Migliorare la manutenzione delle scale mobili tramite il monitoraggio energetico

La Gestione Predittiva della Salute (PHM) è un metodo usato per tenere traccia della salute di macchine e sistemi. Aiuta a prevedere quando una macchina potrebbe guastarsi così che si possa fare manutenzione prima che sorgano problemi. Negli ultimi anni, abbiamo iniziato a raccogliere un sacco di dati in tempo reale dai sensori. Questi dati aiutano a monitorare quanto bene funzionano le macchine e a identificare eventuali problemi da risolvere. Usare i metodi PHM può anche aiutare a risparmiare energia ottimizzando il funzionamento delle macchine e trovando modi per utilizzare meno energia.

Le scale mobili sono macchine che aiutano a spostare persone e beni tra diversi livelli. È importante misurare quanta energia consumano per mantenere la loro salute e efficienza. L'energia di perdita fissa, che è l'energia che una scala mobile utilizza quando non sta trasportando passeggeri, può cambiare in base a diverse condizioni operative. Questo documento presenta un modo per usare l'energia di perdita fissa delle scale mobili per migliorare la PHM. Descriveremo un metodo per calcolare l'energia di perdita fissa giornaliera basata sui dati dei sensori, discuteremo i suoi vantaggi e svantaggi e suggeriremo come può aiutare a ridurre i costi energetici.

#L'Importanza dell'Utilizzo Energetico delle Scale Mobili

Le scale mobili giocano un ruolo fondamentale nella nostra vita quotidiana, specialmente in posti come le stazioni della metropolitana e i centri commerciali. Il loro Consumo Energetico deve essere studiato attentamente per fare miglioramenti in efficienza e sicurezza. La maggior parte degli studi sulla manutenzione delle scale mobili si concentra su vibrazioni e problemi meccanici, ma l'uso dell'energia è un altro aspetto importante che può indicare quanto bene una scala mobile sta funzionando.

Il consumo energetico nelle scale mobili può essere diviso in due parti: energia di perdita variabile e energia di perdita fissa. L'energia di perdita variabile è la quantità di energia che cambia a seconda di quante persone stanno usando la scala mobile. L'energia di perdita fissa si riferisce all'energia usata per mantenere la scala mobile in funzione, che aiuta a contrastare l'attrito dai suoi componenti.

Molte scale mobili non hanno contatori di energia installati correttamente, rendendo difficile misurare con precisione l'uso energetico. Questa mancanza di dati rende difficile migliorare l'efficienza energetica. Nel nostro progetto, raccogliamo dati energetici a lungo termine dalle scale mobili per monitorare l'energia di perdita fissa, il che può aiutare a ridurre l'energia sprecata e risparmiare costi nel tempo.

#Il Metodo Proposto per Misurare l'Energia di Perdita Fissa

Il nostro metodo consiste in un nuovo algoritmo per calcolare l'energia di perdita fissa basato sui dati dei sensori energetici raccolti ogni minuto per oltre un anno. Per convalidare il nostro metodo, abbiamo condotto esperimenti in cui le scale mobili sono state azionate senza passeggeri per ottenere una misurazione accurata della loro energia di perdita fissa. Abbiamo confrontato il nostro metodo con due approcci esistenti e abbiamo scoperto che il nostro metodo funziona bene in vari scenari.

Il nostro approccio può essere riassunto come segue:

1. Identificare i Modelli Energetici: Esaminiamo i dati di consumo energetico per trovare modelli nel tempo.
2. Utilizzare i Dati dei Sensori: Raccogliamo dati energetici dalle scale mobili per un lungo periodo.
3. Calcolare l'Energia di Perdita Fissa: Analizzando i dati raccolti, calcoliamo l'energia di perdita fissa per ogni scala mobile.
4. Monitorare i Cambiamenti: Tenendo traccia dell'energia di perdita fissa nel tempo, possiamo rilevare eventuali cambiamenti insoliti che potrebbero richiedere manutenzione.

#Analizzare i Dati delle Scale Mobili

Abbiamo raccolto dati di consumo energetico da 20 scale mobili in diverse stazioni della metropolitana di Hong Kong per un periodo di circa 20 mesi. I dati sono stati registrati ogni minuto, fornendoci un ricco dataset da analizzare. Il consumo energetico totale di ciascuna scala mobile è stato esaminato per separare l'energia di perdita fissa dall'energia variabile usata dai passeggeri.

#L'Approccio di Ottimizzazione

Per stimare l'energia di perdita fissa, abbiamo introdotto un "approccio di ottimizzazione." Questo metodo mira a trovare un valore di energia di perdita fissa che si avvicini a gran parte dei punti dati senza essere troppo alto o troppo basso. Per le scale mobili in salita, identifichiamo i punti dati che sono vicini ma maggiori del valore proposto di energia di perdita fissa. Per le scale mobili in discesa, cerchiamo i punti dati che sono vicini ma minori del valore proposto.

#Metodi Esistenti per la Misurazione dell'Energia di Perdita Fissa

1. Approccio Classico: Questo metodo calcola l'uso energetico medio durante l'ultima mezz'ora di funzionamento di una scala mobile, assumendo che ci siano pochi o nessun passeggero in quel momento. Anche se è semplice, si basa molto sul fatto che l'ultima mezz'ora sia per lo più vuota.

2. Approccio Ingegneristico: Questo metodo considera il minimo uso energetico durante il tempo operativo per le scale mobili in salita e il massimo per quelle in discesa. Mira a ottenere una stima approssimativa basata su calcoli semplici.

#Confronto degli Approcci

Abbiamo confrontato questi tre metodi basandoci sui dati reali di uso energetico raccolti durante gli esperimenti. L'obiettivo era vedere quale metodo fornisce le misurazioni più accurate dell'energia di perdita fissa.

1. Approccio Ottimizzato: Questo metodo ha costantemente prodotto le stime più accurate e ha avuto i minori errori rispetto alle misurazioni effettive.

2. Approccio Classico: Ha avuto difficoltà in scenari in cui le scale mobili erano affollate, portando a stime meno affidabili.

3. Approccio Ingegneristico: Anche se abbastanza accurato, tendeva a sottovalutare l'uso energetico, in particolare durante i periodi di manutenzione.

#Monitorare l'Utilizzo Energetico nel Tempo

Oltre a calcolare l'energia di perdita fissa, proponiamo di usare un metodo chiamato Media Mobile Ponderata Esponenziale (EWMA) per monitorare l'uso energetico. Questo metodo utilizza dati storici per tenere traccia di eventuali cambiamenti significativi nell'energia di perdita fissa delle scale mobili.

Applicando EWMA ai nostri calcoli di energia di perdita fissa, possiamo impostare limiti per identificare quando l'uso energetico è anomalo. Se il consumo energetico cade al di fuori del range previsto, potrebbe segnalare la necessità di manutenzione.

#Conclusione

In sintesi, il nostro studio esplora come misurare e monitorare l'uso energetico nelle scale mobili utilizzando un nuovo approccio basato sull'energia di perdita fissa. Raccogliendo e analizzando dati di consumo energetico a lungo termine, siamo riusciti a stimare l'energia di perdita fissa in modo più accurato rispetto ai metodi esistenti. Questo può portare a migliori pratiche di manutenzione e a una maggiore efficienza energetica.

L'approccio di ottimizzazione che proponiamo mostra un grande potenziale per essere utilizzato nelle operazioni reali delle scale mobili. Monitorando continuamente l'uso energetico, possiamo aiutare a mantenere le scale mobili in modo più efficace e ridurre i costi energetici nel tempo. Tuttavia, questo studio si concentra solo sulle scale mobili in una regione, e c'è bisogno di sviluppare soluzioni per le scale mobili bidirezionali e in altre località.

Mentre andiamo avanti, le intuizioni da questo lavoro possono contribuire a pratiche energetiche più sostenibili nei sistemi di trasporto pubblico e migliorare ulteriormente il campo della Gestione Predittiva della Salute.