基于电梯物联网系统的随行电缆照明电力线数字传输解决方案

引 言

物联网已经在智能电网、智能交通、智能物流、智能医疗、智能家居等诸多领域有了长足的发展，全国在用电梯的数量到 2014 年已接近 300 万台，电梯作为一种特殊的垂直交通工具，每天要运送数千万乘客，电梯的安全运行和可靠运行已经成为社会关心的一大话题[1]。电梯物联网是由电梯制造商、电梯维保服务商、政府相关监管部门、电梯运营部门等多方构想解决电梯安全、可靠运行问题的有效方案，并利用电梯的运行平台打造一个升值业务空间，但电梯轿箱与电梯物联网服务中心之间的高速IP 数据业务[2-4]，如监控视频数据、电信业务和广告等，以及低速数据业务[5-7]，如各种传感器、应急话音等[8,9] 的传输是目前领域的一个难题。困难产生的原因有如下几点：

(1) 电梯井内的动力、照明、风扇、控制、通信等，各种电缆都会产生电磁辐射，并且电磁辐射种类、强度、特性和时段各异，弄清楚干扰的类型非常困难，如何抗干扰更是难上加难；

(2) 电梯运行的井道实际情况多种多样（粗细、高度、钢筋多少等各不相同），因此随行电缆也会“接收”这些情况各异的干扰，即干扰电磁场在电缆上产生干扰感应电流，这个干扰感应电流也就会在电缆外导体（编织网）纵向电阻上产生干扰感应电压（电动势），这个干扰感应电压刚好串联在视频信号传输回路“长长的地线”中，从而形成干扰 ；

(3) 电梯的载重、运行速度、电力环境等非常复杂 ；

(4) 新、老、旧电梯共存，传输环境各异；

(5) 电梯桥箱的增值业务、质量监控业务量与日俱增,电磁空间环境与日恶化。

本文针对电梯物联网的传输困难，提出了一套创新性的解决方案，利用电梯已有的 220 V 电力照明线路，进行数字信号的传输，通过自主知识产权专利技术解决了数字信号的长距离、稳定传输以及工程施工布线等难题。

1 传输解决方案

1.1 传输系统能力和特点

(1) 采用随行的 220V照明电缆，无须重新布线和复杂的配置，即插即用，大大简化了施工难度；

(2) 传输距离远，最远可达 500 m，速率不低于15 Mb/（s 应用层的业务速率）。

(3) 可提供以太网的数字接口，传输为全数字化 ；

(4) 支持基于IP的话音、高清连续码流的视频图像，高清的IP广告业务，以及传感器接入业务等；

(5) 能够实现老旧电梯机房通过值班电话进行宽带业务传输的目的。

1.2 传输系统架构

(1) 轿箱的设备连接方式

在电梯轿厢顶端部署一个传输设备，对下接轿箱的传感器、电话、数字高清摄像头、IP 广告机等 ；对上接电梯轿箱的随行照明电缆。图 1 所示为轿顶端的安装示意图。

(2) 轿箱的设备互联接口

①对随行电缆的接口：压线端子 ；

②对轿箱照明灯、风扇和 AC220V插座的接口：压线端子， 最大通过电流为 5 A；

③对轿箱业务接口

A 数字IP高清摄像头 ：RJ-45；

B 数字IP广告机 ：RJ-45；

C 轿箱对讲电话接口：RJ-45；

D 轿箱各种传感器接口：RS-485.

(3) 楼顶电梯机房的设备连接方式

在楼顶的电梯机房部署另一个传输设备，对下接电梯轿箱的随行照明电缆，对上接电梯物联网的DTU 设备，DTU 设备通过互联网接入电梯物联网运营服务中心。图 2 所示为控制机房端的安装示意图。

 数字传输设备选用广东广联电子科技有限公司的 GL- PI240NC 电梯随行电缆电力线适配器。本款产品针对电梯强 干扰远距离数字传输的行业领域设计，适用于比较恶劣的环 境。本产品采用 IEEE.P1901 标准，基于 OFDM 调制解调技术 及频率压缩技术，在 2 MHz ～ 7 MHz 的频带范围内，划分为 高达 432 个子载波进行高速通信，物理层速率达到 240 Mp/s。 产品按照应用行业和使用环境标准，通过静电、辐射、传导、 雷击、高温湿热等可靠性测试，产品满足在电梯随行电缆上传 输高速数字信号的各种应用需求。

GL-PI240NC 电 梯随行电缆电力线 适配 器 提 供一 个 RS 485 接口和一个 100 Mb/s 以太网接口。本品可设置开关按 钮，可根据具体需要将其设置成局端（Master）或者终端（Slave）， 在实际使用时，按照如下流程进行安装 ： 

（1）GL-PI240NC 适配器使用前，先将两台设备的拨码 开关设置为以下方式 ：机房端设置为局端（Master），拨码开 关拨码方向向外 ；轿顶端设置为终端（Slave），拨码开关拨码 方向向内。 

（2）控制机房端 ：在电梯控制柜的接线端中找到电梯照 明随行电缆的接线位置，将照明随行电缆断开接入到电力线 适配器设备的“出线地”端，另取电缆将电力线适配器设备的“地 入线”端与电梯控制柜中的照明线缆接线端相接。 

（3）轿顶端 ：在电梯检修箱中找到电梯照明随行电缆的 接线入口位置，断开连接，将照明随行电缆接入到电力线适 配器“出线地”端，另取电缆将电力线适配器的“地入线”与 电梯检修箱电梯照明随行电缆的接线入口位置相连。 

3 测试结果 

在 200 m 长度电缆上进行测试，物理层速率为 71 Mb/s， 以太网应用层速率为 22 Mb/s，PING 包延时波动小，无丢包。 能够满足电梯物联网应用中的各种高速 IP 数据业务。图 3 所 示为随行电缆的噪声测试图。图 4 所示为其信噪比测试曲线。

4 结 语

本方案设计利用电梯照明随行电缆进行数字信号通信， 解决了电梯物联网应用中高速 IP 数据业务传输问题。相比于 传统解决方案，抗干扰能力大大增强 ；通过采用频率搬移和 频率压缩技术，将信号从容易受干扰的频点搬移到相对干净 的频点，并在干净的频点上增强信号强度，确保充分利用这 些频点的通信能力。整个过程都是自动完成的，无需客户介入。