電子信息技術在電梯安全中的應用分析

周國震

（菏澤市產品檢驗檢測研究院 山東 菏澤 274000）

0 引言

隨著城市化進程的加快，促使社會發展朝向具有更強舒適性、和諧性的居住環境發展。其中，電梯作為能夠為人們出行提供較強便利性的工具，在現階段城市建設當中有著極其廣泛的應用范圍。在此背景下，電梯安全防控的重要性日益顯現，人們的生命、財產安全與電梯運行質量有著緊密關系，如何為電梯安全防控工作提供保障，促進電梯運行質量，已成為電梯安全管理工作中首要解決的問題。而通過電子信息與電梯安全技術的深層次融合，能夠不斷優化與完善電梯安全管理中存在的問題，確保電梯可在具有較強安全性與穩定性的環境中運行。

1 電梯控制系統的發展

電梯是在城市人口逐漸集中、高層建筑不斷增多的情況下而誕生的，電梯的出現為人們在高層建筑當中的出行與搬運貨物間，創造了極為便利的條件。在電梯發展過程中，其相關控制技術歷經了繼電器、微機單晶片、可編程控制器3個階段。其中，在繼電器控制方面弊端較多，且伴有較高的電梯故障率，可靠性難以得到有效提升，同時該控制方式接線工作復雜性較高、通用性不強。在20世紀80年代，微機單晶片開始逐步在電梯控制系統中得到應用，使電梯控制系統邁入全新發展領域當中，且在日后成為了電梯發展的主要趨勢。隨后，以微機單晶片為基礎的可編程控制系統（programmable logic controller，PLC）問世，該系統與微機單晶片控制系統相同，二者皆具有節能、空間占用小、可靠性強等優勢。PLC屬于電子信息技術中的一種，主要通過梯形圖語言，促使電梯控制操作具有更強地靈活性與便利性，且能夠重復使用，自身抗干擾能力也較強，與計算機直接連接，能夠為電梯運行提供良好可靠性支撐[1]。

2 電梯檢驗中主要存有風險

2.1 高空墜落風險

電梯位置處于高層建筑電梯井之內，在電梯檢驗工作中，纜繩等相關設備的檢測工作需要維護人員深入電梯井內部才能開展，甚至需要維護人員在井內攀爬，此項工作也是高空作業中的一種，電梯井空間也相對狹小，稍有不慎便會發生高空墜落事故。另外，為能夠對電梯設備實施全方位檢驗，維護工作人員需在電梯轎頂或不同樓層之間進行檢驗工作，這也是導致高空墜落風險的主要誘因之一。

2.2 電器傷害風險

不同類型電氣設備也會參與到電梯運行當中，且電梯內設置的電氣設施較多，故而電梯井內部會存有諸多電纜，相關維護人員若稍有不慎，便極易發生觸電等意外事故。電梯主要以金屬材料為主，若發生電氣設備漏電現象，便會令電梯成為電導體，使維護人員觸電發生概率大幅度提升。由于電梯井屬于惡劣環境，在電梯經過長時間運行使用后，其內部線路與電氣設備便會由于線路老化而出現漏電、短路等問題，此類問題也極易引發觸電風險發生。

2.3 電梯安全水平風險

為了有效避免電梯事故的發生，我國近年來對電梯質量把控與設備檢修次數不斷強化，但每年仍會發生較多的電梯事故。通過對我國電梯事故發生原因的調查分析能夠看出，電梯事故引發原因主要分為電梯使用人員對電梯設備操作不當、電梯自身質量問題、違章作業。因此，為能夠將電梯故障發生概率降至最低，我國不僅運用電子信息技術針對電梯設備檢修效率與質量加以強化，同時也通過電子信息技術提升了電梯安全水平，并且為降低電梯事故發生時對相關人員人身安全所造成的威脅，我國目前也運用了“互聯網+”與電子信息化技術構建了應急處理平臺[2]。

3 電梯安全中監測系統的硬件與軟件系統設計

3.1 設計思路

本文主要以大數據與電子信息技術為基礎，結合電梯功能性需求：1）滿足政府監管部門需求，本文設計能夠針對維保、物業等單位加以有效監督，并對其資質、業績等工作開展深層次監督管理，使電梯能夠具有應急救援處置、報警聯動、事故取證等功能。2）滿足使用單位需求，通過搭建公共服務平臺，對電梯年檢、故障、預警等信息加以整合，將電梯故障發生率降至最低，同時在發生安全事故時確保縮短救援時間。3）滿足維護需求，通過管理終端為相關工作人員提供電梯運行、故障、維修保養等相關數據，針對電梯與工作人員實行雙向監督管理。在滿足上述需求基礎上，本文進行了電梯遠程監控平臺（圖1）設計。此平臺主要以大數據為基礎，集綜合定位、互聯網、物聯網（internet of things，IoT）、無線遠程通信等電子信息技術于一體，在電梯中增設數據采集器后，將數據傳輸至互聯網，實現電梯運行數據信息收集后，將信息向監控終端進行傳遞。電梯遠程監控系統大數據結構如圖2所示。

圖1 遠程安全監控平臺

圖2 電梯遠程監控系統大數據結構

3.2 硬件設計

硬件主要由可編程控制器、步進電機、傳感器等共同構建而成，其中本系統在可編程控制器內部應用過程中，需要確定2個軸線：誤差（E）和誤差偏差（ΔE），該誤差數量是下文軟件設計的基礎和返回距離之間差異。當前的偏差E為誤差值，在循環1次時差（Δt）較短的情況下，可以將其看作是一個誤差量（En-1），或稱為錯誤的微小成分（ΔE/Δt）。

3.2.1 可編程控制器

使用三菱電機(中國)有限公司生產的可編程控制器，該控制器能夠在計算機通信模式中，將信息數據類型劃分為PLC元件讀取與交互式信息及PLC寫入元件與交互式信息2種。

3.2.2 步進電機及驅動器

使用的步進電機與驅動器可達到遠距離目的，為乘客節省乘坐時間，并能準確地定位于地面。步進電動機無論采用PM型、VR型，還是復合型步進電動機，其定子形均采用齒形。這是由于步進電動機按脈沖信號依次激勵定子勵磁，通過數字電壓來調節其旋轉速度和旋轉方向。從電動機的傳動機理來看，如果將它的脈沖激勵信號依次傳輸到A、A+、B+，轉子便會被轉移到右邊（正向轉動），反之，如果見序列調轉來，轉子便會向左邊運動（反向）。

3.2.3 傳感器

使用穿管器能夠通過取樣對信號進行輸入，隨后傳送至可編程控制器輸入端當中，從而在控制器內部對數據進行運算與處理。

3.3 軟件系統設計

在通常情況下，電梯監控系統設計會使用LabVIEW這一軟件，該軟件能夠令電梯系統監測實現人機交互，且相關工作人員也可通過此軟件系統針對電梯運作情況進行實時監控。電梯實時監控軟件在對數據采集反饋的信息進行處理，能夠呈現電梯傳感器使用狀態與相關數據，隨后以傳感器使用狀態數據為基礎，針對正常運作狀態數據進行對比分析，從而確保電梯運行狀態精準判斷。在電梯運行中，若電梯限位開關處于常閉狀態，此時電梯門狀態反饋信息會表示電梯門處于打開狀態，并顯示故障狀態，由相關工作人員抵達現場察看，避免發生意外。假設電梯運行時，若電梯限位開關位置表示電梯已經在準確樓層停靠，便對其運行狀態是否正常進行判斷，若電梯處于運行狀態，未抵達準確樓層，這并不能表示電梯已經出現故障，若電梯處于停止狀態，并檢測到電梯并未達到準確樓層，便表明已經出現故障，且無法繼續投入使用。

3.4 模塊設計

3.4.1 傳感器模塊設計

在電梯安全監測系統當中，傳感器是其重要的基礎模塊，主要有不同類型功能的傳感器共同構建而成，其在電梯運行當中能夠對諸多類型數據加以有效檢測。若電梯在實際運行當中產生故障導致電梯無法到達準確樓層時，此時電梯使用人員會被困于其中，可通過平層傳感器檢測電梯準確位置并定位。另外，也可使用專門的傳感器檢測電梯門，在電梯發生故障時先對內部人員安全加以確認，故而可在電梯當中安裝人體紅外傳感器，對電梯內人員生命體征加以實時監測。在電梯運行過程中，其承載重量也是其主要故障原因，因此可在電梯內部安裝壓力傳感器。

3.4.2 數據傳輸模塊設計

電梯安全監控系統主要以電子信息技術為基礎發展而來，在使用時能夠產生不同含義的監控信號，此類信號在經過采集傳輸系統后被輸送至電梯安全監控平臺當中，此時平臺會對電梯實際運行情況加以顯示，從而為電梯管理與維修人員處理電梯故障提供極大便利。在通常情況下，電梯運行狀態數據采集工作主要是在電梯內完成，但是由于電梯內部空間較為狹小且封閉，故而需要安裝小型信息手機裝置。同時為確保數據傳輸設備具有良好的適應能力，能夠在不良環境當中平穩運行，對電梯傳輸模塊堅固性、耐用性、緊湊性等方面提出更高要求。另外，由于電梯井主要以金屬材料構成，電梯著火時會令電梯井溫度出現較大變化，因此需確保數據收集模塊具有較強溫度適應能力，在通常情況下，在設計電梯安全監控傳感數據采集模塊過程當中，傳感器型號主要以NIWSN3202為主，此模塊輸入端看屬于工業級別，不僅使用壽命較長，且其環境溫度變化適應能力也極強，能夠在零下四十攝氏度至七十攝氏度之間穩定運作，且在此數據模塊當中，各有四個模擬量輸入端與數字量輸入端，在采集數據時可根據實際電壓、開關量等確保設備在5 V至30 V電壓范圍內平穩運行，并且其信號采集系統能夠提供最大1 A的輸入電流[3]。

3.4.3 數據接收模塊設計

在電梯安全監測系統中可通過數據接收模塊對電梯內部傳感器數據采集模塊反饋的數據信息進行分析，并與內部數據采集模塊終端節點之間相互作用。在此過程中，可在IoT的幫助下對電梯監測數據實時接收或發送，通常情況下，主要以NI9795型號數據接收模塊為主，在應用此模塊的同時，可與最多36個WSN測量節點之間進行共同通信，針對電梯不同階段監測信號同時采集，將電梯故障實時輸出至監控室內，此時監控室故障信號也會發出相應提示，提醒相關工作人員電梯發生故障，此時需工作人員趕到現場針對故障開展維修工作，為電梯運作安全性與穩定性提供有力保障。

4 電子信息技術在電梯安全中的有效應用措施

4.1 大數據分析與應用

大數據為各行業領域發展空間得到大幅度擴展，也令電梯安全管理平臺緊跟時代發展步伐，在實際應用過程當中，應對大數據分析功能加以充分運用，在海量數據當中盡可能尋找數據規律，從而形成有效引導[4]。在電子信息技術與電梯安全技術結合過程中，其設計中存在大量數據篩選工作，因此為確保此工作的時效性，在數據篩選過程中應通過專業化方式促使數據加工能力充分滿足電梯數據檢驗需求。針對電梯故障處理時，可運用數據檢測提供實時預警，將電梯安全風險與故障發生率降至最低。若確保電梯風險管理工作的有效性，便需要結合電子信息化技術與電梯安全技術所提供的有力支撐與引導，在此過程中，所需數據分析工作較多，如應急救援、故障預警、監督抽查、行政執法、信用評價等。部分數據分析領域能夠將所收集的信息在大數據平臺中反饋，在此基礎上，針對電梯維修開展進一步監管，令工作人員能夠及時接收到平臺反饋的信息，將電梯實際情況傳遞至安全檢測部門，促使電梯緊急救援系統工作逐步完善。電梯一旦在運作過程中發生安全事故，能夠做到在最短時間內進行預警與報警處理，從而降低事故所帶來的損失，縮短救援所需時間，將人員傷亡控制在最低限度之內[5]。

4.2 IoT與電梯工程

通過運用IoT，可在二維碼與紅外傳感器輔助下讀取信息，且能夠促使其他設備具有智能化特征，并帶有定位功能，使電梯質量檢修審核工作的有效性得到大幅度提升[6]。目前，電梯IoT平臺通用基礎功能主要包括遠程監測、自動報警、遠程控制、診斷和維護、系統聯動、數據挖掘、報表與決策支持與節能分析等，常見技術包括感器、RFID、嵌入式系統等。電梯IoT平臺是通過在電梯轎廂安裝的各類傳感器節點的數據收集，由無線傳感器網絡（wireless sensor networks，WSN）將電梯運行信息數據上傳至互聯網平臺分析，得出電梯運行情況，并將結果分為異常和事故2種情況，以實現對電梯的動態監測和控制。并基于對數據的統計分析和處理，在應用端提供決策，將應用數據傳達到終端設備產生響應。郭顯峰[7]提出了一種基于IoT的電梯運行數據在線監測系統，該系統硬件設計主要包括數據采集模塊、通信模塊及監測模塊設計，軟件設計中根據空間運行的電梯狀態強化數據監測算法設計力度。該系統具有較高的數據收集合格率及完善的內部結構，監測準確率遠遠高于傳統在線監測系統，可為電梯安全運行提供有力的技術支持。本文通過系統硬件、軟件、模塊等設計的一套電梯遠程安全監控平臺同樣實現了對電梯運行安全的實時監控，在提高電梯故障解決效率的同時，有效降低了電梯故障傷人概率。

4.3 數據監測與收集注意事項

在對電梯產生數據進行收集與檢測過程當中，需要以檢驗、檢查、IoT等方面產生數據為基礎，并以電梯安全大數據平臺實際建設需求為主，實現自動存儲與處理監測數據功能。由于不同環節所設計信息類型存有一定差異，其功能也有不同使用途徑，主要以檢驗數據為常見數據，因此在實際中可通過檢驗機構所上傳數據存入大數據平臺，為電梯整體安全數據提供有效參考。另外，在使用電梯過程中傳感器也會產出監察數據，此類數據的輸入分為自動輸入與手動輸入，其中手動輸入需要相應數據機構的介入才能實現。

5 結語

綜上所述，在現代高層建筑中，電梯是主要代步設備，需要對電梯運行安全加以嚴格控制，從而為電梯乘坐與維修人員生命安全提供保障。若要落實這一目標，便需將電子信息技術與電梯安全技術相結合，針對電梯安全開展實時監測，當電梯故障發生時能夠得到及時處理，從而降低電梯安全事故發生概率，確保電梯運作安全性與穩定性。也可在降低后期維護成本的同時，為人們創造良好、安全、舒適的生活環境。