基于物联网的扶梯卡簧监控装置制作

张习舟，刘富海，冯冠君，许铭康，谢 桔，严乐乐

（杭州职业技术学院，浙江 杭州 310018）

电扶梯是我们目前城市化生活中随处可见的运载工具，遍布在人员聚集的各类公共场所，我国的电扶梯保有量、使用量也在世界上位居前列。然而因电扶梯运行故障而引发的扶梯坠落、方向突然逆转、机械部件挤压、与物体碰撞形成剪切力等事故给使用者带来的危险也让人触目惊心，严重威胁了人民的出行安全。文章通过简单分析电梯的自身结构与大体的事故类型，介绍卡簧这一主要零件在电扶梯中的关键位置，并来论证制作与安装卡簧监控装置的必要性。通过具体介绍卡簧监控装置制作的总体结构设计、电路部分、机械部分以及物联网APP测试功能，简单分析该装置如何通过物联网技术，实现对于电扶梯动态运行的监控预警、实时数据传输与提前风险评估，进一步提高设备运行水准，最大限度地通过技术手段来缓解施工人员的工作压力，良好地掌控电扶梯运行状况。

1 电扶梯的基本构造与事故频发类型分析

电扶梯主要由前端驱动主机进行动力供应，并有适宜大小的前端机房空间包含着电气设备，为驱动主机的正常运作提供足够的空间条件。从外观上主要可以看到中间梯级与两边平行护栏，中间梯级属于板式设备，同时护栏上遍布着与梯级运作保持同步的扶手系统，这属于带式设备。以上部件的支撑都是由大量金属结构来完成，运作时由驱动主机带动着无数条牵引链和梯级开始动力工作，电梯梯级踏板也都保持水平状态，极大地提高了乘坐人员的舒适度。为了防止乘坐人员在登上和离开电扶梯时被卷入机械设备中，电梯的出入口位置上还被放置了前沿板，也叫作层站，同时衔接处也安装了一定倾斜度的梳齿板，与梯级上的踏面梳齿彼此啮合，极大限度地隔离人与机械设备的接触，这些设计都让乘坐人员可以安全的踏上或离开电梯梯级，使用中间梯路。

目前我国对于电梯的监控还只停留在对于运行状态进行简单监控的程度，大部分的事故发生都不能提前进行有效防控和预警，只能在事故发生以后进行弥补干预，安全隐患无法扼杀于摇篮之中。同时即使事故已经带来了人员伤害，也很难及时有专业人员前往现场进行补救，无法立刻将电扶梯停电来停止其运行。所以，事先有效防控，及时掌控电梯运行数据，打破“监而不控”的局面，十分必要。

电扶梯的危险事故发生也有许多种案例：①电扶梯坠落，占事故的15%；②运行中发生的逆转，占事故的9%；③与物体发生碰撞、剪切，占事故的15%；④机械部件之间的间隙产生的挤压，占事故的43%；⑤跌倒，占事故的9%；⑥管理不善造成的其他事故，占事故的9%。纵观这些触目惊心的事故发生，极大部分是由于电梯自身部件出现老旧、破损、松动等导致的运转不灵，故障突然发生，为人民的人身安全带来了极大的威胁。而在这些零部件中，卡簧则属于主要部件，也叫卡环或扣圈，属于紧固件的一种，供装在电扶梯设备的轴槽或孔槽中，起着阻止轴上或孔上的零件轴向运动的作用，在电扶梯上使用频率十分庞大，同时由于卡簧松动、脱落而造成的事故也占比巨大，应该说保证了电梯中卡簧的正常安装，就可以避免80%因机械设备故障而引发的事故，可以极大程度地提高运行安全度。

2 电扶梯卡簧监控装置整体设计

由于电扶梯中卡簧数量十分庞大，而且正常卡簧脱落检查时间一般是每半个月一次，所以对于卡簧的安全检查工作十分繁琐、重复且机械。同时在每次维修保护作业时都需要停止整个自动电扶梯的工作，再开始漫长的检查环节，这对电梯的正常使用也带来了很大的不便利性，运用传统方式的检查手段也因此缺少了时效性。每次开始检查作业时，维保工人还需要进入自动扶梯的下机舱内部，自行携带手电筒进行照明，作业条件不佳，由于卡簧数目巨大，检查工作繁琐，人为疏忽所带来的漏检情况也时有发生，这无疑又在某种程度上加大了电扶梯事故发生的频率。所以针对这些问题设计并制作了专门针对电扶梯卡簧的监控装置，以下为相关设计思路。

2.1 总体结构设计

总体结构设计见图1。

图1总体结构设计

首先通过监控设备，实时监控电扶梯中的卡簧装置，并连接特殊的单片机，根据特定算法，分析监控设备所传来的信号数据，对卡簧的实时状态进行判断。如果判断为卡簧未脱落状态，则将指令发送至激光发射器处，进行信号发射，并利用红外线激光传感器，安装在下游牵引链条和梯级轴处进行信号接收，接收到信号，便可以保持正常运作的状态，电扶梯继续正常运行，下游接收板也继续接收信号，并将信息传回至监控设备和单片机数据判断系统，继续检测卡簧的运行状态。

如果单片机接收到数据，并判断卡簧此时为脱落状态，将会同步开启一下三种应对手段：①立刻将信息传送至报警系统，报警灯亮起，同时电扶梯停止运作，禁止人员继续使用；②将卡簧脱落的数据信息及时传送至消控室，此时在消控室的维保员工将接收到信息指令，立刻前往现场进行人为干预和电扶梯维修；③将卡簧脱落的状态实时传送至无线设备联网服务器，并将信息上传至云服务器，经过数据分析处理后，发送至维保员工手机APP中对于员工进行有效提醒，这样可以避免维保员工在外出时，对于电扶梯的监控疏漏，远程便可以监控到电扶梯的运行状态。

2.2 电路部分设计

本装置的主要控制系统选择了特殊单片机作为主控制器，电梯运行时，装置系统也开始启动运作，特殊单片机会对实时信号进行数据采集，通过红外激光传感器来实现，对采集的数据进行分析、判断，将判断结果通过转换电路变成电压，最终再依靠物联网模块将信息传送至云端服务器，而后云端服务器将实现远程管控，实时数据被发送至维保员工手机客户端，信息便这样传递到人，加入了人为干预和联系。其中控制器主控芯片电路及红外接收电路如图2、图3所示。

图2控制器主控芯片电路

图3红外接收电路

2.3 机械部分设计

上述调节电路装置被固定在扶梯桁架上的底座，采用紧固螺栓进行位置固定，并加入强力磁铁紧固装置减小震动，同时底部还设计了减震橡胶垫的安装，极大程度地减少以上调节装置因电扶梯运行而带来的震动偏差。调节电路装置还配备了位置调节装置滑块，通过光滑的圆柱导轨来实现位置对标移动，找到合适位置时，再拧紧滑块上的紧固螺栓进行位置固定，同时为了更加准确地对电扶梯卡簧信息进行采集，装置上还增加设计了角度微调装置，进行采集角度的调节，增加装置角度调节灵活性。其相应结构图如图4所示。

图4位置调节装置整体俯视图

3 结语

如今物联网技术的发展已经日新月异，在借助传感器的基础上，并加入图像识别技术，并通过互联网的手段，可以实现对数据的有效准确采集、研究分析和状态评估。本装置则是充分利用了物联网技术的功能，同时加以巧妙的电路设计和机械设计，有效监控到电扶梯上的卡簧状态，及时判断是否松动，并将结果及时通过云服务器发送至维保人员，对电扶梯的正常运营起到了有效的安全监控、维护协助作用。如果将此装置进行推广，则还可以实现分散的电扶梯集中远程管理效果，有效缓解维保人员维修不便捷、不及时、不准确等问题，为人们的安全出行生活保驾护航。