物联网控制技术在自动扶梯清洁技术中的应用探析

刘富海 冯冠君 缪小锋 于振坤

（杭州职业技术学院，浙江 杭州310000）

由于国家现代化建设的速度不断提升，公共基础设施建设规模逐渐扩大，在各类商超、地铁机场等建筑中都广泛使用自动扶梯。自动扶梯在为乘客与货物的运输便利，也会有很多问题，清洁保养就是其中之一。通过采用物联网技术中对自动扶梯数据信息进行采集，实时监测扶梯内部灰尘层度，发送至主控平台，完成智能化监控和管理，实现自动扶梯的“按需维保”。

1 我国自动扶梯清洁的现状及研究背景

由于公共基础设施建设规模逐渐扩大，自动扶梯数量急剧增加，相关的维保人员极度匮乏。传统自动扶梯梯级清理的方式是将全部拆卸后用铲子、刷子去清扫扶梯，耗时耗力，且对仅有的劳动力造成了束缚。而且，传统清洁存在安全隐患，传统清洁方式效率低下。例如，上海“梦之龙事件中，清洁工人被扶梯夹腿呆滞截肢”的事故[1]，即为每次清理时需要将全部桁架以上的梯级进行拆除，再到桁架内部进行清理，效率非常低下且不安全。加上自动扶梯管理部门对维保清洁精力投入不足，异物积累增加扶梯故障率，运行风险突显。

2 物联网技术支持下自动扶梯清洁系统的设计

根据《TSG T5002-2017 电梯维护保养规则》中自动扶梯维保的相关内容，进行产品的方案设计规划，最终经过与企业专家讨论得出最终设计预案。本系统主要分三部分，如图1 所示：每月清扫一次的梯级弧面清洁、梯级面清洁和每年必须清洁一次的桁架底部清洁。以下分别从这三方面进行详述制作基本思路。

2.1 方案。梯级弧面清洁：装置由电机、电机底座、行程开关、开关触发面、电磁锁、伸缩杆、钢丝绳、弹簧、毛刷、合页、刷毛支架、轮支架、PU橡胶轮以及相应的电控单元组成。当扶梯梯级向下运动时，电机控制电路接通，电磁锁接通，锁舌收回，电机旋转，带动四根钢丝绳以及弹簧释放压缩能，同时将梯级弧面清扫装置放下，电机停止（通过单片机控制旋转时间）。

图1 自动扶梯清洁系统的结构图

毛刷部分采用多段式合页连接，可以使弧形毛刷刚好与梯级弧面部分相贴合，以便更加全面高效的清洁梯级弧面。装置下面安装有PU 橡胶轮，在梯级的运动过程中为装置提供了一个运动的力，而由于伸缩杆和弹簧组成的套筒，为装置固定了向上的运动方向。因此梯级运动带动了装置朝上运动。当装置处于初始位置（弹簧释放完能量，不被压缩），在释放能量复位这一过程中，装置开始对梯级弧面进行第一次清扫。当扶梯下行时，返回侧梯级向上运动梯级弧面带动装置做向上运动（弹簧开始压缩蓄能），与此同时毛刷开始向上清理梯级弧面梳齿灰尘污物（二次清扫）。当该梯级通过后，在弹簧以及装置的重力影响下，装置回弹至初始位置的过程中（弹簧释放能量），毛刷开始清扫下一个梯级弧面，当装置被向上顶起时，进行二次清扫动作。以此往复（参考发动机曲轴运动）。当电梯停止或上行运动时，电机反转，电磁锁锁舌释放，装置回收过程中，先是锁舌将伸缩杆卡住锁死，防止装置下落造成安全隐患。当毛刷支架连接板碰到行程开关触发面打掉开关，电机停止旋转[3]。如图2 所示，梯级弧面清洁的结构图。

图2 梯级弧面清洁的结构图

梯级面清洁：主要采用滚筒的设计理念，滚筒周围为长毛刷，安装在下机舱盖板处。将固定座底部增设竖向弹簧伸缩装置，在弹性伸缩装置前部且向下方向的机体内梯级为清洁结构，清洁结构的清洁部分被固定在弹性伸缩装置上并与踢板相配合接触，由于梯级的运行动作，踢板带动清洁部分向上方移动，完成踢板外部表面的清洁。当一个梯级移动过后，清洁部分被弹性伸缩装置拉回，完成与下一个梯级的配合接触，反复动作实现了对所有梯级的清洁。

桁架底部清洁：设计一个类似于梯级的装置，可以代替梯级安装在梯级轨道上，装置底部为长毛刷可以刷到桁架底部。桁架脚踢踏板的清洁部分主要由转轴与滚筒组成。滚筒部分有滚筒部分与滚筒部分附带的毛刷机构，滚筒部分被固定在转轴上方，转轴左右两端转动配合在弹性伸缩装置上。情节部分使用滚动清洁的模式，滚筒被固定在转轴上并且和踢板外部表面相接触，扶梯的梯级的运行带动滚筒向上方移动，滚筒向上方移动的过程中同时滚动，完成对踢板的清洁。滚筒的左右两端还配备有轮盘，轮盘被固定在转轴上，轮盘的面积介于滚筒的截面积和滚筒部分截面积之间，在滚筒左右两端的轮盘减少了踢板带动滚筒上移过程中的阻力，从而使得清洁部分的运行更为流畅。而踢板和滚筒配合接触是，踢板将毛刷进行压缩直至和轮盘完成配合接触，再由轮盘完成对滚筒的带动。

2.2 关键技术。自动智能控制技术。在桁架底部均匀布置多处红外对射传感器，将红外对射传感器采集到的数据进行数据处理和发送，即通过物联网模块将设备编号以及灰尘的厚度的相关信息上传到服务器，维保员工可以通过手机APP 或者网页查看自己负责的每台设备的相关信息，主控制器和手机移动终端进行数据处理，即和标准数据（提前做好标定的数据）进行对比分析，当数据超过一定的阈值，手机像来电一样进行报警，同时窗口弹出需要处理自动扶梯编号及位置信息。反馈到控制终端，终端再发出指令控制各部件的运动，以实现智能化的自动清洁的功能。嵌入式控制系统对灰尘程度以及油污程度实时上传的数据进行分析和向各个运动部件发出动作指令，并实现各运动部件之间的协调关系。其关键技术如下所示：采集灰尘程度以及油污程度信号数据；主处理器数据分析；相应信号数据处理算法；发送指令数据至网络端；监测执行端完成情况。物联网控制技术。利用先进的计算机技术、网络通讯技术，无线局域网技术，传感器技术等，在自动扶梯智能清洁装置上加入远程控制、监控功能，可通过APP 软件对观看当前和历史状态，并可控制装置实现清洁以及去除油污等功能。即：远程控制软件的代码编写；物联网系统的搭建；数据采集加密上传；控制信号传输；执行机构动作方式[4]。传感器技术。主要为红外线对射传感器的使用。作为收集数据的一个重要途径。通过红外线发射端到达信号接收端的完整率，以反馈至主控制器进行处理，即传感器灵敏度的调节和传感器的最佳位置。

图3

3 结论

我国当前使用的自动扶梯主要为人工清洁，人工清洁存在着作业耗时长，作业难的问题。而物联网控制下的自动扶梯清洁系统具有布置简单，耗时少，准确度高的有点，可以在短时间内对扶梯进行清洁，具有较大的应用价值。随着城市化建设，电梯行业发展迅速，全国电梯数量的激增与电梯维保人员的匮乏，这将大大抑制电梯行业发展的劲头，物联网控制支持的扶梯自动清洁装置，有助于增加电扶梯、自动人行道维保效率，且我国电梯保养量巨大，具有广阔市场。