張振華，金衛(wèi)琴

（1.恒達富士電梯有限公司，浙江 湖州 313013；2.浙江尼邦電梯有限公司，浙江 湖州 313013）

為保證城市內(nèi)部的電梯運行安全，在對電梯安全監(jiān)督管理中需要進行研究，目前解決電梯的運行安全已經(jīng)成為重大的民生問題之一。原有運行維護系統(tǒng)在電梯工作過程中，無法對周圍的信息進行及時采集，且收集到的信息數(shù)據(jù)存在不準確現(xiàn)象，需要對其進行改進，保證在大量有效數(shù)據(jù)的前提下，進行對電梯運行轉(zhuǎn)態(tài)的評估和判斷。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以將傳感器網(wǎng)絡和無線網(wǎng)絡進行嵌入，將多種通信技術(shù)相結(jié)合，保證電梯運行數(shù)據(jù)能夠和互聯(lián)網(wǎng)相連接，做到實時交換和采集。本文以此為基礎(chǔ)研究基于物聯(lián)網(wǎng)的電梯運行維護系統(tǒng)，為保證電梯的實時監(jiān)控提出理論支持。

1 基于物聯(lián)網(wǎng)的電梯運行維護系統(tǒng)硬件設計

1.1 組建物聯(lián)網(wǎng)電梯運維框架

此次設計電梯運行維護系統(tǒng)，主要是在電梯發(fā)生故障時及時進行定位，以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)組建整體框架，可以直接生成多個層級架構(gòu)，實現(xiàn)從數(shù)據(jù)采集到整體運維的全覆蓋。將整個系統(tǒng)分為三個層級，以網(wǎng)絡傳輸層級作為中心，部署好多個信息采集節(jié)點，使之與終端感知層和應用層連接，形成數(shù)據(jù)信息交互的局面，具體框架如圖1所示。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下電梯運維框架

根據(jù)圖中內(nèi)容所示，在基礎(chǔ)設施層級內(nèi)主要是對采集信息通路進行建設，保證其能夠在安全的狀態(tài)下對數(shù)據(jù)進行有效傳輸。信息傳輸層時按照多種通信技術(shù)融合的標準，在移動通信技術(shù)和語音轉(zhuǎn)換技術(shù)的基礎(chǔ)上，對不同類型的信息數(shù)據(jù)進行調(diào)度。

1.2 設計USB串口通信電路

電梯運維硬件部分由數(shù)據(jù)采集和中心控制模塊組成，在中心顯示器中對所有數(shù)據(jù)進行調(diào)取，其中以GPRS定位為采集點的統(tǒng)一操作模塊，全部在主機電源模塊下進行供電。對其中起決定性作用的中心控制模塊，進行USB端口通信調(diào)試，保證在多個數(shù)據(jù)通路下能夠及時做到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和處理，實現(xiàn)各個傳輸節(jié)點的統(tǒng)一調(diào)度。

在需要多個連接窗口內(nèi)完成相關(guān)調(diào)式，以I/O操作形式進行后續(xù)的數(shù)據(jù)擴展，運用中心單元控制處理器STM68F5056C8T9作為內(nèi)核裝置。其中在每個串口處均設置245K字節(jié)的閃存裝置，按照每順位40K的大小進行儲存，具體設計電路圖，如圖2所示。

圖2 USB串口通信電路

根據(jù)圖中內(nèi)容所示，在終端運行采集通路中，需要將無線網(wǎng)絡技術(shù)安置在每個節(jié)點處，以此在對數(shù)據(jù)信息傳輸時，需要保證傳輸效率控制在240KBIT/S-360 KBIT/S范圍內(nèi)。相對應地選擇內(nèi)置線路的定時器，分別以16位的PUM三通定時器，和12位的CUN定時器，進行串口通信供應。每個串口處最少連接兩條通路，至運行狀態(tài)的電梯采集節(jié)點上，實現(xiàn)多個數(shù)據(jù)傳輸節(jié)點的同時啟動。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的電梯運行維護系統(tǒng)軟件設計

2.1 基于物聯(lián)網(wǎng)定位電梯運維目標

一般在物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)下采用移動智能終端采集設備，將云服務器和智能顯示器安置在節(jié)點處，通過每組相同類型的信息進行分類，及時收取不同電梯運行轉(zhuǎn)態(tài)的數(shù)據(jù)信號。在信息交互過程中容易產(chǎn)生錯誤信息和隨機代碼，為減少出現(xiàn)混亂交互的現(xiàn)象，在每個通路中首先定義通訊結(jié)構(gòu)。

信息采集的全過程要包含數(shù)據(jù)請求開端，到物聯(lián)網(wǎng)服務器終端的整體數(shù)據(jù)，在由兩組前后特定字節(jié)的協(xié)議擬定后，對電梯運行狀態(tài)的所有數(shù)據(jù)進行采集。按照前端請求和尾端注冊兩種類型進行分類，將每個字段的通信字節(jié)進行劃分。一般按照從零開始的節(jié)點通信大小開始排列，分別對不同字段類型的數(shù)據(jù)進行標記，每組通信字節(jié)的長短不超過2個頁腳大小。由于通路中是直接設置完成的類型信號，因此在采集完畢后無需進行整理，直接按照原始狀態(tài)進行標記即可。

2.2 慣性捷聯(lián)法判斷電梯運行狀態(tài)

電梯在不同樓層和不同速度下，產(chǎn)生的運行數(shù)據(jù)均會發(fā)生變化，為整體性考慮電梯的運維效果，利用慣性捷聯(lián)法進行運行狀態(tài)的參數(shù)保證。捷聯(lián)慣性判斷主要是利用地心慣性坐標系和地球坐標系，將處于實時運行狀態(tài)的電梯通過各個坐標進行確定位置，對每個信息通訊數(shù)據(jù)完成導航參數(shù)定位。

地理坐標即為慣性坐標，此次設計電梯運行的參照物即為慣性坐標。以QWER為慣性坐標系，選擇東北天坐標軸向位置，其中QW表示方向為東，QE表示方向為北，QR表示方向為天所在位置，將原點Q作為電梯橋箱的運行中心。橋箱本身可以看作為一個坐標系，確定轉(zhuǎn)態(tài)用姿態(tài)角表示，即橋箱的首向角和縱向角以及橫搖角，分別用a、b和b表示，各個坐標點的運行軌跡存在聯(lián)系，表達式為：

式中，在每次轉(zhuǎn)動中包含不同角度的正弦和余弦數(shù)值，正弦值分別用sina、sinb和sinc表示，余弦值分別用cosa、cosb和cosc表示。根據(jù)不同位置的點電梯運行軌跡，進行采集數(shù)據(jù)的歸類，用來判斷不同姿態(tài)角的運行狀態(tài)。將所得的電梯梯度運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，直接發(fā)送至主站中心，按照各個時間節(jié)點進行查詢，直接對產(chǎn)生故障的電梯位置進行標記和報警。至此在重新構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)組織架構(gòu)的基礎(chǔ)上，設計USB端口的串口通信電路，實現(xiàn)對電梯硬件的局部更新，再通過定位電梯運維目標，指定信息采集時間閾值，慣性捷聯(lián)法判斷運行狀態(tài)，完成電梯運行維護系統(tǒng)設計。

3 實驗結(jié)果分析

為驗證此次設計的系統(tǒng)具有實際應用效果，能夠在電梯運維中提高工作效率，采用實驗測試的方式進行論證。實驗主要測試不同運維系統(tǒng)對電梯故障的維修效果，在發(fā)生故障時能否在短時間內(nèi)，使其還原到正常運行狀態(tài)。選擇某公司早高峰正常運行的兩組電梯為測試對象，分別對其歷史運行數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，在發(fā)生故障較多的樓層中進行運維系統(tǒng)安置。將統(tǒng)計好的歷史數(shù)據(jù)上傳至MATLAB測試平臺中，分別模擬每組電梯運行狀態(tài)，具體數(shù)據(jù)信息如表1所示。

表1 某公司電梯運行數(shù)據(jù)（V）

根據(jù)表中內(nèi)容所示，此次選擇的運行電梯最高到達樓層為9樓，按照不同樓層的運行電壓數(shù)據(jù)，進行故障樓層的統(tǒng)計。其中設定超過64V時電梯會發(fā)生故障，在兩組電梯中均有出現(xiàn)故障的樓層，AI組電梯在六樓發(fā)生了故障，AL組電梯在五樓發(fā)生了故障。為保證測試效果的準確性，采用兩組傳統(tǒng)系統(tǒng)做對比，將三組系統(tǒng)分別安置在故障樓層中進行工作。

該公司電梯的正常運行狀態(tài)期間，每個樓層的運行速度為5s一次間隔，空載狀態(tài)下整個樓層運行的時間不會超過1min。初始運行電壓設置為45V，當出現(xiàn)多次超載時電壓逐漸增加，按照打卡早高峰進行電梯運維設置。整個高峰階段會持續(xù)1h，從早上8:30開始，以每個15min為一次電梯監(jiān)測時段，在第三階段時人流量會突然加大，導致兩組電梯出現(xiàn)故障。分別以三組運維系統(tǒng)進行接入，在故障排除后能夠進入第四階段運行，如果故障沒有排除則不會進行運行，具體結(jié)果如下圖3所示。

圖3 不同系統(tǒng)下電梯運維效果對比

根據(jù)圖中內(nèi)容所示，在本文系統(tǒng)下電梯仍保持正常運行，說明其能夠在發(fā)生故障時進行同步維護。而兩組傳統(tǒng)系統(tǒng)的運維結(jié)果不一致，第一組方法在早高峰結(jié)束前沒有將電梯維護好，第二組方法是在第四階段中期進完成了維護。綜合結(jié)果可知：在電梯發(fā)生故障時，本文系統(tǒng)能夠直接進行相關(guān)維護，不會影響電梯的正常運行，有效提高工作效率，具有實際應用效果。

4 結(jié)語

本文在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢下，構(gòu)建電梯運行的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡信息采集構(gòu)建，設計時間間隔進行定點采集，重新設計了電梯運行維護系統(tǒng)，在其發(fā)生故障時進行同步維修。實驗結(jié)果表明：在不同的故障樓層內(nèi)，新系統(tǒng)能夠同步進行故障維修，使其處于正常運行狀態(tài)，保證早高峰不受影響，有效提高工作效率。但由于時間有限，在研究過程中選擇的樣本數(shù)據(jù)過少，所得結(jié)果具有偏差性，后續(xù)研究中會針對測試對象，進行多方面驗證，為電梯的安全運行提供保障。