無線射頻電子識別技術在電梯安全管理系統(tǒng)中的應用

張興鈺

(之江實驗室,杭州 311100)

電梯設計結構復雜,運行速度慢,運行安全隱患多,故障原因難以分析。分析了無線射頻電子識別技術在電梯安全管理系統(tǒng)中的應用,以解決管理局限性、效率低和可靠性差等問題。無線射頻電子識別技術(Radio-frequencyelectronicidentificationtechnology,RFID)是一種新型的身份識別技術,其原理是將具有特殊識別功能的信息存儲在射頻器件中,與計算機進行通信[1]。這種標簽可存儲大量信息,包括電話號碼、數(shù)字和圖像,還可與管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。本系統(tǒng)利用RFID射頻無線通信技術,實現(xiàn)了電梯安全管理系統(tǒng)的穩(wěn)定運行,更好地保護公共財產(chǎn),提升社會效益[2]。

1 基于無線射頻電子識別技術的電梯安全管理系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)總體框架及運行流程

基于無線射頻電子識別技術的電梯安全管理系統(tǒng)總體框架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框架圖Fig.1 General framework of the system

系統(tǒng)主要涉及裝有信息卡的電梯、使用人員、維保公司和質監(jiān)局等方面,運行流程如圖2所示。

圖2 運行流程圖Fig.2 Operation process

1.2 內業(yè)部分

1.2.1 數(shù)據(jù)傳輸模塊

電梯安全管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸模塊主要由TCP數(shù)據(jù)包自動轉發(fā)服務(NPS)、服務器網(wǎng)絡交換與緩存、硬件總線、網(wǎng)絡交換機等組成。通過局域網(wǎng)內的GPRS網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)庫連接,控制TCP/IP協(xié)議與主機之間的數(shù)據(jù)通信。為保證響應速度和數(shù)據(jù)傳輸質量,需保證數(shù)據(jù)采集速率達到10 Mbps～1 Gbps,網(wǎng)絡接口能夠實現(xiàn)3G、4G等通信頻段。為完成任務,帶寬必須達到2G、3G及以上頻段,如果頻率太低會出現(xiàn)斷線或斷電現(xiàn)象,故本系統(tǒng)采用2.5 GHz頻率來傳輸數(shù)據(jù)[3]。

1.2.2 自動控制單元

為應對復雜多變的電梯運行工況,設計了自動控制單元,包括電梯門控制單元和電梯樓層面板控制室兩部分。電梯門開關時需確定開啟方向和樓層,設置好開關速度、負載等關鍵運行參數(shù)的閾值。例如,想要測量電梯門的寬度,需確定寬度與時間,即在電梯門關上后需要多少時間才能達到所需的寬度。自動控制單元可在手機客戶端APP或遠程服務器上連接相應的系統(tǒng),獲得電梯門開關的過程參數(shù)和電梯樓層面板設置情況,根據(jù)實際情況調節(jié)開關速度及時間。

1.2.3 通信協(xié)議控制模塊

采用TI公司的DBN協(xié)議棧,其具有多種功能,可對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進行實時分析,將數(shù)據(jù)導入計算機,及時獲取電梯運行狀態(tài),防止數(shù)據(jù)丟失。將數(shù)據(jù)從計算機傳輸?shù)竭h程服務器,再由遠程服務器向中心服務器發(fā)送數(shù)據(jù),避免信息丟失。通過系統(tǒng)中的TCP/IP協(xié)議棧來對通信模塊進行遠程控制,通過RFID技術發(fā)送協(xié)議及通信信息。

1.3 外業(yè)部分

1.3.1 信息采集模塊

信息采集模塊以RFID射頻電子標簽為核心,配合數(shù)據(jù)采集終端,其中RFID標簽數(shù)據(jù)信息分配如表1所示。

表1 RFID標簽數(shù)據(jù)信息分配Tab.1 Distribution of RFID label data information

電梯信息采集模塊利用STM32芯片(單片機)來實現(xiàn)對電梯轎廂工作狀態(tài)信號的讀取,利用RFID射頻電子標簽采集轎廂內的其他相關數(shù)據(jù)。RFID讀寫器能夠通過RFID射頻電子標簽將傳感器采集的電梯運行數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)采集終端,再由數(shù)據(jù)采集終端上傳到用戶端設備,形成信息采集閉環(huán)。

1.3.2 現(xiàn)場傳感器模塊

現(xiàn)場傳感器模塊主要包括感應器和執(zhí)行器。傳感模塊由RFID讀寫器、LED燈和若干個傳感器組成,通常集成在電梯主機與電梯門及轎廂內部的感應器內,可實現(xiàn)對電梯門磁、轎廂振動、電梯門溫度、門壓力等信息的采集。傳感器包括光線傳感器、紅外傳感器、溫度傳感器等,用于采集電梯轎廂內部數(shù)據(jù)。LED主要用于顯示信息采集模塊的運行狀態(tài),通常為長暗狀態(tài),當信息采集模塊出現(xiàn)故障時,由長暗轉變?yōu)榧t色閃爍狀態(tài)。

1.3.3 電梯數(shù)據(jù)庫管理模塊

數(shù)據(jù)庫管理模塊能夠通過RFID標簽實現(xiàn)對電梯關鍵信息的保存、修改、下載、打印報表等功能,RFID標簽數(shù)據(jù)表如表2所示。

表2 RFID標簽數(shù)據(jù)表Tab.2 Data sheet of RFID label

2 電梯安全管理系統(tǒng)主要功能及應用優(yōu)勢

2.1 主要功能

2.1.1 構建電子監(jiān)管系統(tǒng)

應用基于無線射頻電子識別技術的電梯安全管理系統(tǒng),能夠通過RFID標簽實現(xiàn)電梯運行數(shù)據(jù)信息的集成,具有較強的通信能力,將其整合成網(wǎng)絡化電梯安全管理體系,僅需監(jiān)控網(wǎng)格內電梯安全管理子系統(tǒng)上傳的電梯運行數(shù)據(jù)即可,能夠建立統(tǒng)一、完善的電梯安全管理標準,根據(jù)電梯運行數(shù)據(jù)預防電梯事故。

2.1.2 后臺顯示功能

后臺顯示功能由自動控制單元來實現(xiàn),可直觀查看電梯運行信息,及時、準確地掌握電梯運行情況。后臺支持3種方式:①遠程短信預警方式。②根據(jù)終端報警方式直接發(fā)送短信預警信號。③對報警信號進行分析并給出具體處理建議。

各功能模塊分為3個層次:①顯示故障報警功能,即顯示電梯安全運行信息,如故障時間、故障位置及故障頻率等。②顯示故障報警方式,包括故障原因、電梯速度及功率等。③顯示故障排除方式和故障情況,包括故障發(fā)生時間、故障部位大小及故障情況次數(shù)等。

后臺顯示功能是將電梯故障問題前置化處理的重要方式,實際應用中可配合建立維修人員反饋機制,與故障報警形成完整的修復閉環(huán),有效降低電梯故障率。

2.1.3 電梯數(shù)據(jù)庫接口功能

電梯安全管理系統(tǒng)運行過程中會采集較多數(shù)據(jù),當電梯使用次數(shù)較多時,重讀數(shù)據(jù)會成為限制運行速度的冗余。電梯數(shù)據(jù)庫接口功能可利用系統(tǒng)開放的接口將冗余數(shù)據(jù)導出數(shù)據(jù)庫,實現(xiàn)跨系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸,避免數(shù)據(jù)不兼容等問題,具體功能如下:將電梯運行軌跡信息傳遞給管理中心,將電梯內部實時狀態(tài)數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心,再以報表形式上傳到終端用戶手機上,通過使用者終端設備可直接查看電梯狀態(tài)參數(shù)圖表等。

2.2 應用優(yōu)勢

安全性高。電梯安全控制系統(tǒng)以基于硬件的密碼算法為基礎,能夠實現(xiàn)對電梯信息的實時、準確、有效識別。當系統(tǒng)接收到數(shù)據(jù)采集模塊和現(xiàn)場傳感模塊上傳的運行數(shù)據(jù)后,進行分析,按照數(shù)據(jù)標簽類型分類,分別上傳到不同數(shù)據(jù)庫中,以保證上傳信息的安全性。若電梯發(fā)生安全事件,及時進行信息提取與分析,再將提取出的信息反饋至現(xiàn)場維護人員。

通信速率快。電梯安全控制系統(tǒng)采用2.4 GHz無線傳輸標準,傳輸速率達到15 Mbps,通信協(xié)議模塊使用頻率最高為15 MHz,頻率越高,通信速率越快。該標準頻段屬于UHF頻段,所以在使用無線傳輸系統(tǒng)時對UHF頻段進行覆蓋處理并不影響正常工作,通信速率可達1 Mbps。此外,通信協(xié)議控制模塊采用TI公司的DBN協(xié)議棧,能夠對系統(tǒng)網(wǎng)絡頻段進行合理配置,滿足低輻射、高安全可靠性、通信速率快的要求。

3 結束語

無線射頻電子識別技術已應用于圖書管理、工業(yè)設備管理、化工材料管理等多個領域。介紹了無線射頻電子識別技術在電梯安全管理中的應用及其系統(tǒng)組成,其具有安全性高、通信速率快等應用優(yōu)勢,具備構建電子監(jiān)管系統(tǒng)、后臺顯示功能、電梯數(shù)據(jù)庫接口功能,擁有廣闊的發(fā)展空間和市場前景。