無線射頻電子識別技術在電梯安全管理系統中的應用

張興鈺

(之江實驗室,杭州 311100)

電梯設計結構復雜,運行速度慢,運行安全隱患多,故障原因難以分析。分析了無線射頻電子識別技術在電梯安全管理系統中的應用,以解決管理局限性、效率低和可靠性差等問題。無線射頻電子識別技術(Radio-frequencyelectronicidentificationtechnology,RFID)是一種新型的身份識別技術,其原理是將具有特殊識別功能的信息存儲在射頻器件中,與計算機進行通信[1]。這種標簽可存儲大量信息,包括電話號碼、數字和圖像,還可與管理系統聯網。本系統利用RFID射頻無線通信技術,實現了電梯安全管理系統的穩定運行,更好地保護公共財產,提升社會效益[2]。

1 基于無線射頻電子識別技術的電梯安全管理系統

1.1 系統總體框架及運行流程

基于無線射頻電子識別技術的電梯安全管理系統總體框架如圖1所示。

圖1 系統總體框架圖Fig.1 General framework of the system

系統主要涉及裝有信息卡的電梯、使用人員、維保公司和質監局等方面,運行流程如圖2所示。

圖2 運行流程圖Fig.2 Operation process

1.2 內業部分

1.2.1 數據傳輸模塊

電梯安全管理系統的數據傳輸模塊主要由TCP數據包自動轉發服務(NPS)、服務器網絡交換與緩存、硬件總線、網絡交換機等組成。通過局域網內的GPRS網絡與數據庫連接,控制TCP/IP協議與主機之間的數據通信。為保證響應速度和數據傳輸質量,需保證數據采集速率達到10 Mbps～1 Gbps,網絡接口能夠實現3G、4G等通信頻段。為完成任務,帶寬必須達到2G、3G及以上頻段,如果頻率太低會出現斷線或斷電現象,故本系統采用2.5 GHz頻率來傳輸數據[3]。

1.2.2 自動控制單元

為應對復雜多變的電梯運行工況,設計了自動控制單元,包括電梯門控制單元和電梯樓層面板控制室兩部分。電梯門開關時需確定開啟方向和樓層,設置好開關速度、負載等關鍵運行參數的閾值。例如,想要測量電梯門的寬度,需確定寬度與時間,即在電梯門關上后需要多少時間才能達到所需的寬度。自動控制單元可在手機客戶端APP或遠程服務器上連接相應的系統,獲得電梯門開關的過程參數和電梯樓層面板設置情況,根據實際情況調節開關速度及時間。

1.2.3 通信協議控制模塊

采用TI公司的DBN協議棧,其具有多種功能,可對數據庫數據進行實時分析,將數據導入計算機,及時獲取電梯運行狀態,防止數據丟失。將數據從計算機傳輸到遠程服務器,再由遠程服務器向中心服務器發送數據,避免信息丟失。通過系統中的TCP/IP協議棧來對通信模塊進行遠程控制,通過RFID技術發送協議及通信信息。

1.3 外業部分

1.3.1 信息采集模塊

信息采集模塊以RFID射頻電子標簽為核心,配合數據采集終端,其中RFID標簽數據信息分配如表1所示。

表1 RFID標簽數據信息分配Tab.1 Distribution of RFID label data information

電梯信息采集模塊利用STM32芯片(單片機)來實現對電梯轎廂工作狀態信號的讀取,利用RFID射頻電子標簽采集轎廂內的其他相關數據。RFID讀寫器能夠通過RFID射頻電子標簽將傳感器采集的電梯運行數據發送到數據采集終端,再由數據采集終端上傳到用戶端設備,形成信息采集閉環。

1.3.2 現場傳感器模塊

現場傳感器模塊主要包括感應器和執行器。傳感模塊由RFID讀寫器、LED燈和若干個傳感器組成,通常集成在電梯主機與電梯門及轎廂內部的感應器內,可實現對電梯門磁、轎廂振動、電梯門溫度、門壓力等信息的采集。傳感器包括光線傳感器、紅外傳感器、溫度傳感器等,用于采集電梯轎廂內部數據。LED主要用于顯示信息采集模塊的運行狀態,通常為長暗狀態,當信息采集模塊出現故障時,由長暗轉變為紅色閃爍狀態。

1.3.3 電梯數據庫管理模塊

數據庫管理模塊能夠通過RFID標簽實現對電梯關鍵信息的保存、修改、下載、打印報表等功能,RFID標簽數據表如表2所示。

表2 RFID標簽數據表Tab.2 Data sheet of RFID label

2 電梯安全管理系統主要功能及應用優勢

2.1 主要功能

2.1.1 構建電子監管系統

應用基于無線射頻電子識別技術的電梯安全管理系統,能夠通過RFID標簽實現電梯運行數據信息的集成,具有較強的通信能力,將其整合成網絡化電梯安全管理體系,僅需監控網格內電梯安全管理子系統上傳的電梯運行數據即可,能夠建立統一、完善的電梯安全管理標準,根據電梯運行數據預防電梯事故。

2.1.2 后臺顯示功能

后臺顯示功能由自動控制單元來實現,可直觀查看電梯運行信息,及時、準確地掌握電梯運行情況。后臺支持3種方式:①遠程短信預警方式。②根據終端報警方式直接發送短信預警信號。③對報警信號進行分析并給出具體處理建議。

各功能模塊分為3個層次:①顯示故障報警功能,即顯示電梯安全運行信息,如故障時間、故障位置及故障頻率等。②顯示故障報警方式,包括故障原因、電梯速度及功率等。③顯示故障排除方式和故障情況,包括故障發生時間、故障部位大小及故障情況次數等。

后臺顯示功能是將電梯故障問題前置化處理的重要方式,實際應用中可配合建立維修人員反饋機制,與故障報警形成完整的修復閉環,有效降低電梯故障率。

2.1.3 電梯數據庫接口功能

電梯安全管理系統運行過程中會采集較多數據,當電梯使用次數較多時,重讀數據會成為限制運行速度的冗余。電梯數據庫接口功能可利用系統開放的接口將冗余數據導出數據庫,實現跨系統數據傳輸,避免數據不兼容等問題,具體功能如下:將電梯運行軌跡信息傳遞給管理中心,將電梯內部實時狀態數據傳送到監控中心,再以報表形式上傳到終端用戶手機上,通過使用者終端設備可直接查看電梯狀態參數圖表等。

2.2 應用優勢

安全性高。電梯安全控制系統以基于硬件的密碼算法為基礎,能夠實現對電梯信息的實時、準確、有效識別。當系統接收到數據采集模塊和現場傳感模塊上傳的運行數據后,進行分析,按照數據標簽類型分類,分別上傳到不同數據庫中,以保證上傳信息的安全性。若電梯發生安全事件,及時進行信息提取與分析,再將提取出的信息反饋至現場維護人員。

通信速率快。電梯安全控制系統采用2.4 GHz無線傳輸標準,傳輸速率達到15 Mbps,通信協議模塊使用頻率最高為15 MHz,頻率越高,通信速率越快。該標準頻段屬于UHF頻段,所以在使用無線傳輸系統時對UHF頻段進行覆蓋處理并不影響正常工作,通信速率可達1 Mbps。此外,通信協議控制模塊采用TI公司的DBN協議棧,能夠對系統網絡頻段進行合理配置,滿足低輻射、高安全可靠性、通信速率快的要求。

3 結束語

無線射頻電子識別技術已應用于圖書管理、工業設備管理、化工材料管理等多個領域。介紹了無線射頻電子識別技術在電梯安全管理中的應用及其系統組成,其具有安全性高、通信速率快等應用優勢,具備構建電子監管系統、后臺顯示功能、電梯數據庫接口功能,擁有廣闊的發展空間和市場前景。