基于物联网技术的电梯远程监控与故障诊断系统研究

引言

随着信息技术的发展，通过信息化的手段实现电梯监管的需要越来越迫切。电梯物联网智慧监管系统是大数据、AI（人工智能）、物联网等新一代信息技术的综合运用，体现了21 世纪最先进的生产力，是发展安全型城市的新兴动力。但是，目前电梯存在数量多、老龄化严重、人流密集、维保不透明、缺乏联动抓手等情况。通过该系统，可以扩大电梯物联网覆盖率，深化构建电梯安全风险监测感知网络和风险预警体系，确保电梯安全“全方位监测、全时段预警、全要素处置”，从而实现电梯质量安全源头治理和社会共治，使得隐患排查整治成效明显。

1 系统设计架构

系统整体框架组成：（1）数据采集模块，负责实时获取电梯运行的关键状态数据，通过安装在电梯关键部位的多种传感器，该模块不断监测电梯的物理和操作状态，捕捉可能影响电梯安全与效能的数据。（2）数据传输模块，通过现代无线通信技术，将这些从传感器收集到的数据发送到云平台。（3）故障诊断模块，是系统的决策中心，它集成了复杂的数据分析和机器学习算法，对云平台接收到的数据进行深入分析。通过设定的算法模型，该模块能识别数据中的异常模式，预测潜在的故障，并在问题成为实际故障前向维护团队发出预警。通过这三个模块的协同工作，系统不仅能实现对电梯运行状态的全面监控，还能在故障发生之前进行有效的干预，从而确保电梯运营的连续性与乘客安全。

2 基于物联网技术的电梯远程监控与故障诊断系统研究

2.1 物联网在电梯安全监控系统中的数据处理

物联网在电梯安全监控系统中的数据处理起着十分重要的作用。数据采集是基础。物联网通过在电梯各个关键部位部署传感器，如轿厢内的压力传感器、机房的温度传感器等，获取大量的原始数据。这些数据包含了电梯运行的各种参数，如速度、加速度、载重等。然后是数据传输。利用网络技术，如 Wi-Fi、ZigBee 或 4G/5G 等，将采集到的数据传输到数据处理中心。在传输过程中，要确保数据的完整性和准确性，防止数据丢失或被篡改。到达数据处理中心后，对数据进行清洗。去除其中的噪声数据和错误数据，例如由于传感器故障偶然产生的异常值。接着进行数据的分析，通过建立数学模型，如基于统计分析的模型或者机器学习模型。通过对历史速度数据的分析，预测电梯速度的变化趋势。还可以进行数据的融合，将来自不同传感器的数据进行综合分析，如结合轿厢的载重数据和曳引机的扭矩数据，更全面地评估电梯的运行状态。将处理后的数据进行存储，以便后续查询和分析，为电梯的安全监控、维护管理等提供数据支持。

2.2 智慧维保系统

维保公司负责维保电梯的数据可视化统计。智慧维保系统包含电梯统计、应急救援进展、维修救援工时统计和月度维保次数统计四大分区。电梯统计是对于当前维保公司维保电梯的待接单、进行中的救援故障工单、临期和逾期的年检管理、待保养和逾期的保养工单、待审核和未过审的保养计划、临期和进行中的合同数量的数据统计显示。应急救援进展是对于电梯最近的故障、救援工单的滚动展示。维修救援工时统计是当前维保公司最近半年执行电梯故障、救援工单的工时统计。月度维保次数统计是对当前维保公司最近半年完成电梯维保次数的数据统计。

2.3 故障诊断模块

故障诊断模块利用复杂的数据分析和机器学习算法，深入分析采集到的电梯运行数据，以识别和预测潜在的故障。该模块结合了传统的信号处理技术和先进的数据分析方法，实现了电梯故障的早期发现和精确诊断。通过这种转换，模块能更清晰地分析电梯运行过程中的振动频率，这对于早期检测诸如轴承损坏或平衡问题等常规故障非常有效。同时，还运用支持向量机（SVM）、随机森林（Random Forest）和神经网络（Neural Networks），从大量的历史和实时数据中学习并识别故障模式。其中，SVM 通过构建一个分类超平面，帮助模块区分正常操作状态与异常状态的数据点；随机森林通过构建多个决策树并输出最常见的分类结果，能有效地处理大量的输入变量，并提高故障预测的准确性；神经网络通过学习大量历史和实时数据中的模式，可识别复杂的故障模式和趋势。在处理数据方面，通过优化算法和硬件性能，故障检测的响应时间平均为

3s，以确保系统的实时反应能力。通过这种方式，故障诊断模块不仅能够准确地识别当前的故障状态，还能预测未来可能发生的故障，大大提高维护效率和电梯安全性。

2.4 系统集成与测试

系统集成从硬件和软件的基本组装开始，硬件集成包括传感器的正确安装、数据处理单元的配置以及通信设备的联网。软件集成则涉及在数据处理单元上安装操作系统和应用程序，包括实时数据处理软件和机器学习分析平台。确保所有组件的正确配合是此阶段的首要任务。系统测试过程分为多个阶段，首先是单元测试，确保每个独立模块按预定功能正常运行，然后进行模块间接口测试，确保数据能够无损地在各模块间传递，接着进行系统测试，测试模拟多种电梯运行场景，从正常操作到各种预设的故障情况，如电梯卡门、速度异常等，以验证系统的响应能力和故障诊断准确性。期间，还进行负载、压力测试，模拟电梯在高负载和极端运行条件下的表现，确保系统在运行中的稳定性和可靠性。性能测试可评估系统处理大量数据时的效率，确保实时监控和故障诊断的及时性。测试的数据结果通过多次重复测试收集而成，涵盖了从正常运行状态到各类故障状态的各种指标，包括响应时间、故障检测准确率和系统稳定性等。

2.5 智慧维保系统

维保公司负责维保电梯的数据可视化统计。智慧维保系统包含电梯统计、应急救援进展、维修救援工时统计和月度维保次数统计四大分区。电梯统计是对于当前维保公司维保电梯的待接单、进行中的救援故障工单、临期和逾期的年检管理、待保养和逾期的保养工单、待审核和未过审的保养计划、临期和进行中的合同数量的数据统计显示。应急救援进展是对于电梯最近的故障、救援工单的滚动展示。维修救援工时统计是当前维保公司最近半年执行电梯故障、救援工单的工时统计。月度维保次数统计是对当前维保公司最近半年完成电梯维保次数的数据统计。

结语

物联网在电梯安全监控系统中的应用具有不可替代的重要意义。目前，各地市发布的电梯安全条例，都明确了新安装的电梯应配备物联网系统。它不仅提升了电梯运行的安全性和可靠性，还为电梯的维护管理带来了极大的便利。通过物联网技术，能够实时获取电梯的准确信息，及时发现并处理潜在的安全隐患，从而保障广大使用者的生命财产安全。随着物联网技术的不断发展，未来电梯安全监控系统将更加完善，电梯将成为人们更加放心的出行工具。还可以调整优化场景布局，增加对更多不文明行为的数据抓取，如轿厢内抽烟、打闹等不文明行为，为构建更加安全、高效、文明、和谐的现代城市生活贡献力量。

参考文献：

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[2] 肖炜 . 物联网背景下的电梯智能应急救援平台建设研究 [J]. 互联网周刊，2024，（14）： 26^-28

[3] 马鸿淼 . 基于物联网的电梯供电系统安全监控与预警研究 [J]. 家电维修，2024，（02）： 71^-73