电子信息技术在电梯安全中的应用分析

周国震

（菏泽市产品检验检测研究院 山东 菏泽 274000）

0 引言

随着城市化进程的加快，促使社会发展朝向具有更强舒适性、和谐性的居住环境发展。其中，电梯作为能够为人们出行提供较强便利性的工具，在现阶段城市建设当中有着极其广泛的应用范围。在此背景下，电梯安全防控的重要性日益显现，人们的生命、财产安全与电梯运行质量有着紧密关系，如何为电梯安全防控工作提供保障，促进电梯运行质量，已成为电梯安全管理工作中首要解决的问题。而通过电子信息与电梯安全技术的深层次融合，能够不断优化与完善电梯安全管理中存在的问题，确保电梯可在具有较强安全性与稳定性的环境中运行。

1 电梯控制系统的发展

电梯是在城市人口逐渐集中、高层建筑不断增多的情况下而诞生的，电梯的出现为人们在高层建筑当中的出行与搬运货物间，创造了极为便利的条件。在电梯发展过程中，其相关控制技术历经了继电器、微机单晶片、可编程控制器3个阶段。其中，在继电器控制方面弊端较多，且伴有较高的电梯故障率，可靠性难以得到有效提升，同时该控制方式接线工作复杂性较高、通用性不强。在20世纪80年代，微机单晶片开始逐步在电梯控制系统中得到应用，使电梯控制系统迈入全新发展领域当中，且在日后成为了电梯发展的主要趋势。随后，以微机单晶片为基础的可编程控制系统（programmable logic controller，PLC）问世，该系统与微机单晶片控制系统相同，二者皆具有节能、空间占用小、可靠性强等优势。PLC属于电子信息技术中的一种，主要通过梯形图语言，促使电梯控制操作具有更强地灵活性与便利性，且能够重复使用，自身抗干扰能力也较强，与计算机直接连接，能够为电梯运行提供良好可靠性支撑[1]。

2 电梯检验中主要存有风险

2.1 高空坠落风险

电梯位置处于高层建筑电梯井之内，在电梯检验工作中，缆绳等相关设备的检测工作需要维护人员深入电梯井内部才能开展，甚至需要维护人员在井内攀爬，此项工作也是高空作业中的一种，电梯井空间也相对狭小，稍有不慎便会发生高空坠落事故。另外，为能够对电梯设备实施全方位检验，维护工作人员需在电梯轿顶或不同楼层之间进行检验工作，这也是导致高空坠落风险的主要诱因之一。

2.2 电器伤害风险

不同类型电气设备也会参与到电梯运行当中，且电梯内设置的电气设施较多，故而电梯井内部会存有诸多电缆，相关维护人员若稍有不慎，便极易发生触电等意外事故。电梯主要以金属材料为主，若发生电气设备漏电现象，便会令电梯成为电导体，使维护人员触电发生概率大幅度提升。由于电梯井属于恶劣环境，在电梯经过长时间运行使用后，其内部线路与电气设备便会由于线路老化而出现漏电、短路等问题，此类问题也极易引发触电风险发生。

2.3 电梯安全水平风险

为了有效避免电梯事故的发生，我国近年来对电梯质量把控与设备检修次数不断强化，但每年仍会发生较多的电梯事故。通过对我国电梯事故发生原因的调查分析能够看出，电梯事故引发原因主要分为电梯使用人员对电梯设备操作不当、电梯自身质量问题、违章作业。因此，为能够将电梯故障发生概率降至最低，我国不仅运用电子信息技术针对电梯设备检修效率与质量加以强化，同时也通过电子信息技术提升了电梯安全水平，并且为降低电梯事故发生时对相关人员人身安全所造成的威胁，我国目前也运用了“互联网+”与电子信息化技术构建了应急处理平台[2]。

3 电梯安全中监测系统的硬件与软件系统设计

3.1 设计思路

本文主要以大数据与电子信息技术为基础，结合电梯功能性需求：1）满足政府监管部门需求，本文设计能够针对维保、物业等单位加以有效监督，并对其资质、业绩等工作开展深层次监督管理，使电梯能够具有应急救援处置、报警联动、事故取证等功能。2）满足使用单位需求，通过搭建公共服务平台，对电梯年检、故障、预警等信息加以整合，将电梯故障发生率降至最低，同时在发生安全事故时确保缩短救援时间。3）满足维护需求，通过管理终端为相关工作人员提供电梯运行、故障、维修保养等相关数据，针对电梯与工作人员实行双向监督管理。在满足上述需求基础上，本文进行了电梯远程监控平台（图1）设计。此平台主要以大数据为基础，集综合定位、互联网、物联网（internet of things，IoT）、无线远程通信等电子信息技术于一体，在电梯中增设数据采集器后，将数据传输至互联网，实现电梯运行数据信息收集后，将信息向监控终端进行传递。电梯远程监控系统大数据结构如图2所示。

图1 远程安全监控平台

图2 电梯远程监控系统大数据结构

3.2 硬件设计

硬件主要由可编程控制器、步进电机、传感器等共同构建而成，其中本系统在可编程控制器内部应用过程中，需要确定2个轴线：误差（E）和误差偏差（ΔE），该误差数量是下文软件设计的基础和返回距离之间差异。当前的偏差E为误差值，在循环1次时差（Δt）较短的情况下，可以将其看作是一个误差量（En-1），或称为错误的微小成分（ΔE/Δt）。

3.2.1 可编程控制器

使用三菱电机(中国)有限公司生产的可编程控制器，该控制器能够在计算机通信模式中，将信息数据类型划分为PLC元件读取与交互式信息及PLC写入元件与交互式信息2种。

3.2.2 步进电机及驱动器

使用的步进电机与驱动器可达到远距离目的，为乘客节省乘坐时间，并能准确地定位于地面。步进电动机无论采用PM型、VR型，还是复合型步进电动机，其定子形均采用齿形。这是由于步进电动机按脉冲信号依次激励定子励磁，通过数字电压来调节其旋转速度和旋转方向。从电动机的传动机理来看，如果将它的脉冲激励信号依次传输到A、A+、B+，转子便会被转移到右边（正向转动），反之，如果见序列调转来，转子便会向左边运动（反向）。

3.2.3 传感器

使用穿管器能够通过取样对信号进行输入，随后传送至可编程控制器输入端当中，从而在控制器内部对数据进行运算与处理。

3.3 软件系统设计

在通常情况下，电梯监控系统设计会使用LabVIEW这一软件，该软件能够令电梯系统监测实现人机交互，且相关工作人员也可通过此软件系统针对电梯运作情况进行实时监控。电梯实时监控软件在对数据采集反馈的信息进行处理，能够呈现电梯传感器使用状态与相关数据，随后以传感器使用状态数据为基础，针对正常运作状态数据进行对比分析，从而确保电梯运行状态精准判断。在电梯运行中，若电梯限位开关处于常闭状态，此时电梯门状态反馈信息会表示电梯门处于打开状态，并显示故障状态，由相关工作人员抵达现场察看，避免发生意外。假设电梯运行时，若电梯限位开关位置表示电梯已经在准确楼层停靠，便对其运行状态是否正常进行判断，若电梯处于运行状态，未抵达准确楼层，这并不能表示电梯已经出现故障，若电梯处于停止状态，并检测到电梯并未达到准确楼层，便表明已经出现故障，且无法继续投入使用。

3.4 模块设计

3.4.1 传感器模块设计

在电梯安全监测系统当中，传感器是其重要的基础模块，主要有不同类型功能的传感器共同构建而成，其在电梯运行当中能够对诸多类型数据加以有效检测。若电梯在实际运行当中产生故障导致电梯无法到达准确楼层时，此时电梯使用人员会被困于其中，可通过平层传感器检测电梯准确位置并定位。另外，也可使用专门的传感器检测电梯门，在电梯发生故障时先对内部人员安全加以确认，故而可在电梯当中安装人体红外传感器，对电梯内人员生命体征加以实时监测。在电梯运行过程中，其承载重量也是其主要故障原因，因此可在电梯内部安装压力传感器。

3.4.2 数据传输模块设计

电梯安全监控系统主要以电子信息技术为基础发展而来，在使用时能够产生不同含义的监控信号，此类信号在经过采集传输系统后被输送至电梯安全监控平台当中，此时平台会对电梯实际运行情况加以显示，从而为电梯管理与维修人员处理电梯故障提供极大便利。在通常情况下，电梯运行状态数据采集工作主要是在电梯内完成，但是由于电梯内部空间较为狭小且封闭，故而需要安装小型信息手机装置。同时为确保数据传输设备具有良好的适应能力，能够在不良环境当中平稳运行，对电梯传输模块坚固性、耐用性、紧凑性等方面提出更高要求。另外，由于电梯井主要以金属材料构成，电梯着火时会令电梯井温度出现较大变化，因此需确保数据收集模块具有较强温度适应能力，在通常情况下，在设计电梯安全监控传感数据采集模块过程当中，传感器型号主要以NIWSN3202为主，此模块输入端看属于工业级别，不仅使用寿命较长，且其环境温度变化适应能力也极强，能够在零下四十摄氏度至七十摄氏度之间稳定运作，且在此数据模块当中，各有四个模拟量输入端与数字量输入端，在采集数据时可根据实际电压、开关量等确保设备在5 V至30 V电压范围内平稳运行，并且其信号采集系统能够提供最大1 A的输入电流[3]。

3.4.3 数据接收模块设计

在电梯安全监测系统中可通过数据接收模块对电梯内部传感器数据采集模块反馈的数据信息进行分析，并与内部数据采集模块终端节点之间相互作用。在此过程中，可在IoT的帮助下对电梯监测数据实时接收或发送，通常情况下，主要以NI9795型号数据接收模块为主，在应用此模块的同时，可与最多36个WSN测量节点之间进行共同通信，针对电梯不同阶段监测信号同时采集，将电梯故障实时输出至监控室内，此时监控室故障信号也会发出相应提示，提醒相关工作人员电梯发生故障，此时需工作人员赶到现场针对故障开展维修工作，为电梯运作安全性与稳定性提供有力保障。

4 电子信息技术在电梯安全中的有效应用措施

4.1 大数据分析与应用

大数据为各行业领域发展空间得到大幅度扩展，也令电梯安全管理平台紧跟时代发展步伐，在实际应用过程当中，应对大数据分析功能加以充分运用，在海量数据当中尽可能寻找数据规律，从而形成有效引导[4]。在电子信息技术与电梯安全技术结合过程中，其设计中存在大量数据筛选工作，因此为确保此工作的时效性，在数据筛选过程中应通过专业化方式促使数据加工能力充分满足电梯数据检验需求。针对电梯故障处理时，可运用数据检测提供实时预警，将电梯安全风险与故障发生率降至最低。若确保电梯风险管理工作的有效性，便需要结合电子信息化技术与电梯安全技术所提供的有力支撑与引导，在此过程中，所需数据分析工作较多，如应急救援、故障预警、监督抽查、行政执法、信用评价等。部分数据分析领域能够将所收集的信息在大数据平台中反馈，在此基础上，针对电梯维修开展进一步监管，令工作人员能够及时接收到平台反馈的信息，将电梯实际情况传递至安全检测部门，促使电梯紧急救援系统工作逐步完善。电梯一旦在运作过程中发生安全事故，能够做到在最短时间内进行预警与报警处理，从而降低事故所带来的损失，缩短救援所需时间，将人员伤亡控制在最低限度之内[5]。

4.2 IoT与电梯工程

通过运用IoT，可在二维码与红外传感器辅助下读取信息，且能够促使其他设备具有智能化特征，并带有定位功能，使电梯质量检修审核工作的有效性得到大幅度提升[6]。目前，电梯IoT平台通用基础功能主要包括远程监测、自动报警、远程控制、诊断和维护、系统联动、数据挖掘、报表与决策支持与节能分析等，常见技术包括感器、RFID、嵌入式系统等。电梯IoT平台是通过在电梯轿厢安装的各类传感器节点的数据收集，由无线传感器网络（wireless sensor networks，WSN）将电梯运行信息数据上传至互联网平台分析，得出电梯运行情况，并将结果分为异常和事故2种情况，以实现对电梯的动态监测和控制。并基于对数据的统计分析和处理，在应用端提供决策，将应用数据传达到终端设备产生响应。郭显峰[7]提出了一种基于IoT的电梯运行数据在线监测系统，该系统硬件设计主要包括数据采集模块、通信模块及监测模块设计，软件设计中根据空间运行的电梯状态强化数据监测算法设计力度。该系统具有较高的数据收集合格率及完善的内部结构，监测准确率远远高于传统在线监测系统，可为电梯安全运行提供有力的技术支持。本文通过系统硬件、软件、模块等设计的一套电梯远程安全监控平台同样实现了对电梯运行安全的实时监控，在提高电梯故障解决效率的同时，有效降低了电梯故障伤人概率。

4.3 数据监测与收集注意事项

在对电梯产生数据进行收集与检测过程当中，需要以检验、检查、IoT等方面产生数据为基础，并以电梯安全大数据平台实际建设需求为主，实现自动存储与处理监测数据功能。由于不同环节所设计信息类型存有一定差异，其功能也有不同使用途径，主要以检验数据为常见数据，因此在实际中可通过检验机构所上传数据存入大数据平台，为电梯整体安全数据提供有效参考。另外，在使用电梯过程中传感器也会产出监察数据，此类数据的输入分为自动输入与手动输入，其中手动输入需要相应数据机构的介入才能实现。

5 结语

综上所述，在现代高层建筑中，电梯是主要代步设备，需要对电梯运行安全加以严格控制，从而为电梯乘坐与维修人员生命安全提供保障。若要落实这一目标，便需将电子信息技术与电梯安全技术相结合，针对电梯安全开展实时监测，当电梯故障发生时能够得到及时处理，从而降低电梯安全事故发生概率，确保电梯运作安全性与稳定性。也可在降低后期维护成本的同时，为人们创造良好、安全、舒适的生活环境。