扶梯智能预警及故障诊断系统的应用

扶梯智能预警及故障诊断系统的应用

程丽飞 ,胡朝霞  ,徐朋朋   ,仲海忠

奥的斯机电电梯有限公司     浙江省杭州市   310000   

摘要：“万物互联”的盛况正在走向我们每个人的生活，物联网、大数据、智能控制、远程操控、智慧城市、智慧车站等需求也越来越多，扶梯智能预警及故障诊断系统正好填补了扶梯行业的这块空白。

关键词：自动扶梯；智能预警；故障诊断；物联网；远程监控；

引言

所谓扶梯智能预警及故障诊断系统是基于物联网技术并结合大数据分析，将分析诊断出的结果第一时间通过人间界面以及手机APP端呈现告警，并将所有数据进行统计分析提供一套合理报表输出，为运营管理人员提供计划。并为当前扶梯的按时维保走向按需维保提供强有力的数据及理论基础。

1扶梯智能预警及故障诊断系统的架构

在实际使用过程中自动扶梯会分散布置在不同地点，以某个城市的地铁线路为例，每个车站都会布置数量不等的自动扶梯，为了让扶梯能够实现综合管理并能够有效的收集数据，首先需要数据进行传输，基于实际情况需求，需要先建立一个服务器，并在每个地铁站设立车站级交换机，每台扶梯的数据通过有线或者无线的方式传输到对应车站的站级交换机，车站级交换机通过高速光纤与服务器进行连接连接。具体结构图如图1所示：

图1 扶梯智能预警及故障诊断系统的架构示意图

2方案介绍

2.1总统方案介绍

扶梯物联网智能预警系统，除了从扶梯控制器获取相关信息外，还需要外加振动传感器、位移传感器、接近式开关、温度传感器、电流传感器等检测元器件，并将扶梯控制器和传感器的数据在边缘计算处理器上采集汇总，采用以太网通讯方式发送至服务器，在服务器上进行软件部署，然后对数据进行分析、处理、存储，对扶梯的关键部件异常预警，通过车站终端显示及手机APP实现智能管理的一整套解决方案。

2.2产品介绍

扶梯的机械部件多处于机坑桁架内，主要的驱动负荷运动部件为电动机、减速想、主驱动轮、梯级链涨紧轮、扶手带等。这些部件是扶梯运行中驱动负荷量较大的核心部件，故障后影响运营和乘客安全。

电动机、减速箱、主驱动轮、梯级链涨紧轮属于旋转驱动载荷部件，磨损和故障多发生在轴承上。这些轴承只有在自动扶梯大修时才能进行拆装检查和更换，在平时的检查中，只能通过人工的方式进行故障检查，主要检查手段是听和看。由于地铁客流量日益加大，自动扶梯的运载负荷持续增加，虽然在自动扶梯采购时对运载负荷量进行了要求，但扶梯长期处于满负荷运行，轴承磨损加重了扶梯故障率和安全隐患，部分扶梯在大修之前处于带病运行状态而不易被发现。

对自动扶梯故障进行分析，扶梯电动机、减速箱、主驱动轮、梯级链涨紧轮等动力部件的故障主要发生在轴承上，这些部件的运动属于旋转机械，可以采用旋转机械故障智能诊断监测的方法，对轴承进行在线监测，其原理是通过对轴承运动过程中振动信号的采集，对信号进行模数转换，用计算机对信号进行运算处理，提取故障特征信号，达到对轴承故障的智能诊断监测。

在线监测系统除对故障类型可以进行分析外，还可以通过设备运行振动频率和噪音的频响和频率的变化，分析部件的故障趋势，提出故障预警，可以使维修部门有效的安排维修时间和周期。

在电动机轴承、减速箱轴承、主机底座、主驱动轮轴承、梯级链涨紧轮轴承的轴承座或固定端安装加速度振动传感器，在涨紧架处安装位移传感器，在扶手带处安装温度传感器，在控制柜内安装电流传感器，并在扶梯上基仓现场安装边缘计算处理器，对采集的信号进行边缘计算及信号转换和网络传输，供系统进行故障分析和状态监测。

传感器安装牢固可靠，采用螺纹连接，能够保证该连接在振动环境下长时间运行不松动，其安装方式使用寿命不小于 10 年，且安装位置便于维保更换。

2.3传感器分布

通过在相关部件上安装传感器以及对信号进行分析，当设备发生异常时提前做出预警，主要涉及的传感器分布如下图2所示：

图2传感器分布示意图

以上传感器布置于电机、减速箱壳体、主机底座、主驱动轮轴承、梯级涨紧轮轴承、扶手带位置、控制柜内等，通过对这些设备的振动、位移和温度的实时变化情况进行分析处理，可以对异常情况进行预警输出，传感器具体要求见下表（以双主机自动扶梯为例）：

2.4设备智能预警功能

该系统可对自动扶梯的常见故障进行智能诊断、预警并给出故障原因。该系统可以分析诊断设备的典型故障，包括：电机异常故障（不平衡、不对中、电机轴承异常）；减速箱故障（断齿、咬合、润滑油异常），主机地脚螺栓松动故障、轴承故障（内圈磨损、外圈磨损、保持架损坏）、扶手带温度超标、制动距离超标、梯级链条拉长异常等等。在管理系统中，可将已有的故障案例进行审核、整理并录入到系统中，便于以后将发生的设备故障和案例库中的设备故障进行对比、参考。

3 UI软件功能

扶梯物联网智能预警系统将软件部署在服务器中，通过数据采集、分析、处理，实现远程智能预警管理系统。本系统可以实现以下功能:

3.1展示功能

线路或项目综合分布图展示:主要涉及项目总体概况、设备整体分布情况、设备总体运行状态、设备总体健康情况等；

枢纽设备分布图展示:主要涉及各个枢纽电、扶梯的具体分布，枢纽电、扶梯的当前运行状态及设备健康情况；

单台设备展示:主要包含单台设备的具体信息（运行状态、设备健康情况、各个部件及传感器的实时状态），当前及历史运行情况；本台设备的维保情况和召修情况。

3.2报警功能

实时报警、预警信息展示:枢纽设备展示界面上突显实时报警、预警信息；单台设备展示界面突显设备实时报警、预警情况，并展现当前的处理进度。

历史报警、预警信息展示:枢纽设备展示界面及单台设备展示界面能够清晰的反映本枢纽或设备的历史报警及预警情况及整体趋势；在事件记录界面能够通过时间、扶梯、报警及预警类型输出相应的报表；

3.3智能预诊断

智能预诊断展示:实时显示每个传感器的输出状态，并以趋势图的形式展示；当发生预警时能够指导判断哪个方面有可能存在问题，并通过本软件或手机APP的方式进行闭环反馈预警的准确性，统计预警的分布及准确率。

信号比对分析:可以通过扶梯、传感器位置、时间、运行状态等相关参数对不同扶梯及不同位置传感器进行信号比对分析。

3.4智能管理

维保管理:展示维保记录及维保计划，并统计维保是否按时进行。

召修管理:根据不同的故障智能推送至维修等相关人员实现远程智能召修；展示当前召修情况及召修处理进度，并统计召修历史记录及完成情况。

单台设备报告：展示设备运行情况，故障及预警情况，维保及召修情况类似于设备的体检报告。

3.5数据统计

对设备的运行时间，故障分布，预警情况分布，关键指标（产品可靠性，故障的修复时间）进行统计并可以输出相应报表。

3.6手机APP

手机APP为手机移动预警平台软件，同时适用于Android和IOS系统，需要满足以下功能：

与客户端人机界面软件相兼容；

具备设备查找、状态监测、运行状态、阶段报告；

具备维保、召修管理；

手机APP可以在一般智能手机安装；

4扶梯智能预警及故障诊断系统的优势

扶梯智能预警及故障诊断系统是基于关键部件上增加传感器，并对传感器的数据进行分析处理，并基于物联网技术可以使系统不断升级完善，通过UI及手机APP可以对扶梯进行集中远程管理和控制，为后续的按需维保提供有效的理论及数据支持。

结语

我国自动扶梯的使用总量呈逐年上升趋势，这在一定程度上促进了城市建设的现代化发展，智慧城市、智慧车站是将各个行业进行综合管理，扶梯的智能预警及故障诊断系统可以与智慧城市和智慧车站无缝连接，是其中不可或缺的一部分。

参考文献：

[1]GB 16899-2011《自动扶梯和自动人行道的制造与安装安全规范》

[2]GB T 24476-2017 《电梯、自动扶梯和自动人行道物联网的技术规范》

[3]T_CEA 701-2019 《基于物联网的电梯、自动扶梯和自动人行道监测系统的通用要求》