电梯物联网传媒系统

杨雷+林开伟+李泽研+何小虎

摘 要：中国电梯当前的数量最少在四百万台以上，并且每年以10%的速度在不断增长。但全国从事电梯维保行业的人员数量却没有相应增长。根据《特种设备安全监察条例》和电梯的安全技术规范，电梯维保工作对工作人员的综合要求相对较高，同时电梯维保工作具有一定的危险性，所以，培养一个合格的维保人员的过程很漫长，因此电梯维保市场长期处于缺乏维保员的状态。电梯物联网的推出有效解决了这个问题。据统计，安装电梯物联网系统后，可以大大提高维保人员的工作效率，原来一个维保员同时可以维保30台梯，现在可维保40台以上。电梯物联网系统工作，需要移动网络传输数据，并且后台服务器也需要一定的费用，安装电梯物联网系统后还需要按月缴纳维护费，由于该维护费相对较高，实际情况是，安装完电梯物联网后，很多物业和维保公司都不愿意出服务费，这就导致之前的电梯物联网都没能持续发展下去。因此，需要设计一种功能完善但维护成本低的电梯物联网系统。

关键词：电梯物联网;物联网传媒系统;ZigBee;DTU;电力线技术

中图分类号：TP273          文献标识码：A                文章编号：2095-1302（2015）09-00-04

0  引  言

随着中国房地产的迅速发展和高楼层建筑的不断涌现，电梯的需求数量也越来越多，因此，电梯和我们的日常生活结合的越来越紧密。电梯的使用程度很高，几乎是一天二十四小时持续运行，因此设备需定期做保养，否则极容易出现事故。由于电梯属于特种设备，对其维保的要求自然也会比较特别。根据《特种设备安全监察条例》和相关电梯的安全技术规范，电梯的维保工作，对相关人员的综合要求比较高。

近些年，电梯维保公司越来越多，彼此间为了拿到保单，竞争异常激烈。很多维保公司都是通过压缩维保成本的方式跟对手竞争，因此目前电梯维保费用越来越低。据统计，十年前一台居民楼电梯每月的维保费用普遍在六百元人民币以上，然而在十年后物价上涨的今天，电梯的维保费不仅没有增加，反倒降到300元人民币以下。试想现在的人力成本如此高，维保费却这么低，维保公司为了能够获取相应利润，要么就增加每个维保员维保的电梯数量，要么降低电梯维保的质量，再或者就是欺骗物业，原本还没到使用年限的电梯部件，用质量差的提前更换掉，这样会进一步增加电梯事故的概率。

电梯维保员维保的电梯数太多，会带来以下几个问题。首先，《特种设备安全监察条例》规定，每台电梯每14天需要保养一次，每次保养时间不小于两小时，维保员忙不过来，维保工作就没法认真执行，这就给今后电梯出现事故留下隐患。其次，由于每个维保员负责的电梯数量太多，导致维保区域变大，一旦电梯出现事故，抢险时间势必会被延长，往往一个小的事故最终会变成无法挽救的灾难。最后，电梯属于特种设备，一般人对其都不了解。很多维保公司为了获取利润，经常更换电梯尚未到达工作年限的部件，而且会用质量差的部件欺骗业主，这又增加了电梯事故的概率。为了解决上述问题，我们设计了电梯物联网系统，安装物联网系统后，物业、维保人员及质监局可在电梯出现事故前对其进行预防。安装电梯物联网系统后，维保人员平时无需去现场，在家里通过网络即可观测电梯的运行情况，到更换时会通知物业、维保及质监局。同时《电梯星辰物联网平台》也会给出各个型号的电梯部件的市场价格作为参照。

电梯物联网运行也需要维护成本，相比而言，之前的电梯物联网系统服务费相对较高。很多地方的业主认为维保的费用应由物业承担，但短时间内，有些物业还没感觉到电梯物联网的好处，因此不愿意出服务费。传统的电梯物联网系统最终都因为没人愿意出服务费而无法安装。电梯星辰物联网的最大优势就是系统成本和后期服务费比其他物联网系统低很多，这在很大程度上使电梯物联网系统能长期被使用。

1  传统电梯物联网传媒系统

1.1  传统电梯物联网传媒系统架构

传统的电梯物联网系统我们称之为单节点电梯物联网，单结点电梯物联网系统架构基本由电梯信息采集器、网络连接设备、云服务器、应用软件组成。

对于图1所示架构的电梯物联网传媒系统，每台电梯都是一个独立的网络接入点。该系统的优点就是系统运行稳定性高、传输数据量大、数据传输速率快、单台物联网系统故障不会影响其他电梯物联网系统的使用等。虽然单结点电梯物联网系统有着诸多优点，但这种电梯物联网传媒系统架构的缺点也很明显，比如说该系统的硬件成本很高，每台电梯都需要配一张SIM卡和一个移动网络设备。同样是1 000台电梯加装物联网系统，该系统的硬件成本、移动网服务费、网络服务器运营成本等都高很多。

图1  单结点电梯物联网系统架构图

1.2  传统电梯物联网传媒系统存在的缺点

传统电梯物联网传媒系统主要存在以下缺点：

（1）传统电梯物联网系统主要是以单栋楼、单台梯为单元的电梯网络监控系统，并未将各种信息通过网络平台实现电梯原厂、质监局、物业及维保公司之间的共享;

（2）一般每台电梯都需要一个移动上网设备，每个移动设备需要一张SIM卡，因此设备的硬件成本和移动网服务费都比较高;

（3）物联网服务器费用比较高，在传统电梯物联网系统中，每台电梯都是一个入网设备，因此一万台电梯装上物联网系统就需要支撑一万个接入点的服务器。但是电梯的运行数据量比较小，这种方式对服务器资源的利用不是很合理;

（4）当电梯物联网需要更新公告时，需要以每台电梯为单位挨个更新，同样是更新一个小区的公告信息，传统物联网传媒系统要花费更多时间;

（5）通常，传统电梯物联网无法显示电梯的运行状态等信息，仅仅播放一些广告，支持一些简单的报警信息。

1.3  传统电梯物联网传媒系统组件

传统电梯物联网传媒系统组件见表1所列。

表1  传统电梯物联网传媒系统组件

小区有50台电梯 组件名称 数    量

1 SIM卡月租费 50张SIM卡的月租费用

2 上网设备 50台上网设备

3 服务器费用 支持50台接入点的服务器容量

4 SIM卡流量费 50张SIM卡的流量费

2  电梯星辰物联网系统

电梯星辰物联网系统是新设计的一种电梯物联网系统，该系统最大的特点是以小区为单元，采用ZigBee技术实现无线局域网组网，先将小区所有电梯组成一个局域网。局域网中，由一个网关负责收集小区其他电梯的数据，其他电梯作为结点。网关再通过DTU（Data Transfer Unit）设备，将这些数据上传至物联网后台服务器。

2.1  星辰物联网系统架构

目前DTU设备价格是非常贵的，大约在500元人民币左右，并且在当前中国市场上，一般SIM卡都是按月收月租费的，对DTU来说，它传送数据的带宽主要取决于SIM卡的带宽。经过计算，一个DTU在SIM卡套餐选择合适的情况下可同时传送多达50台电梯的运行参数。因此给传统电梯物联网系统每个结点配一个DTU设备的应用对资源是一种浪费。

为了解决传统电梯物联网系统存在的成本高、维护不方便等问题，我们设计了一种电梯物联网系统，该电梯物联网系统采用小区组网的方式，先将小区各电梯的数据采集器（结点）通过ZigBee（无线射频）技术组成一个局域网。该局域网由一台设备收集所有结点的信息，这个设备称为网关，然后网关将整个小区电梯的运行数据通过DTU发送到网络服务器。这种架构的电梯物联网系统，每个小区可能只需要一台DTU设备和一张SIM卡，硬件成本上降低了很多。新的电梯物联网系统在安装时以小区为单位，安装过程比传统电梯物联网系统简单，这就是电梯星辰物联网。其系统架构如图2所示。

图2  电梯星辰物联网系统架构

2.2  星辰物联网系统优点

2.2.1  电梯星辰物联网广播公告

当前的建筑以高层居多，去年国家要求六层及以上的建筑必须加装电梯，因此电梯的数量今后将越来越多。并且当前大多数公共场所的建筑都安装了电梯，这给我们的生活带来了极大的便利。电梯就像地铁、公交一样，已经和我们的生活密不可分。

电梯星辰物联网显示器通过WiFi、电力线等方式，可以和电梯物联网后台服务器连接，因此，可以利用电梯轿厢传播信息。比如，小区物业或者政府需要给居民发公告，可通过电梯轿厢的物联网显示器通知业主。再比如，在一个大商场里，如果你急着要找一个人，商场物业也可利用电梯轿厢发送寻人公告。电梯星辰物联网显示器的内容如图3所示。

图3  电梯星辰物联网显示器的显示内容

2.2.2  电梯星辰物联网系统组件

电梯星辰物联网系统组件如表2所列。

表2  电梯星辰物联网系统组件

小区50台电梯 组件名称 数量

1 SIM卡月租费 1张卡的月租费用

2 上网设备 1台上网设备

3 服务器费用 支持1台接入点的服务器容量

4 SIM卡流量费 1张SIM卡的流量费

2.2.3  电梯星辰物联网的显示内容

当前市场上电梯物联网系统大概可分为两种，第一种，所谓的电梯物联网其实就是电梯远程监控系统，可通过网络对电梯进行远程监控，但这种系统成本都很高，且后期都因高昂的服务费而发展不下去。第二种，电梯物联网仅仅是一个广告播放器，显示器上仅增加了语音对讲和一些简单的安抚功能而已。这种物联网广告显示内容单一，除了广告几乎没什么其他的作用。并且该类型电梯物联网传媒系统和第一种物联网系统一样，都面临硬件成本高、服务器费用高、流量费高和月租费高等问题。

而电梯星辰物联网系统可通过低成本方式实现上述物联网系统的所有功能，同时多媒体显示器也可显示电梯的运行状态、当前的天气状况、时间和新闻资讯等信息。如图4所示。

图4  电梯物联网状态显示

2.2.4  电梯物联网数据流量

和其他电梯物联网系统相比，电梯星辰物联网系统最大的优点就是有效利用了数据流量。通常情况下，电梯物联网发送给后台服务器的数据量相对较小，据统计，在物联网平台对一台电梯进行实时监控时，每秒产生的数据约为200b/s。如果DTU采用心跳包机制，在不监控电梯时几乎没有流量产生。我们通过对宏电H7210的2G版DTU做带宽测试，该网络设备上下行的实测数据为35 Kb/s左右，计算下来，用一台DTU设备（H7210）同时对50台电梯监控，传输速率基本可满足需求。即便电梯物联网采用了多媒体显示器，因该信息以图片为主，图片的数据量较小，一般每幅图片只有几十KB，而且图片几周才更新一次，因此电梯星辰物联网系统仍然满足要求。

3  关键技术分析

3.1  ZigBee无线技术

ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。ZigBee是一种可靠性高的无线数传网络，类似于CDMA和GSM网络。ZigBee数传模块类似于移动网络基站。通讯距离从标准的75米到几百米、几公里，并且支持无限扩展。ZigBee是一个由可多到65 000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，在整个网络范围内，每个ZigBee网络数传模块之间可以相互通信，并且每个结点均可支持中继器功能。

ZigBee 射频产品工作在IEEE802.15.4 的PHY 上，其频段是免费开放的，分别为2.4 GHz（全球）、915 MHz（美国）和868 MHz（欧洲）。各频段的传输速率如图5所示。

图5  ZigBee 射频电梯物联网系统各频段的传输速率

由图5可以知道，在电梯物联网系统中为各结点的通讯选择2.4 GHz的ZigBee方案，结点之间通讯的波特率最大为250 Kb/s。

前面已经提到，当一个小区有50台电梯，先通过局域网组网技术，将所有电梯数据汇总到网关，再通过网关将数据传送给网络平台。当网络平台对其所有电梯监控时，需要的传输速率不超过35 Kb/s。因此采用ZigBee无线技术实现小区电梯局域网组网，从数据传输速率上讲是满足的。

电梯机房一般都在楼顶，每台电梯的监控结点一般都安装在机房，同一个小区，楼的高度、距离以及建筑风格有可能都不一致，这会使得无线信号的传输遇到衰减。ZigBee模块目前加了信号放大器后，最大传输距离可达到一公里以上，再加上ZigBee的每个结点都支持中继功能，当两栋楼由于距离远而无法通讯时，可在建筑中间增加中继器。因此从传输距离上讲，ZigBee无线技术用在电梯物联网中也是很合适的。

3.2  电力线载波通信技术

电力线载波通信（Power Line Communication，PLC）是利用高压电力线（通常情况下是指35 kV及以上电压等级）、中压电力线（指10 kV电压等级）或低压配电线（380/220 V）用户线作为信息传输媒介，通过载波的方式将模拟或者数字信号在电力线上进行高速传输的一种特殊通信方式。

电力线载波通讯方式最大的优点就是通讯直接利用现有电力线，无需重新布线，可以节约线缆的成本和布线浪费的人力成本。尤其是对一些特殊行业，接线环境很恶略，重新布线非常困难，如煤矿里面增加的通讯设备，此时如果重新布线，实现起来是非常困难的，而且成本也会很高。同时，电力线载波通讯的理论传输距离非常远，并且传输速率很高。

上文讲过，电梯星辰物联网广告显示器是安装在电梯轿厢里面，然而广告数据是从机房传输下来的。图6为电梯控制系统框图，想实现广告数据从机房到轿厢的传输，方法只有两种：要么在电梯井道中安装无线传输设备，要么就在机房和井道中重新布信号线。这两种方式都需要耗费大量的人工成本，并且外部的硬件成本也比较高。然而电梯系统要求，每台电梯的井道中都需要布置AC 220 V电力线做井道照明用，因此电梯机房到轿厢的广告数据传输采用电力线载波通讯最合适不过。采用电力线载波通讯技术，即可利用当前电梯井道的资源，并且安装要方便许多。

4  结  语

电梯物联网可将电梯的信息共享给物业、维保、电梯厂以及质监局，这些单位可在电梯出问题的第一时间得到故障信息，甚至可通过电梯物联网平台防患于未然，在电梯发生故障前将事故避免。由于电梯行业比较特殊，物业觉得既然他们出了维保费，电梯就不应该有问题，即便出了问题也应由维保公司承担。但当前电梯维保行业竞争太激烈，导致各个维保公司都通过降低维保费用的方式去争得保单，他们的心态是享受电梯物联网带来的便利是应该，这个功能的费用不应该由他们承担，也不愿意出电梯物联网的服务费。电梯星辰物联网系统拥有其他物联网系统的所有功能，同时，该系统硬件成本和维护费用也比其他电梯物联网系统低很多。

参考文献

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