1 前言

      電梯，作為一種樓宇運(yùn)輸設(shè)備使人類加快了進(jìn)人文明時(shí)代的步伐。它必須具有高度的安全性和科學(xué)性，因此它的控制系統(tǒng)受到廣泛的關(guān)注。電梯控制系統(tǒng)需要與電梯外圍設(shè)備的各種信號(hào)進(jìn)行大量的通訊，如電梯的位置信號(hào)、轎廂內(nèi)的選層信號(hào)、應(yīng)答選層的指示燈信號(hào)、顯示電梯當(dāng)前樓層數(shù)的顯示信號(hào)和廳外呼梯信號(hào)等，這些信號(hào)隨著樓層的增多而迅速增多。因此，電梯中各個(gè)子系統(tǒng)之間的通訊有以下4個(gè)主要特點(diǎn)：①節(jié)點(diǎn)多；②距離長(zhǎng)；③信號(hào)1變化慢；④對(duì)抗干擾能力的要求高。

      目前電梯通訊主要有并行和串行兩種方式。一般而言，并行通訊方式速度快，無需額外的控制器，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但使用的線路多，對(duì)電梯控制器的I/O節(jié)點(diǎn)數(shù)量和性能要求高，電梯安裝和維護(hù)麻煩。典型的使用并行通訊的電梯為PLC控制電梯，其采用PLC上的I/O口進(jìn)行通訊。當(dāng)樓層數(shù)增加時(shí)，要求PLC的I/O口數(shù)相應(yīng)增加，導(dǎo)致成本的大幅提高，也提高了安裝和維護(hù)的難度，并且電梯產(chǎn)品通用性不強(qiáng)。串行通訊方式則只需要-對(duì)信號(hào)線，可將系統(tǒng)的控制功能進(jìn)行分化，其成本低，通訊距離遠(yuǎn)，易實(shí)現(xiàn)模塊化的設(shè)計(jì)，通用性強(qiáng)，但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，并且牽涉到總線沖突問題。RS485作為微機(jī)系統(tǒng)中常用的串行通訊方式之一，通過差分信號(hào)通訊，消除了共模干擾，可采用中繼器延長(zhǎng)通訊距離，在電梯控制系統(tǒng)中也得到了一定的應(yīng)用。但RS485采用主從式的通訊方式，只能采取輪詢的通訊方式，當(dāng)主機(jī)通訊出現(xiàn)故障時(shí)，通訊無法進(jìn)行下去，因此并不適用于對(duì)安全性能要求較高的電梯控制系統(tǒng)。

      近年來現(xiàn)場(chǎng)總線成為自動(dòng)化技術(shù)中的一個(gè)熱點(diǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)總線是指安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線，亦稱“通用現(xiàn)場(chǎng)通信系統(tǒng)”。由于它在減少系統(tǒng)線纜、簡(jiǎn)化系統(tǒng)安裝、維護(hù)和管理，降低系統(tǒng)的投資和運(yùn)行成本，增強(qiáng)系統(tǒng)性能等方面的優(yōu)越性，其發(fā)展和應(yīng)用日漸成熟。目前在國(guó)際上應(yīng)用的總線類型約有40多種，而CAN總線則被公認(rèn)為是最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。

      2 CAN總線

      CAN（Controller AreaNetwork）總線是德國(guó)BOSCH公司從1980年代初為解決汽車中控制與測(cè)試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議。CAN可實(shí)現(xiàn)分布式多機(jī)系統(tǒng)，且無主、從機(jī)之分；可以用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播幾種方式傳送和接收數(shù)據(jù)；直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)l0km（傳輸率為5kbps），通信速率最高可達(dá)1 Mbps（傳輸距離為40m）；網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)在理論上不受限制。CAN總線能在極端惡劣的環(huán)境下運(yùn)作，具有抗瞬間干擾的能力，其控制器接口有降低射頻干擾的剎率控制；有較強(qiáng)的糾錯(cuò)能力，通過監(jiān)視、循環(huán)冗余校驗(yàn)、位填充和報(bào)文格式檢查，使得未檢測(cè)出的出錯(cuò)概率小于417×10-11；有自動(dòng)識(shí)別永久性故障和短暫擾動(dòng)的能力，在處于連續(xù)干擾時(shí)，CAN節(jié)點(diǎn)處于關(guān)閉狀態(tài)；CAN節(jié)點(diǎn)可在不要求所有節(jié)點(diǎn)及其應(yīng)用層改變?nèi)魏诬浖蛴布那闆r下被接于CAN網(wǎng)絡(luò)中。

      3 CAN總線在電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

      3.1 系統(tǒng)構(gòu)成與工作原理

      圖1給出了基于CAN總線的電梯分布式控制系統(tǒng)構(gòu)成圖，它分為變頻器、主控制器、轎廂控制器、門機(jī)控制器、轎廂顯示器和外呼控制器。各個(gè)模塊均為獨(dú)立的微機(jī)控制，增設(shè)CAN控制器及接口。圖中深色粗線即為CAN總線。在本系統(tǒng)中CAN總線有CANO和CAN1兩路。CANO連接轎廂控制器、門機(jī)控制器、轎廂顯示器和外呼控制器形成多主站電梯外圍設(shè)備CAN局域網(wǎng)。隨著通訊距離的增大，CAN總線的有效通訊速率相應(yīng)地降低?？紤]到使用本電梯系統(tǒng)的大廈高度，選用CANO的通訊速率為9600bps。CANT和變頻器中的CAN接口相連，通過此總線接口，主控制器可以直接和變頻器進(jìn)行通訊，通訊速率為1Mbps。合作廠家的變頻器上帶有液晶操作面板，整個(gè)電梯的調(diào)試工作可通過其液晶操作面板完成。

      3.2 各控制器的功能及實(shí)現(xiàn)方法

      3.2.1 主控制器

      主控制器安裝在變頻器內(nèi)，由變頻奢導(dǎo)提供電源，通過CANT端口和變頻器進(jìn)行通訊。主要是根據(jù)對(duì)召喚指令，以及采集到的安全信號(hào)、速度信號(hào)、轎廂位置信號(hào)、門系統(tǒng)信號(hào)加以處理，控制轎廂的運(yùn)行和門機(jī)的動(dòng)作。主控制器原理如圖2所示。

      圖2中，W77C32是華邦公司改進(jìn)的51系列單片機(jī)，每個(gè)機(jī)器周期只需4個(gè)時(shí)鐘周期，其最高時(shí)鐘頻率可達(dá)40MHz，處理能力比89C52提高10倍以上。故以其為主控制器的核心，完成控制功能。變頻器的操作面板有液晶顯示屏和輕觸式操作鍵盤，通過主控制器和變頻器之間的CAN總線，可實(shí)現(xiàn)樓層自學(xué)習(xí)生成曲線、參數(shù)設(shè)置、變量監(jiān)測(cè)、設(shè)定樓層以及修改樓層顯示數(shù)等。除與其他控制器進(jìn)行CAN通訊外，主控制器采集電梯井道內(nèi)的一些安全信號(hào)、轎廂上的平層開關(guān)、門系統(tǒng)信號(hào)以及操作開關(guān)的返回信號(hào)。主控制器對(duì)變頻器的控制主要通過CAN總線協(xié)議完成。變頻器上有一塊編碼器卡，讀出編碼器的數(shù)據(jù)后通過CAN總線發(fā)送給主控制器。在自學(xué)習(xí)階段，主控制器通過平層信號(hào)和編碼器的數(shù)據(jù)，生成最優(yōu)的電梯運(yùn)行曲線，并將其保存到主控制器的FLASH存儲(chǔ)器中。在調(diào)試過程中可根據(jù)最佳的轎廂舒適度來任意生成合適的曲線。在電梯運(yùn)行階段，主控制器通過編碼器的數(shù)據(jù)、轎廂位置的信號(hào)、安全信號(hào)以及門的位置、開關(guān)信號(hào)，來決定變頻器的運(yùn)行。主控制器通過 CAN總線將停止、正向運(yùn)行、反向運(yùn)行以及速度給定等信號(hào)、發(fā)送給變頻器，由變頻器來對(duì)曳引機(jī)進(jìn)行速度矢量控制；同時(shí)主控制器通過繼電器輸出控制抱閘等開關(guān)的通斷，以此來保證電梯系統(tǒng)的安全運(yùn)行。主控制器還可通過RS232接口將、曲線上傳至計(jì)算機(jī)中，對(duì)其直接進(jìn)行修改，修改后的曲線可重新下載至主控制器中，也可通過此接口實(shí)現(xiàn)電梯監(jiān)控和調(diào)試。

      3.2.2 外呼控制器

      外呼控制器采集樓層呼梯信號(hào)，控制呼梯燈的顯示?；镜耐夂艨刂破髟鲈O(shè)鎖梯開關(guān)、消防運(yùn)行開關(guān)等輸人功能。它通過CAN端口與總線連接。外呼控制器的原理如圖3所示。為使主控制器能正確識(shí)別各外呼控制器的通信地址，外呼控制器設(shè)置了跳線開關(guān)。短接跳線后，再按上呼或下呼按鈕則可分別進(jìn)入3個(gè)子菜單：實(shí)際樓層、顯示樓層和顯示方式。選定子菜單后，等待6秒，控制器將自動(dòng)進(jìn)人本子菜單的初始值。再按上呼或下呼按鈕即可分別設(shè)置實(shí)際所在樓層、顯示樓層字符（特殊符號(hào)可由客戶指定后實(shí)現(xiàn)具體的編碼）以及顯示方式等。設(shè)置完畢后，拔去跳線，設(shè)置值可存人此控制器中的看門狗芯片X2504.5內(nèi)的EEPROM內(nèi)。在下次開機(jī)重啟后，控制器將從X25045中將設(shè)置值讀出并初始化為設(shè)置值。

      在電梯工作時(shí)，外呼控制器查詢上、下呼按鈕的開關(guān)狀態(tài)，將其通過CANO接口發(fā)送給主控制器。在到達(dá)某一樓層時(shí)，主控制器通過CANO接口將顯示樓層數(shù)發(fā)送給外呼控制器顯示。此數(shù)值將保持到下一顯示數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)。

      3.2.3 門機(jī)控制器

      門機(jī)控制器采集門系統(tǒng)信號(hào)及稱重傳感器信號(hào)，并將這些信號(hào)通過CANO接口傳輸?shù)街骺刂破鳎骺刂破魍ㄟ^CANO傳送命令控制門機(jī)等周邊設(shè)備，控制電梯門的開、關(guān)和速度如圖4所示。

      3.2.4 轎廂控制器

      采集轎廂內(nèi)的呼梯按鈕，司機(jī)、直駛、自動(dòng)等操作開關(guān)信號(hào)，通過CAN總線發(fā)送給主控制器。而主控制器通過CAN總線傳送按鈕狀態(tài)返回、超載、報(bào)警信號(hào)如圖5所示。

      3.2.5 轎廂顯示器

      主控制器通過CAN總線發(fā)送樓層顯示信號(hào)給轎廂顯示器。轎廂顯示器的顯示方式可通過跳線開關(guān)來實(shí)現(xiàn)其設(shè)置。

      3.3 系統(tǒng)工作原理

      在電梯安裝調(diào)試階段，在變頻器的操作面板上執(zhí)行電梯自學(xué)習(xí)命令。通過井道自學(xué)習(xí)過程，系統(tǒng)將在主控制器中生成電梯最佳運(yùn)行曲線，執(zhí)行存儲(chǔ)命令后，曲線數(shù)據(jù)會(huì)存入FLASH存儲(chǔ)器內(nèi)，直到下次自學(xué)習(xí)為止。電梯運(yùn)行時(shí)，轎頂、轎廂及各樓層的控制器將采集信號(hào)發(fā)送到CANO總線，主控制器根據(jù)這些信號(hào)以及專用線路上的安全信號(hào)、定向、平層等指令，通過CAN1接口，按照生成的電梯運(yùn)行曲線發(fā)送頻率數(shù)據(jù)給變頻器，直接控制變頻器進(jìn)行速度矢量控制。將轎廂位置信號(hào)發(fā)送到CANO總線上，轎廂和外呼等控制器據(jù)此控制按鈕燈輸出，并進(jìn)行數(shù)碼管顯示。

      在電梯的調(diào)試和運(yùn)行過程中，通過變頻器上的液晶操作面板，可在變頻器的電梯參數(shù)組中設(shè)置相關(guān)的電梯運(yùn)行參數(shù)，然后通過CAN I總線發(fā)送給主控制器。主控制器會(huì)根據(jù)修改的參數(shù)控制電梯。

      3.4 控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

      （1）5R CAN總線技術(shù)一路連成多主站電梯外圍設(shè)備CAN局域網(wǎng)，另一路和變頻器的CAN總線相連，實(shí)現(xiàn)不同的功能。

      （2）集成化將主控制器集成到變頻器中，集驅(qū)動(dòng)控制與邏輯控制于一體，減輕了系統(tǒng)安裝的負(fù)擔(dān)，避免了資源的浪費(fèi)。

      （3）模塊化將系統(tǒng)劃分為主控制器、轎廂控制器、門機(jī)控制器、轎廂顯示器和外呼控制器等模塊，一方面將控制功能分散化，減輕了主控制器的負(fù)擔(dān)，提高了系統(tǒng)的安全性；另一方面，有利于系統(tǒng)的擴(kuò)展。

      （4）智能化提供電動(dòng)機(jī)靜態(tài)自學(xué)習(xí)、樓層自學(xué)習(xí)、設(shè)置樓層顯示等功能。通過操作面板可實(shí)現(xiàn)整個(gè)電梯系統(tǒng)的調(diào)試，包括面板呼梯功能。

      4 結(jié)論

      在電梯控制系統(tǒng)中采用CAN總線技術(shù)，將電梯系統(tǒng)進(jìn)行集成化、模塊化設(shè)計(jì)，順應(yīng)了現(xiàn)代工控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。一方面，通過和國(guó)外變頻器廠商的合作，將主控制器集成到變頻器內(nèi)，避免資源的浪費(fèi)。另一方面，將控制功能合理地分散到各地的控制模塊中，由各控制器完成基本的數(shù)據(jù)處理和控制功能，再通過可靠、實(shí)時(shí)的CAN總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的串行通訊，減輕了主控制器的負(fù)擔(dān)，提高了電梯控制系統(tǒng)的安全性、實(shí)時(shí)性。最后，總線化、模塊化的設(shè)計(jì)提高了電梯系統(tǒng)的通用性。