电梯物联网故障识别方法专利技术研究与应用
贾小爱1陈玉军2黄莹莹3樊晓翠2
（1.河南中盛物联网有限公司，河南 郑州 450001；2.郑州春泉节能股份有限公司，河南 郑州 450001；3.河南工业大学，河南 郑州 450001）
摘 要： 目前，基于电梯物联网故障识别的技术方案主要是通过外加的各种传感器采集电梯运行状态及故障信息，获取的数据信息有限，且故障误报率高，给电梯相关人员造成很大的困扰。本专利技术通过直接采集电梯主板内的电梯运行状态及故障信息，并根据故障信息、急停信号和锁梯信号的逻辑组合，自动识别电梯是否发生停梯故障，故障信息真实有效，可靠性高，误报率低。
关键词： 电梯；物联网；监测；故障
1 研究背景
随着社会和城镇化的加速发展，电梯已成为高层建筑物中必备的“交通”工具［1］。截至2017年底，我国电梯总量达562.7万台，占特种设备总量的43.4%［2］。电梯在给人们带来便利的同时，也存在着较大的安全隐患，电梯安全问题已经成为备受关注的社会问题。目前，传统的电梯安全管理方式已经暴露出很多问题，如电梯安全“先天不足”、维保不到位、使用管理不善、老龄化电梯更新改造大修资金难落实等问题尤为突出［3］。因此，可将物联网应用于电梯领域，改变传统的人工管理和按次维保模式，实现对电梯运行状态及故障信息的实时监测，并对运行状态大数据进行统计分析，为电梯安全管理提供数据依据。
物联网作为构建经济社会发展新模式和重塑国家长期竞争力的先导领域，已被我国确立为国家重点发展的战略性新兴产业［4］。电梯物联网已经受到国家的重点关注，国家也出台了相应标准和政策。2019年5月，国家市场监管总局特种设备局颁发了《关于进一步做好改进电梯维护保养模式和调整电梯检验检测方式试点工作的指导意见（征求意见稿）》公开征求意见［5］。该意见明确指出，鼓励推广电梯装设具备条件的基于物联网的远程监测系统，由维保单位通过实时线上检查和监测维护，通过先进信息化技术措施，采取科学有效的维护保养，最大程度地保障电梯安全运行。2017年发布实施的《电梯、自动扶梯和自动人行道物联网的技术规范》（GB/T 24476—2017）［4］，对电梯、自动扶梯和自动人行道物联网的技术规范进行统一，是引导电梯物联网的推进和发展纲领性技术文件。
本文主要针对降低故障误报率、降低故障率、提高电梯安全性目标，进行了故障识别方法专利技术研究。通过安装在电梯现场的智能采集设备实时监测电梯运行状态及故障信息，当识别停梯故障后，通过短信或其他方式第一时间自动报警，提高故障响应时效。云端根据采集的电梯运行状态及故障信息的大数据进行统计分析，可进一步实现电梯故障诊断预警，变被动服务为主动检修，提前预防，提高电梯的安全性，降低故障率。
2 智能采集设备设计
当前的电梯物联网数据采集主要是通过外加传感器实现的，存在故障误报率高、安装复杂、维护成本高、数据不可靠等问题。本专利技术是结合电梯主板的通信接口研究出一种智能采集设备，采集电梯内部的运行数据，真实反映电梯的运行状态，故障信息采集准确可靠、反馈及时，安装使用方便，有效提高了电梯运行的安全性。
智能采集设备的系统结构如图1所示。其主要包括主控模块、存储模块、有线通信模块、无线通信模块、电源模块、485/232通信接口模块和输入、输出接口模块。
同时，还能自动识别停梯故障是否解除，即电梯是否恢复正常运行。
图1 智能采集设备系统结构图
智能采集设备实时采集电梯主板内故障区的故障码d和对应的故障发生时间t。故障码和故障发生时间为电梯的故障信息。
3 电梯物联网故障识别方法专利技术研究
电梯物联网除了监测电梯运行情况外，还能够识别故障信息，自动报警，及时维修解困。为了解决当前电梯物联网存在的问题，通过对电梯物联网故障识别进行研究，发明了一种有效、准确、可靠的电梯物联网故障识别方法，申请发明专利2项，其中一项发明专利“一种电梯物联网故障识别方法（ZL201810108533.X）”已于2019年5月授权并取得了发明证书，另外一项发明专利已受理。
从图2可知，当t＜T时，则判定电梯没有发生新的故障，不更新存储区的故障信息；当t=T且d=D时，则判定电梯没有发生新的故障，不更新存储区的故障信息；当t=T且d≠D时，则判定电梯发生新的故障，将采集的故障信息更新到存储区中；当t＞T时，则判定电梯发生新的故障，将采集的故障信息更新到存储区中。
3.1 电梯故障识别方法
由于电梯主板内部故障区的故障信息一直存在，除非人为清除，否则每次采集都能够采集到故障信息。接下来介绍一种识别是否为新故障信息的专利技术方法。
其中，485/232通信接口模块与电梯主板连接，用于获取电梯运行状态的数据，实时采集电梯主板内部信息。总线接口模块用于与外接传感器相连接，获取外接传感器的数据信息，如机房温度传感器、湿度传感器、人体感应传感器等，用于扩展补充电梯主板内部没有的数据信息，实现对电梯运行情况的全方位监测。设备提供了两种通信模块，即无线和有线，用于上传采集的信息。存储模块包括EEPROM存储模块或SD卡，用于存储设备地址信息和电梯运行的备份数据。主控模块负责对采集的数据进行逻辑处理，识别电梯故障信息。
本文设计的智能采集设备以及故障识别方法专利技术已经在多个项目电梯上实施应用。通过如图4所示的智能采集设备，对电梯运行情况进行实时监测、识别故障并自动报警，同时将故障信息实时上传到云平台，对故障信息进行记录，并在第一时间发送短信或借助客户端APP推送报警消息，提高故障响应时效。
图2 电梯故障识别方法流程
此外，还有研究提出了涉及血脂异常及脂毒性的重要机制，BOBULESCU等[27]认为血脂异常致肾脏近端小管内脂肪酸增多产生脂毒性，肾脏中氨的合成与分泌减少，造成尿液pH值下降。TORRICELL等[28]的研究则认为血脂异常通过影响尿液成分，如高胆固醇导致尿中钾离子及钙离子升高，高甘油三酯导致尿中草酸盐及尿酸浓度增高，造成尿液pH值下降。而尿酸在酸性环境中的溶解度降低，析出沉淀增多，容易形成尿酸结晶，进而不断聚集形成尿酸结石。
通过采集电梯运行状态及故障信息，并根据其中的故障信息、急停信号和锁梯信号的逻辑组合，自动识别电梯发生的故障是否为停梯故障，停梯故障识别流程如图3所示。
3.2 停梯故障识别方法
电梯上报的新故障信息不一定都是停梯故障，其中包含一些预警信息（没有导致电梯停止运行的故障信息），因此，需要准确识别停梯故障，进行精准报警，减少对用户的骚扰，节省报警资源。针对这些问题，进行了专利技术研究，于2019年4月申请了发明专利。
当判定为新发生的故障信息，则进行存储和上传，非新发生的故障信息直接过滤。
第一、教育扶贫。“通过教育扶贫脱贫一批”。将所有建档立卡贫困户家庭中有就读高中、中专、大学的子女纳入补助范围，对在内地上学的大学生第一次的交通费进行补助，绝不让一个贫困家庭学生因贫失学。笔者所在的学校就有皮山县的大学生在享受此类补助。目前贫困户家庭的大学生每年可以得到1 500元的地方补助。
图3 停梯故障识别方法流程
4 应用实践
故障码d和对应的故障发生时间t依次与存储区的故障码D和故障发生时间T进行比对［1］，流程如图3所示。
洱海流域碳储量4047584 t，其中：有林地碳储量3530807 t，占总碳储量的87.23%；疏林地碳储量7107 t，占总碳储量的0.18%；灌木林地碳储量461546 t，占总碳储量的11.40%；散生木碳储量22828 t，占总碳储量的0.56%；四旁树碳储量25296 t，占总碳储量的0.63%。详见表1。
（8）昨晚那六十两银子，原恐怕他乔腔，就要拿出见物来买告，见他有个体面，不好当面亵渎。（明·西周生《醒世姻缘传》第14回）
有效运用智能化技术，可以使电气设备在运作的过程当中得到更好的监管，确保电气设备能够始终保持稳定运行的状态。在使用相应的电气设备前，工作人员一定要对其进行认真的调试，这样做主要是为了在最大限度上避免电气设备在后续运作的过程中出现严重错误，降低安全事故出现的频率。通过应用智能化技术，相关的工作人员就能够进行远程的调试，且调试的方向也会更加的明确，以此确保电气设备可以一直正常的运行。
图4 智能采集设备
故障识别方法专利技术的应用，有效解决了故障误报问题，并能准确区分停梯故障和非停梯故障，效果显著。
5 结语
本技术是通过直接采集电梯主板内部电梯运行数据获取电梯运行状态及故障信息，针对电梯主板内部存储数据的规律，设计了识别电梯新发生故障的方法和停梯故障识别方法的流程，并申请了2项发明专利，其中一项已经授权。智能采集设备结合云端以及用户终端，组成电梯物联网监测系统，实现“物联网+维保+安全”的新型维护模式，大大提高了电梯运行的安全性。同时，为电梯安全监督管理部门实行“双随机、一公开”监管［6］工作机制提供了应用方案和技术支撑。运用大数据、物联网等信息技术，建立以故障率、使用寿命为主要指标的电梯质量安全评价体系，推进电梯全生命周期质量安全追溯体系的建立［7］。
参考文献：
［1］杨东，贾小爱.一种电梯物联网故障识别方法：201810108533.X［P］.2018-02-02.
［2］国家市场监督管理总局.关于2017年全国特种设备安全状况情况的通报［EB/OL］.（2018-04-02）［2019-05-20］.http://tzsbaqjcj.aqsiq.gov.cn/zxzx/201804/t20180423_515539.htm.
［3］王丽丽.物联网安全体系和防范措施研究［J］.自动化技术与应用，2016（4）：56-59.
［4］国家质检总局，国家标准委员会.电梯、自动扶梯和自动人行道物联网的技术规范：GB/T 24476—2017.北京：中国标准出版社，2017.
［5］市场监管总局特种设备局.市场监管总局特种设备局关于《关于进一步做好改进电梯维护保养模式和调整电梯检验检测方式试点工作的指导意见（征求意见稿）》［EB/OL］.（2019-05-20）［2019-05-20］.http://www.saic.gov.cn/hd/zjdc/201905/t20190523_296681.html.
［6］国务院.国务院关于在市场监管领域全面推行部门联合“双随机、一公开”监管的意见［EB/OL］.（2019-02-15）［2019-05-20］.http://www.gov.cn/zhengce/content/2019-02/15/content_5365945.htm.
［7］国务院办公厅.国务院办公厅关于加强电梯质量安全工作的意见［EB/OL］.（2018-02-09）［2019-05-20］.http://www.gov.cn/zhengce/content/2018-02/09/content_5265380.htm.
Research and Application of Patent Technology for Fault Identification Method of Elevator Internet of Things
JIA Xiaoai1CHENYunjun2HUANGYingying3FANXiaocui2
（1.Henan Zhongsheng Internet of Things Co.,Ltd.，Zhengzhou Henan 450001；2.Zhengzhou Chunquan Energy-saving Co.,Ltd.，Zhengzhou Henan 450001；3.Henan University of Technology，Zhengzhou Henan 450001）
Abstract: At present,the technical scheme of fault identification based on theelevator Internet of Things mainly is to collect the elevators state information and fault information through various additional sensors.The limited data obtained and the high false alarm rate caused great troubles to the elevator related personnel.The patented technology can automatically identify whether the elevator has stopped by collecting the elevator running status and fault information directly in the elevator motherboard,and according to the logical combination of fault information,emergency stop signal and lock signal,thefault information isreal and effective,high reliability and low false alarmrate.
Keywords: elevator；internet of things；monitoring；fault
中图分类号： TP277
文献标识码： A
文章编号： 1003-5168（2019）17-0047-03
收稿日期： 2019-05-22
基金项目： 河南省市场监督管理局2019年度NQI科技攻关项目。
作者简介： 贾小爱（1984—），女，硕士，中级工程师，研究方向：电梯物联网监测及故障诊断。
标签：电梯论文; 物联网论文; 监测论文; 故障论文; 河南中盛物联网有限公司论文; 郑州春泉节能股份有限公司论文; 河南工业大学论文;