、故障分析和維保記錄的管理系統，其任務之一是接收各匯聚分站傳輸來的實時數據并通過分析一定時間段內的電梯運行記錄數據，全面了解電梯的實時運行狀態(tài)和故障分布情況。將潛在的故障和已出現的故障及時準確地傳遞給相關單位和個人，并且為物業(yè)管理部門、政府監(jiān)管部門和維保單位提供查詢平臺。任務之二是如實記錄了電梯安裝、改造、維護、維修、檢查等操作情況，通過無線傳輸技術與現場RFID內存儲信息一致，為電梯維保查詢、發(fā)出預警信息提供技術支持。

2系統硬件設計

電梯安全監(jiān)控系統硬件部分的監(jiān)測終端由數據采集模塊、中心控制模塊、顯示模塊、GPRS通信模塊、RFID電子標簽和電源模塊構成，如圖2所示。監(jiān)測終端能實時采集各類傳感器信號，對電梯運行狀態(tài)實現全天候監(jiān)控，對出現的安全隱患及時報警。

圖2系統硬件功能模塊

2.1中心控制模塊

電梯安全監(jiān)控系統的監(jiān)測終端需要多個的I/O口和相關調試接口，同時考慮到系統后期的進一步擴展與升級等問題，經綜合考慮，該系統設計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內核，頻率是72MHZ，內置128K字節(jié)的閃存和20K字節(jié)的SRAM，豐富的增強I/O端口和聯接到兩條APB總線的外設。其內部包含兩個12位的ADC、三個通用16位定時器和一個PWM定時器，還包含標準的通信接口：兩個12C和SPI，三個US－ART，一個USB和一個CAN．同時它還具有低成本、低功耗、卓越計算性能和先進中斷系統響應的特點，這些都充分滿足了系統設計需要。

2.2數據采集模塊

監(jiān)控系統采集模塊主要完成對影響電梯安全的特性數據進行實時采集，這些特性參數由分布在電梯各關鍵部位監(jiān)測點的傳感器提供。在采集模塊設計中，首先需對傳感器過來的信號進行信號調理，使之變換成為合適的電壓信號，對于其中一些強電信號還需要進行光耦隔離電路設計，以提高系統的抗干擾性。

2.3GPRS模塊

監(jiān)測終端需要實時將監(jiān)測到的電梯運行狀態(tài)參數通過無線傳輸技術傳遞到遠程監(jiān)控系統中。由于GPRS引入的分組交換數據傳輸模式，使得數據無線傳輸速率最高可達170kbit/s，GPRS還支持Internet上應用最廣泛的TCO協議和IP協議，利用GPRS能夠提供Internet和其他分組網絡的全球性無線接入，所以本系統設計中利用GPRS技術實現數據的無線傳輸控制。

2.4射頻處理模塊

射頻處理模塊主要功能是產生高頻發(fā)射能量，激活電子標簽并為電子標簽提供能量，對發(fā)射信號進行調制，把數據傳輸給電子標簽，接收并解調來自電子標簽的射頻信號。

2.5電源模塊

本系統設計采用外接電源適配器和內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，使用范圍寬，達到國家電磁認證，通用性強，技術成熟，性價比高，能夠達到電梯安全監(jiān)控系統電源方面的要求。

3系統軟件設計

系統軟件設計包括底層監(jiān)測終端和上位機信息管理系統兩部分，在前文中對監(jiān)測終端的硬件設計進行了系統研究，其軟件設計對實現其既定功能也是至關重要的，限于文章篇幅，對監(jiān)測終端的軟件設計細節(jié)在此不做細述。上位機信息管理系統軟件主要包括基本信息管理模塊、監(jiān)測信息模塊、維保信息模塊和數據分析模塊，通過無線傳輸模塊將采集的數據收集后，進行集中處理，再應用互聯網絡供監(jiān)管部門、使用單位和維保單位進行遠程實時監(jiān)控及查詢和維護。

3.1基本信息模塊

該模塊實現電梯基本信息資料管理和用戶管理。電梯基本信息資料包括電梯名稱、電梯所在地址、維保公司名稱、維護人員姓名、維護人員聯系方式、電梯生產廠家、上次維護時間、下次維護時間、下次年檢時間和檢驗單位名稱等。用戶管理設計包括編輯操作人員如名稱、密碼和聯系方式等基本信息，添加、刪除和修改操作人員人數，設置操作人員的使用權限，系統還設計了分級查看、分權查看等使用模式，只有具備相應權限的人員才能查看符合其權限的信息。

3.2維保信息模塊

維保單位擁有設置電梯資料管理、故障管理和維保管理功能的權限。利用網絡維保單位可隨時查看其所屬管理電梯的情況，如電梯故障電梯列表、待維護電梯列表和待年檢電梯列表；另一方面也可對所屬管理電梯相關信息進行修改、補充與更新，選擇設置相關的管理限制條件。在軟件設計方面，瀏覽查詢是主要功能，查詢方面可以按照“時間范圍”、“電梯品牌”、“維保單位”、“維保人員”、“電梯名稱”等進行查詢，數據與信息更新方面設計了良好的人機交互界面，以滿足系統功能需要。

3.3監(jiān)測信息模塊

監(jiān)測信息模塊用于完成實時監(jiān)控電梯的運行狀態(tài)和故障情況。在電梯安全監(jiān)控中心服務器、物管單位、維保單位和主管單位，都能遠程動態(tài)監(jiān)控電梯的安全回路、門鎖回路的工作狀態(tài)、上下行和開關門狀態(tài)以及其它與安全密切相關的特性參數變化。在監(jiān)測信息模塊中設置了故障短信報警功能，當電梯發(fā)生故障時，監(jiān)測信息模塊將會第一時間通過短信通知現場工作人員，如果相關人員在設定的時間范圍內未作處理，系統將會報警信息升級，自動將故障信息發(fā)送至更高一級的相關主管和單位負責人。

3.4數據分析模塊

電梯安全監(jiān)控系統的數據分析包括兩部分，一是在監(jiān)測終端完成的基本數據分析，二是在服務器上完成的復雜數據分析。監(jiān)測終端通過對監(jiān)測數據進行基本數據分析后，形成電梯運行狀態(tài)數據信息，并將電梯運行狀態(tài)特性參數與標準參數進行對比，分析判斷當前電梯運行狀況和故障情況，當對比結果超出標準參數值范圍時將該故障信息以短消息的形式及時發(fā)送給相關管理人員。服務器端的數據分析主要完成對一段時間內電梯運行狀態(tài)數據，進行特征提取、主成分分析和趨勢預測，這將借助數據處理、數據挖掘技術來完成，以達到對電梯故障信息起到提前預警的目的。

4結語

構建完成的基于物聯網技術的電梯安全監(jiān)控系統能夠實時監(jiān)測電梯實際運行狀態(tài)，對出現的故障與告警信息能夠及時給出提醒信息，并能對告警信息按嚴重程度進行分級管理；系統采用GPRS無線傳輸技術，無需在現場布置很多網絡線路，安裝施工簡單，便于維護，適應性廣，適用于任何型號電梯安裝；在監(jiān)控管理系統中，能自動記錄電梯運行狀態(tài)數據，根據數據分析結果給出預警信息，對已經發(fā)生的故障，能自動分析出故障產生原因，幫助維保人員及時解決故障；監(jiān)管部門、使用單位和維保單位都可以通過網絡方式登錄，方便監(jiān)督管理。利用物聯網技術實現對城市電梯運行狀態(tài)監(jiān)測和對電梯管理部門的多方協調管理，為城市電梯運行管理提供了一種科學、有效的方法?；谖锫摼W技術的監(jiān)控管理系統是在無人在現場的情況下完成相關管理工作，這給電梯管理工作帶來極大的便利，一方面提高工作效率和管理效果，減輕維保人員的勞動強度，另一方面能最大程度地保證電梯安全運行，具有廣泛的社會效益和經濟效益。

參考文獻

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[3]黃勤陸．物聯網技術在電梯監(jiān)測報警管理系統的應用[J]．制造業(yè)自動化，2013，35(1):30-33。

作者簡介

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

陳飛，男，1979年3月出生，工作于新疆維吾爾自治區(qū)特種設備檢驗研究院，電梯檢驗二所副所長，高級工程師職稱，通訊地址：烏魯木齊河北東路188號特檢院，郵編：830011。