物联网技术在电梯故障预警方面的研究

高常进 孙书成 王寅凯 黄 健

（天津市特种设备监督检验技术研究院 天津 300192）

2014年1月初，国家质检总局出台《关于进一步加强电梯安全工作的意见》，对电梯的安全管理责任进行了界定，明确了电梯使用管理的责任主体，提倡利用安防技术，如基于物联网的远程视频监控系统保障电梯安全。这一举措，推进了全国电梯物联网建设进程。各地纷纷出台相关政策措施，将电梯安全管理纳入法律规范的范围之内。

电梯物联网工程响应国家“智慧城市”的物联网发展战略，推进了关联物联网产业链发展[1]。此项目的实施能够从很大程度上防止电梯重特大事故的发生；较大程度地降低电梯故障发生概率，提升故障处理率，从而提升公共安全；能有效提高电梯信息化管理水平，为政府做出科学性决策提供有力支撑。

电梯物联网通过提升电梯的安全运行水平，为电梯管理、维保节约资本，提高工作效率。此项目的开展对推动电梯物联网科技产业发展，构建安全和谐社会[2]，保障人民的利益起到重要作用。电梯故障预警是电梯物联网应用的一个方面，本文对当前电梯物联网在故障预警方面的研究现状进行总结，并对电梯故障预警的未来发展进行了展望。

1 物联网技术在电梯故障预警方面的研究现状

物联网在电梯行业的研究与应用主要集中在在线监控和故障预警方面，在线监控系统能提供全方位的电梯监控管理方案，在电梯故障发生时通过智能报警系统及时通知救援机构，最大限度地减少伤亡。故障预警既可以作为电梯监控系统的一部分，也可以单独看作电梯物联网应用的一个方面，它是从更深层次监管电梯，通过定期对电梯健康状况进行评估，预判电梯故障发生概率，在事故发生前告知使用单位和监管单位，提前做出应对，防患于未然。

1.1 电梯关键部件自监测实现故障预警

电梯故障预警一方面可以通过电梯关键部件的自监测来实现，GB 7588—2003《电梯制造与安装安全规范》第1号修改单明确指出，“在使用驱动主机制动器的情况下，自监测包括对机械装置正确提起（或释放）的验证和（或）对制动力的验证。对于采用对机械装置正确提起（或释放）验证和对制动力验证的，制动力自监测的周期不应大于15天；对于仅采用对机械装置正确提起（或释放）验证的，则在定期维护保养时应检测制动力；对于仅采用对制动力验证的，则制动力自监测周期不应大于24h。”[3]电梯关键部件的自监测能从电梯的实时运行数据中反映其健康状态，对故障预警具有重要指导意义。这项国家标准层面上的规定也体现了政府对电梯故障预警工作的重视。

1.2 对电梯运行数据挖掘实现故障预警

对电梯运行数据的挖掘是电梯故障预警研究与应用的前沿。电梯物联网技术随着对电梯运行数据采集方式的变化而不断深入发展。基于数据采集方式的不同可以将当前主流的产品分为以下两类。

●1.2.1 传感器采集运行数据进行分析预警

该类产品又可以分为两种，第一种是监控报警型，通过在井道、轿厢加装传感器的方式采集电梯运行基础信息，在监控到电梯故障状态时报警，其代表性产品和主要特点见表1。

此种产品的主要功能在于为使用方提供全方位的监控和电梯检验维保管理。通过在监控中心内接收到现场即时回传的电梯运行信息，掌握每一台电梯的运行状态，帮助使用方及时发现并排除故障。同时，还能对故障信息进行统计分析，预知可能性故障问题。

第二种产品则是通过加装传感器的方式采集电梯轿厢、曳引机、钢丝绳等的运行状态数据，根据电梯本身的运行状态来直接预警。如济南某测控技术有限公司开发的恩易电梯安全远程监控预警系统，通过传感器采集轿厢和钢丝绳的振动数据，根据电梯事故之前轿厢和钢丝绳的异常振动状态来评判预警；山东省某射频识别工程技术有限公司研发的电梯运行监视预警系统，通过加装传感器、建立实时对讲系统以及监控报警平台来解决电梯运行中的故障预警、及时救援问题；石家庄某制动器股份有限公司研发的制动器在线监测系统，通过在制动器上安装传感器的方式，对制动闸瓦的磨损情况、制动器的开闸和释放时间以及同步性进行监测，在制动瓦磨损到极限尺寸前进行报警，提醒更换制动瓦。这种产品由于误判率较高或者适用性不强等诸多因素并未能大规模推广应用。

表1 监控报警型产品

●1.2.2 电梯主控板采集数据进行分析预警

该产品现主要由电梯厂家或者电梯控制系统主板提供商来完成。对于一些大型电梯厂商，目前已经开展了与物联网公司合作的研究工作，如华为公司提出的电梯物联网解决方案，通过实时采集电梯的运行数据，对电梯数据进行仿真，同时结合云端大数据分析平台，全面掌握电梯各部件的“健康指数”，以达到预知电梯故障，及早进行维护保养的目的。目前，该方案已经得到迅达、蒂森等国际电梯厂商的认可，并开始应用到一些新产品中；百度云与康力电梯合作共建百度天工电梯物联网方案，采用百度云大数据和机器学习技术，通过对电梯历史数据进行分析，实现电梯故障预测，确定电梯零部件更换时间。同时还能提供预测性维保服务，使得维保人员可以在电梯故障发生之前，提前规划维保需求，尽可能保证电梯的正常运行。作为国内自主品牌电梯控制系统的主要供应商，默纳克、新时达、蓝光等也纷纷开展了相应的研究，建立了自己的物联网平台，运用大数据分析技术为电梯厂商提供解决方案。该类产品现已逐渐进入市面，并占有一定市场份额，但电梯主要的核心运行信息仍为各电梯厂商所独有，并未形成统一的监管模式。

以上两类产品分别是物联网企业和电梯厂商响应国家政策支持的产物。现今在国家层面标准缺乏的基础上，地方标准成为决定物联网技术在电梯方面应用的风向标。从最初北京颁布的地标DB11/T 948—2013《电梯运行安全监测信息管理系统技术规范》来看，电梯物联网技术的应用主要集中在在线监控，这类产品符合政府监管的要求，因此发展也较快。随着电梯安全问题越来越突出，简单的在线监控报警已经不能满足社会的需求，故障预警逐渐受到重视，各企业和电梯厂商也纷纷开展了研究。最初，企业层面的研究大都从电梯系统的外围进行，所做的研究和分析往往是通过采集轿厢和钢丝绳的振动数据进行统计分析预警，产品却因不同电梯使用环境的差异不能达到统一适用性。在新的形势下，电梯厂商和电梯控制系统供应商加大了对故障预警的研究，运用物联网技术，通过大数据挖掘的手段实现电梯的安全管理。

2 物联网技术在电梯故障预警方面存在的问题

运用物联网的手段管理电梯，其目的不仅在于政府能有效监管特种设备，而且在于能更有效减少事故发生率，保障人民生命财产安全。当前，各企业开展的电梯物联网工程均在如火如荼地进行，但综合来看，这些项目大都具有以下特征：“只监不管”，即在监控到事故发生时能及时报警[4]，却不能提前预知事故的发生，起不到预警的效果。这类项目表面上达到了政府监管的要求，但本质上根本满足不了减少伤亡的最终目的。

2.1 电梯运行数据的难以挖掘阻碍故障预警发展

电梯物联网技术受限于对电梯内部运行数据的挖掘而发展缓慢，这里所说“数据挖掘”的难度并不在技术上，而是由电梯行业内部技术的封闭所决定。据某物联网公司的研发人员介绍，当前的技术水平已经足够进行有效的数据挖掘，但他们苦于无法得到相关数据信息，相关工作无法深入进行。现在兴起的各大电梯厂商的电梯运行监测平台已逐渐开始应用，但电梯运行的核心数据只掌握在厂家自己手中，并未对外开放，这才造成了现在的局面。物联网企业和电梯厂家只有加大合作，发挥各自的优势，才能实现共赢。

2.2 电梯物联网标准缺失阻碍故障预警发展

当前也是未来迫切需要解决的难题就是电梯物联网运行监控的标准化问题[5]。作为战略性新兴高技术产业的一部分，电梯物联网技术想要实现全面推广，服务民生，尚有许多难题需要解决。标准体系的建立正是面临的首要难题。没有统一的标准，在线监控将成为空谈，故障预警更无从谈起。

标准先行，是利用物联网技术建设智慧城市的重要思路与原则，在城市电梯物联网安全监控领域也同样发挥着先导作用[6]。当前电梯物联网应用标准化的重点工作应集中在采集终端的功能、性能、接口标准，网络传输通信协议标准、应用服务标准等急需标准上[7]。只有形成了统一的规范，后续工作才能更加深入开展。希望政府监管部门加大与电梯企业协同合作，建立属于我们国家的电梯物联网。

3 物联网技术在电梯故障预警方面的发展前景和趋势

物联网标准的缺失被认为是阻碍物联网在中国快速发展的关键因素。在电梯物联网这个新兴产业崛起的过程中，产业链中的每个环节必然都会成为商家争夺的主战场。而决定这场战争结局的，不是一时的用户规模，甚至也不是高精尖的技术，而是标准统一的电梯物联平台[8]。没有统一的国家及行业标准，很多电梯生产企业和物联网企业闭门自锁，采用私有通讯协议，导致不同厂家的系统和方案无法互通，阻碍了电梯物联网的进一步发展。未来电梯物联网的发展必然需要各电梯生产企业协同合作，构建标准统一的服务平台，开发更多更开放的平台功能。

质检总局关于印发《质检总局2016年电梯安全攻坚战工作方案》中明确指出，要多措并举，运用大数据技术提升电梯应急能力和监管效能，以多种模式推进电梯应急处置平台建设，加强电梯故障数据统计分析和风险监测预警，运用物联网技术试点建设电梯综合信息服务平台；推动电梯立法，完善法规标准体系，在借鉴国际先进标准基础上，打造适应中国国情的最为严格的电梯安全法规标准体系。这对于电梯行业既是机遇又是挑战。当前，电梯物联网的技术研究已经进入瓶颈期，问题和方向也越来越明朗，传感器获取数据的方式已经很成熟，实现的功能却非常有限，也很难再取得突破。电梯的故障预警必然需要电梯厂家更多地参与、合作来实现。

电梯物联网的标准化进程是个漫长的过程，笔者在寄希望于国家政策尽快出台的同时也应该加紧探索促进其颁布。电梯物联网本身的价值并不仅仅是将电梯、电脑、手机等连接在一起，它的价值更体现在这背后对数据的处理、挖掘和利用，这就需要各方共同努力，各司其职，充分发挥自己的优势，为构建电梯安全监管尽一份力。

4 结论

电梯物联网市场广，发展迅速，但也经历了最初的火爆到现在逐渐趋于平静的状态。作为我国战略性新兴产业的重要组成部分，其在电梯故障预警方面只是一个小的应用。现阶段我国电梯的故障预警还只是停留在报警和统计故障信息进行风险分析预警，想要达到实际的预警效果仍有很漫长的路要走。在电梯物联网标准尚未出台的情况下，只有不断研究，摸索具有一致性的规律，总结可推广、可复制的经验，为推动全国电梯安全监管提供示范和支撑，才能不断推动电梯物联网的标准化进程，才能在未来的市场竞争中占据更有利地位。

[1]庆光蔚，王会芳. 智慧城市电梯物联网应用标准化实践与探索[J]. 标准科学，2014，51(10)：15-18.

[2]蔡琛，张学忠. 物联网技术助力电梯维保检验监管[J].物联网技术，2015，5(03): 80-81.

[3]GB 7588—2003 电梯制造与安装安全规范第1号修改单[S].

[4]许多. 电梯的故障监测技术及应用[J]. 产业与科技论坛，2012，7(08)：102-103.

[5]郑松鹤，朱海云，刘鸣，等. 电梯物联网技术的应用[J]. 电脑与电信，2014，20(04)：54- 56.

[6]杨锋，任雪佳，邢立强，等. 智慧城市标准化发展研究[J]. 中国经贸导刊，2014，21 (17)：4-9.

[7]王玉梅，孙民，张锦奎，等. 物联网在我国电梯行业的应用与发展分析[J]. 市场周刊(理论研究)，2012，35(12)：27-28.

[8]赵经纬. 物联网何时由政府主导迈向市场驱动?[J].通信世界，2011，13(16)：16.