基于電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的隨行電纜照明電力線數(shù)字傳輸解決方案

引 言

物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)在智能電網(wǎng)、智能交通、智能物流、智能醫(yī)療、智能家居等諸多領(lǐng)域有了長足的發(fā)展，全國在用電梯的數(shù)量到 2014 年已接近 300 萬臺，電梯作為一種特殊的垂直交通工具，每天要運(yùn)送數(shù)千萬乘客，電梯的安全運(yùn)行和可靠運(yùn)行已經(jīng)成為社會關(guān)心的一大話題[1]。電梯物聯(lián)網(wǎng)是由電梯制造商、電梯維保服務(wù)商、政府相關(guān)監(jiān)管部門、電梯運(yùn)營部門等多方構(gòu)想解決電梯安全、可靠運(yùn)行問題的有效方案，并利用電梯的運(yùn)行平臺打造一個(gè)升值業(yè)務(wù)空間，但電梯轎箱與電梯物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)中心之間的高速IP 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)[2-4]，如監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)、電信業(yè)務(wù)和廣告等，以及低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)[5-7]，如各種傳感器、應(yīng)急話音等[8,9] 的傳輸是目前領(lǐng)域的一個(gè)難題。困難產(chǎn)生的原因有如下幾點(diǎn)：

(1) 電梯井內(nèi)的動(dòng)力、照明、風(fēng)扇、控制、通信等，各種電纜都會產(chǎn)生電磁輻射，并且電磁輻射種類、強(qiáng)度、特性和時(shí)段各異，弄清楚干擾的類型非常困難，如何抗干擾更是難上加難；

(2) 電梯運(yùn)行的井道實(shí)際情況多種多樣（粗細(xì)、高度、鋼筋多少等各不相同），因此隨行電纜也會“接收”這些情況各異的干擾，即干擾電磁場在電纜上產(chǎn)生干擾感應(yīng)電流，這個(gè)干擾感應(yīng)電流也就會在電纜外導(dǎo)體（編織網(wǎng)）縱向電阻上產(chǎn)生干擾感應(yīng)電壓（電動(dòng)勢），這個(gè)干擾感應(yīng)電壓剛好串聯(lián)在視頻信號傳輸回路“長長的地線”中，從而形成干擾 ；

(3) 電梯的載重、運(yùn)行速度、電力環(huán)境等非常復(fù)雜 ；

(4) 新、老、舊電梯共存，傳輸環(huán)境各異；

(5) 電梯橋箱的增值業(yè)務(wù)、質(zhì)量監(jiān)控業(yè)務(wù)量與日俱增,電磁空間環(huán)境與日惡化。

本文針對電梯物聯(lián)網(wǎng)的傳輸困難，提出了一套創(chuàng)新性的解決方案，利用電梯已有的 220 V 電力照明線路，進(jìn)行數(shù)字信號的傳輸，通過自主知識產(chǎn)權(quán)專利技術(shù)解決了數(shù)字信號的長距離、穩(wěn)定傳輸以及工程施工布線等難題。

1 傳輸解決方案

1.1 傳輸系統(tǒng)能力和特點(diǎn)

(1) 采用隨行的 220V照明電纜，無須重新布線和復(fù)雜的配置，即插即用，大大簡化了施工難度；

(2) 傳輸距離遠(yuǎn)，最遠(yuǎn)可達(dá) 500 m，速率不低于15 Mb/（s 應(yīng)用層的業(yè)務(wù)速率）。

(3) 可提供以太網(wǎng)的數(shù)字接口，傳輸為全數(shù)字化 ；

(4) 支持基于IP的話音、高清連續(xù)碼流的視頻圖像，高清的IP廣告業(yè)務(wù)，以及傳感器接入業(yè)務(wù)等；

(5) 能夠?qū)崿F(xiàn)老舊電梯機(jī)房通過值班電話進(jìn)行寬帶業(yè)務(wù)傳輸?shù)哪康摹?

1.2 傳輸系統(tǒng)架構(gòu)

(1) 轎箱的設(shè)備連接方式

在電梯轎廂頂端部署一個(gè)傳輸設(shè)備，對下接轎箱的傳感器、電話、數(shù)字高清攝像頭、IP 廣告機(jī)等 ；對上接電梯轎箱的隨行照明電纜。圖 1 所示為轎頂端的安裝示意圖。

(2) 轎箱的設(shè)備互聯(lián)接口

①對隨行電纜的接口：壓線端子 ；

②對轎箱照明燈、風(fēng)扇和 AC220V插座的接口：壓線端子， 最大通過電流為 5 A；

③對轎箱業(yè)務(wù)接口

A 數(shù)字IP高清攝像頭 ：RJ-45；

B 數(shù)字IP廣告機(jī) ：RJ-45；

C 轎箱對講電話接口：RJ-45；

D 轎箱各種傳感器接口：RS-485.

(3) 樓頂電梯機(jī)房的設(shè)備連接方式

在樓頂?shù)碾娞輽C(jī)房部署另一個(gè)傳輸設(shè)備，對下接電梯轎箱的隨行照明電纜，對上接電梯物聯(lián)網(wǎng)的DTU 設(shè)備，DTU 設(shè)備通過互聯(lián)網(wǎng)接入電梯物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營服務(wù)中心。圖 2 所示為控制機(jī)房端的安裝示意圖。

 數(shù)字傳輸設(shè)備選用廣東廣聯(lián)電子科技有限公司的 GL- PI240NC 電梯隨行電纜電力線適配器。本款產(chǎn)品針對電梯強(qiáng) 干擾遠(yuǎn)距離數(shù)字傳輸?shù)男袠I(yè)領(lǐng)域設(shè)計(jì)，適用于比較惡劣的環(huán) 境。本產(chǎn)品采用 IEEE.P1901 標(biāo)準(zhǔn)，基于 OFDM 調(diào)制解調(diào)技術(shù) 及頻率壓縮技術(shù)，在 2 MHz ～ 7 MHz 的頻帶范圍內(nèi)，劃分為 高達(dá) 432 個(gè)子載波進(jìn)行高速通信，物理層速率達(dá)到 240 Mp/s。 產(chǎn)品按照應(yīng)用行業(yè)和使用環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，通過靜電、輻射、傳導(dǎo)、 雷擊、高溫濕熱等可靠性測試，產(chǎn)品滿足在電梯隨行電纜上傳 輸高速數(shù)字信號的各種應(yīng)用需求。

GL-PI240NC 電 梯隨行電纜電力線 適配 器 提 供一 個(gè) RS 485 接口和一個(gè) 100 Mb/s 以太網(wǎng)接口。本品可設(shè)置開關(guān)按 鈕，可根據(jù)具體需要將其設(shè)置成局端（Master）或者終端（Slave）， 在實(shí)際使用時(shí)，按照如下流程進(jìn)行安裝 ： 

（1）GL-PI240NC 適配器使用前，先將兩臺設(shè)備的撥碼 開關(guān)設(shè)置為以下方式 ：機(jī)房端設(shè)置為局端（Master），撥碼開 關(guān)撥碼方向向外 ；轎頂端設(shè)置為終端（Slave），撥碼開關(guān)撥碼 方向向內(nèi)。 

（2）控制機(jī)房端 ：在電梯控制柜的接線端中找到電梯照 明隨行電纜的接線位置，將照明隨行電纜斷開接入到電力線 適配器設(shè)備的“出線地”端，另取電纜將電力線適配器設(shè)備的“地 入線”端與電梯控制柜中的照明線纜接線端相接。 

（3）轎頂端 ：在電梯檢修箱中找到電梯照明隨行電纜的 接線入口位置，斷開連接，將照明隨行電纜接入到電力線適 配器“出線地”端，另取電纜將電力線適配器的“地入線”與 電梯檢修箱電梯照明隨行電纜的接線入口位置相連。 

3 測試結(jié)果 

在 200 m 長度電纜上進(jìn)行測試，物理層速率為 71 Mb/s， 以太網(wǎng)應(yīng)用層速率為 22 Mb/s，PING 包延時(shí)波動(dòng)小，無丟包。 能夠滿足電梯物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的各種高速 IP 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。圖 3 所 示為隨行電纜的噪聲測試圖。圖 4 所示為其信噪比測試曲線。

4 結(jié) 語

本方案設(shè)計(jì)利用電梯照明隨行電纜進(jìn)行數(shù)字信號通信， 解決了電梯物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中高速 IP 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸問題。相比于 傳統(tǒng)解決方案，抗干擾能力大大增強(qiáng) ；通過采用頻率搬移和 頻率壓縮技術(shù)，將信號從容易受干擾的頻點(diǎn)搬移到相對干凈 的頻點(diǎn)，并在干凈的頻點(diǎn)上增強(qiáng)信號強(qiáng)度，確保充分利用這 些頻點(diǎn)的通信能力。整個(gè)過程都是自動(dòng)完成的，無需客戶介入。