无线射频电子识别技术在电梯安全管理系统中的应用

2023-06-04张兴钰

黑龙江科学 2023年8期

张兴钰

(之江实验室,杭州 311100)

电梯设计结构复杂,运行速度慢,运行安全隐患多,故障原因难以分析。分析了无线射频电子识别技术在电梯安全管理系统中的应用,以解决管理局限性、效率低和可靠性差等问题。无线射频电子识别技术(Radio-frequencyelectronicidentificationtechnology,RFID)是一种新型的身份识别技术,其原理是将具有特殊识别功能的信息存储在射频器件中,与计算机进行通信[1]。这种标签可存储大量信息,包括电话号码、数字和图像,还可与管理系统联网。本系统利用RFID射频无线通信技术,实现了电梯安全管理系统的稳定运行,更好地保护公共财产,提升社会效益[2]。

1 基于无线射频电子识别技术的电梯安全管理系统

1.1 系统总体框架及运行流程

基于无线射频电子识别技术的电梯安全管理系统总体框架如图1所示。

图1 系统总体框架图Fig.1 General framework of the system

系统主要涉及装有信息卡的电梯、使用人员、维保公司和质监局等方面,运行流程如图2所示。

图2 运行流程图Fig.2 Operation process

1.2 内业部分

1.2.1 数据传输模块

电梯安全管理系统的数据传输模块主要由TCP数据包自动转发服务(NPS)、服务器网络交换与缓存、硬件总线、网络交换机等组成。通过局域网内的GPRS网络与数据库连接,控制TCP/IP协议与主机之间的数据通信。为保证响应速度和数据传输质量,需保证数据采集速率达到10 Mbps～1 Gbps,网络接口能够实现3G、4G等通信频段。为完成任务,带宽必须达到2G、3G及以上频段,如果频率太低会出现断线或断电现象,故本系统采用2.5 GHz频率来传输数据[3]。

1.2.2 自动控制单元

为应对复杂多变的电梯运行工况,设计了自动控制单元,包括电梯门控制单元和电梯楼层面板控制室两部分。电梯门开关时需确定开启方向和楼层,设置好开关速度、负载等关键运行参数的阈值。例如,想要测量电梯门的宽度,需确定宽度与时间,即在电梯门关上后需要多少时间才能达到所需的宽度。自动控制单元可在手机客户端APP或远程服务器上连接相应的系统,获得电梯门开关的过程参数和电梯楼层面板设置情况,根据实际情况调节开关速度及时间。

1.2.3 通信协议控制模块

采用TI公司的DBN协议栈,其具有多种功能,可对数据库数据进行实时分析,将数据导入计算机,及时获取电梯运行状态,防止数据丢失。将数据从计算机传输到远程服务器,再由远程服务器向中心服务器发送数据,避免信息丢失。通过系统中的TCP/IP协议栈来对通信模块进行远程控制,通过RFID技术发送协议及通信信息。

1.3 外业部分

1.3.1 信息采集模块

信息采集模块以RFID射频电子标签为核心,配合数据采集终端,其中RFID标签数据信息分配如表1所示。

表1 RFID标签数据信息分配Tab.1 Distribution of RFID label data information

电梯信息采集模块利用STM32芯片(单片机)来实现对电梯轿厢工作状态信号的读取,利用RFID射频电子标签采集轿厢内的其他相关数据。RFID读写器能够通过RFID射频电子标签将传感器采集的电梯运行数据发送到数据采集终端,再由数据采集终端上传到用户端设备,形成信息采集闭环。

1.3.2 现场传感器模块

现场传感器模块主要包括感应器和执行器。传感模块由RFID读写器、LED灯和若干个传感器组成,通常集成在电梯主机与电梯门及轿厢内部的感应器内,可实现对电梯门磁、轿厢振动、电梯门温度、门压力等信息的采集。传感器包括光线传感器、红外传感器、温度传感器等,用于采集电梯轿厢内部数据。LED主要用于显示信息采集模块的运行状态,通常为长暗状态,当信息采集模块出现故障时,由长暗转变为红色闪烁状态。

1.3.3 电梯数据库管理模块

数据库管理模块能够通过RFID标签实现对电梯关键信息的保存、修改、下载、打印报表等功能,RFID标签数据表如表2所示。

表2 RFID标签数据表Tab.2 Data sheet of RFID label

2 电梯安全管理系统主要功能及应用优势

2.1 主要功能

2.1.1 构建电子监管系统

应用基于无线射频电子识别技术的电梯安全管理系统,能够通过RFID标签实现电梯运行数据信息的集成,具有较强的通信能力,将其整合成网络化电梯安全管理体系,仅需监控网格内电梯安全管理子系统上传的电梯运行数据即可,能够建立统一、完善的电梯安全管理标准,根据电梯运行数据预防电梯事故。

2.1.2 后台显示功能

后台显示功能由自动控制单元来实现,可直观查看电梯运行信息,及时、准确地掌握电梯运行情况。后台支持3种方式:①远程短信预警方式。②根据终端报警方式直接发送短信预警信号。③对报警信号进行分析并给出具体处理建议。

各功能模块分为3个层次:①显示故障报警功能,即显示电梯安全运行信息,如故障时间、故障位置及故障频率等。②显示故障报警方式,包括故障原因、电梯速度及功率等。③显示故障排除方式和故障情况,包括故障发生时间、故障部位大小及故障情况次数等。

后台显示功能是将电梯故障问题前置化处理的重要方式,实际应用中可配合建立维修人员反馈机制,与故障报警形成完整的修复闭环,有效降低电梯故障率。

2.1.3 电梯数据库接口功能

电梯安全管理系统运行过程中会采集较多数据,当电梯使用次数较多时,重读数据会成为限制运行速度的冗余。电梯数据库接口功能可利用系统开放的接口将冗余数据导出数据库,实现跨系统数据传输,避免数据不兼容等问题,具体功能如下:将电梯运行轨迹信息传递给管理中心,将电梯内部实时状态数据传送到监控中心,再以报表形式上传到终端用户手机上,通过使用者终端设备可直接查看电梯状态参数图表等。

2.2 应用优势

安全性高。电梯安全控制系统以基于硬件的密码算法为基础,能够实现对电梯信息的实时、准确、有效识别。当系统接收到数据采集模块和现场传感模块上传的运行数据后,进行分析,按照数据标签类型分类,分别上传到不同数据库中,以保证上传信息的安全性。若电梯发生安全事件,及时进行信息提取与分析,再将提取出的信息反馈至现场维护人员。

通信速率快。电梯安全控制系统采用2.4 GHz无线传输标准,传输速率达到15 Mbps,通信协议模块使用频率最高为15 MHz,频率越高,通信速率越快。该标准频段属于UHF频段,所以在使用无线传输系统时对UHF频段进行覆盖处理并不影响正常工作,通信速率可达1 Mbps。此外,通信协议控制模块采用TI公司的DBN协议栈,能够对系统网络频段进行合理配置,满足低辐射、高安全可靠性、通信速率快的要求。