基于自動能源管理控制技術的扶梯梯級自動清洗生產線的研發與應用

趙鴻強，葛建新，田 野，唐 朕，楊 龍

（北京潔禹通環保科技有限公司，北京 100048）

1 扶梯梯級清洗現狀

1.1 在線清洗狀況

自動扶梯的大規模使用，每日大流量人員流動帶來的灰塵、污漬和殘留的油漬等，再加上步梯自身的形狀和運行狀態對在線清洗工作帶來麻煩，很難做到時刻保持干凈衛生，而且不同的人群也會帶來不同的細菌，消毒滅菌也非常困難。并且過于依賴人工清洗，污染環境的同時導致步梯維護成本增加。而且在在線清潔梯級時會有意外傷害事故發生的隱患。目前也有國外廠家開發了梯級清洗設備，將清洗機固定在電梯底部，根據不同品牌型號的自動扶梯選擇不同的卡梳，固定在本體面卡槽。特色的噴頭將清潔劑噴灑在滾刷上，然后用滾刷清潔電梯的踏板。然而這種方式只能清洗梯級踏板面板，不能對梯級進行全面清洗。

1.2 梯級離線清洗現狀

目前北京地鐵的多條線路的梯級清洗采用離線清洗的方式，清洗方法是利用高壓熱水沖洗泵由人工進行逐塊清洗。這樣自動扶梯梯級的清洗方式為人工清洗，存在工作環境差、效率低、耗水量大，洗滌廢水排放不達標，清洗劑得不到重復使用等問題。而且人工清洗不均勻，清洗效果不理想。由于梯級形狀不均勻，部分角落清洗也難以覆蓋到。隨著自動扶梯運行數量的增加，梯級清洗的問題將變得突出。截至目前，全路網近3 000臺自動扶梯梯級清洗涉及人力資源和水、電資源的消耗付出，費用極大，與現行國家、市政府要求的降本增效不符。關于扶梯梯級離線清洗存在的問題，有關專家進行了分析研究，主要存在以下幾個問題。

（1）既有的人工清洗方式，浪費大量的人力成本，過程必然造成大量水資源的浪費。

（2）沖洗產生的廢水帶有大量的油污，排放至市政污水管網，對環境造成一定的污染。

（3）由于外排水含有大量的油污等污染物，直接外排存在環保風險，難以持續作業。

2 研究內容

2.1 研發針對梯級的專用環保清洗藥劑

根據污染程度調節清洗強度和清洗溫度，配合使用針對梯級污染的環保清洗藥劑，在最大程度上降低清洗梯級難度，減少清洗的用水量，節能降耗，節約成本。本專用環保清洗劑配方的質量百分比為：烷基糖苷18%；碳酸鈉18%；絡合劑5%；緩蝕劑5%；助洗劑1%；消泡劑4%；凈洗劑5%；去離子水44%。該梯級清洗藥劑不含重金屬、磷和亞硝酸鹽等受控有害物質，也不含APEO 類表面活性劑，生物降解性高，綠色、環保，無毒無害，對金屬無腐蝕。采用其清洗后的制品幾乎沒有污垢殘留且制品的光澤度幾乎沒有變化，不會破壞梯級表面水漆，同時，該清洗劑對人體的健康無影響和對環境排放無污染。在浸泡和清洗階段使用專用清洗劑，能在最大程度上降低清洗的水耗，極大地提高了后續清洗的強度，加速梯級清洗效率。

2.2 研究開發出梯級自動清洗設備關鍵技術及清洗工藝

針對扶梯梯級運行后產生污漬的特點，并調研現有清洗方式。制定從浸泡、預清洗、清水清洗，漂洗等多級清洗和烘干一系列清洗工藝以及廢水通過氣浮、沉淀、過濾、加藥等流程進行污水處理后再回用的工藝流程。

（1）針對梯級污漬特點和實現自動清洗的目的，通過實際試驗測試，制定上件→浸泡→清洗→漂洗→烘干→下件的整套清洗流程。在梯級清洗過程中可根據實際環境和工況設置最優的浸泡時間和溫度，清洗時間和溫度、清洗壓力，漂洗時間和溫度、漂洗壓力，烘干時間等重要參數。配合專用環保梯級清洗藥劑，通過設置各清洗工位最優清洗參數以滿足梯級自身多油，污垢附著力強，難清洗等問題。

（2）對梯級清洗廢水的原水樣本進行分析，制定氣浮、沉淀、過濾、加藥，制餅等流程進行處理。處理后的廢水達到城市污水再生利用城市雜用水水質，可繼續用作梯級清洗回水繼續使用。或達到污水排入城鎮下水道水質標準排入市政管網。

梯級自動清洗設備產生的污水經自吸泵抽到調節池→梯級清洗污水通過藥劑和氣浮作用→經處理后的液體（中水）進入中間水池，固體污染物及沉淀物進入污泥池→中水經過砂濾過濾后潔凈清水進入清水池→清水經泵再定期抽到梯級自動清洗設備重復利用或排入市政污水管網。

固體污染物及沉淀物進入污泥池經藥劑作用→由污泥螺桿泵抽到污泥脫水機內→少量液體可排入市政污水管網，污泥可制成泥餅清運處理。

通過以上水處理工藝，可以充分做到固、液分離，清洗梯級污水經處理后循環使用，充分利用水源。少量液體無污染排入市政污水管網，可保證在市區進行梯級清洗工作。節省梯級因環保問題轉運到外埠清洗的運輸費用和運輸造成的施工周期。

2.3 研究開發梯級自動清洗和污水處理一體化設備

針對扶梯梯級人工清洗效果差，環境污染嚴重，浪費嚴重等問題，項目組根據目前所涉及不同型號，不同廠家的扶梯梯級尺寸和結構以及上述工藝流程，在之前半自動清洗設備的基礎上深入研究，開發出一體化梯級自動清洗生產流水線。如圖1所示。主要包括梯級自動清洗設備和智能污水處理系統兩部分。梯級自動清洗設備可根據清洗總量和清洗節拍布置單條或多條自動清洗流水線，污水處理系統根據梯級自動清洗生產線的體量配套設計污水處理量。梯級自動清洗設備和污水處理系統兩部分可同步協調工作，也可單獨運行。整體設備配置靈活，操作簡便。可滿足用戶不同清洗需求。

圖1 一體化梯級自動清洗生產流水線

關鍵性技術如下。

（1）吊掛式梯級輸送自動清洗技術；

（2）多級清洗技術；

（3）閉環式自動輸送線技術；

（4）水循環利用技術；

（5）冷凝吸霧系統技術；

（6）溫控閉環控制系統；

（7）能源管理控制系統；

（8）專用環保清洗劑。

項目自主創新先進的梯級自動多級清洗工藝和污水處理工藝一體化協同工作，針對梯級多油重污的特點，實現自動化清洗的方案。創新使用浸泡，清洗，漂洗、烘干等多級清洗關鍵工藝，在保證清洗效果的同時對清洗廢水進行氣浮、沉淀、過濾、加藥，制餅等流程處理，使得廢水可作為梯級清洗回水重復循環利用或達到市政管網排放標準。

項目完全顛覆了傳統的人工清洗模式，本著自主創新的原則，結合梯級自動多級清洗工藝。為了最大程度地降低清洗勞動強度，提高清洗效率，項目組開發了吊掛式自動清洗技術和全自動閉環輸送技術。實現自動化流水線作業，吊掛式輸送鏈，避免浸泡及清洗漂洗轉序人工操作。在清洗階段采用吊掛式360°自動旋轉加高壓噴淋清洗結構，保證梯級全方位無死角自動清洗。全自動化流水線作業可以最大程度上減少人工成本。全流程只需有人進行上件下件及系統運行監控，即可對梯級清洗全過程進行把控。

3 基于自動能源管理控制技術的一體化扶梯梯級自動清洗生產線在軌道交通行業的應用

該項目旨在推進梯級清洗維護自動化進程，明確職責及離線清洗維護流程，實現電梯梯級的批量清洗維護，減小梯級使用磨損，降低維修成本，并且有效減少電梯故障的產生。實現降本增效，節能環保的目標，降低人工成本，提高工作效率。同時，在清洗過程中對水資源進行重復利用，能達到節水，節能，環保的目的。

3.1 一體化梯級自動清洗生產線在北京地鐵機電分公司的實際應用

改項目一體化梯級清洗生產線在北京地鐵機電分公司電梯離線檢修基地項目完成實際應用。項目對稱布置2條梯級自動清洗生產線，清洗能力240塊/d。配置一套污水處理系統。污水處理量2 t/h，污水經處理后達到循環使用，固廢通過污泥疊螺機制餅后集中存放外運，從而達到零排放。

待清洗的梯級由現場運至上料區（舊梯料）碼放整齊→人工將待洗梯級逐一放在自動輸送帶上→待洗梯級隨輸送帶運行至浸泡槽→清洗藥劑在氣浮作用下和梯級污物發生作用（4～12 min），梯級在PLC 控制下在浸泡槽液體內呈S 形移動→預清洗的梯級隨輸送帶運行進入清洗工位進行高壓清洗（約4～10 min），清洗工位內包括藥劑清洗和清水漂洗、烘干等→清洗干凈的梯級經自動檢測→合格品隨輸送帶運行至成品堆放區（新梯料），經人工碼放整齊。

3.2 清洗及污水處理效果

項目組對北京地鐵分公司電梯離線檢修基地梯級自動清洗生產線清洗效果進行持續跟蹤監測，并對該生產線污水處理后的水質進行了取樣化驗，通過第三方權威檢測，并將得到的數據與國標進行對比。清洗后產生的污水經過污水處理系統處理后，出水水質各項控制指標完全滿足且優于現行國家《污水排入城鎮下水道水質標準》GB/T31962—2015的污水排放要求。該項目通過先進的污水處理工藝使回水重復利用，利用率率大于90%，而且清洗藥劑的加藥量節省44%。見圖2。

圖2 梯級清洗前后效果對比

3.3 能源管理控制應用效果

針對扶梯梯級污染特點，為了滿足梯級清洗生產能力和清洗節拍，梯級自動清洗生產線為了提高清洗強度和清洗效果，采用高溫浸泡和高溫清洗工藝，浸泡和清洗水箱加熱模塊屬于高能耗設備，為了達到節能減排，降本增效的目的，所以梯級自動清洗生產線的能源管理就尤為重要。項目組開發了基于物聯網技術的能源管理系統，通過云平臺遠程管理和監控各個負載及功能模塊。該系統由智慧硬件、新型傳感器，信息化平臺組成。

（1）多維度的能耗查詢分析。

能源管理系統可對不同類別能耗，不同用電時段能耗，不同區域能耗進行統計分析。并列舉重大能耗設備和用電狀況。分析能耗與關鍵參數關聯性。

（2）能效指標檢測。

定義加熱模塊，循環水泵等關鍵能耗設備的能效指標，與能源政策中的能效指標做對比，從而節省能耗。對各設備用電進行分類，監測瞬時總功率。統計分析用電密度。

（3）大數據統計，生成報表工具。

對接入系統的各項數據進行統計，并按日/周/月/季/年生成詳細報表。對設備管理及能耗分析提供參數依據和記錄。

4 結束語

扶梯梯級自動清洗生產線完全替代傳統的梯級人工清洗的方式，大大提高梯級清洗效率，降低勞動強度。改善梯級清洗的工作環境。梯級自動清洗一體化設備的應用，可節省人力70%以上；先進的污水處理工藝，廢用利用率達到90%以上，藥劑使用量可節省40%以上。并且整個系統無排放、無污染。通過設備管理與巡檢、在線故障預判、故障及時解決，可延長設施使用壽命5a 以上。按照地鐵公司每年30000塊梯級的清洗量，每塊梯級的清洗成本可降低10元/塊，直接節省的經濟效益達30萬元以上。