貴州師范大學(xué)　惠林虎　肖文君　王　義

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電梯控制系統(tǒng)CAN總線通信故障研究分析

貴州師范大學(xué)惠林虎肖文君王義

采用CAN總線技術(shù)可以大幅度地提高電梯內(nèi)部的通訊效率，減少信號傳輸電纜，提高電梯的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。CAN總線技術(shù)可以針對電梯內(nèi)部通信的節(jié)點(diǎn)的規(guī)模大小，配置不同的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，非常適合用于電梯內(nèi)部的通信這樣遠(yuǎn)的距離、節(jié)點(diǎn)分散的現(xiàn)場環(huán)境。本文分析了電梯CAN總線中可能遇到的故障，并且究其原因給出了指導(dǎo)性意見，具有一定的理論意義和實(shí)際意義。

電梯控制；CAN總線；通信故障；TCM系統(tǒng)

0　引言

電梯作為高層建筑的交通工具，其安全性的重要不言而喻［1］。電梯的數(shù)據(jù)通信應(yīng)保證實(shí)時性、安全性、經(jīng)濟(jì)性，穩(wěn)定可靠的通信對電梯的運(yùn)行效率和服務(wù)質(zhì)量具有十分重要的作用［2］。電梯數(shù)據(jù)通信部分的主要功能是將面向乘客的呼梯單元、轎內(nèi)操縱單元以及面向維保人員的轎頂、底坑、井道單元和機(jī)房的控制單元連接起來。這些控制單元之間傳輸著大量的數(shù)據(jù)［3］。面向乘客部分的通信數(shù)據(jù)如廳外呼梯信號、對召喚的響應(yīng)信號、轎內(nèi)的選層指令信號、應(yīng)答選層的指示燈信號、顯示電梯當(dāng)前位置的指示燈信號等［4］。通信數(shù)據(jù)不僅隨樓層的增高而相應(yīng)增大，而且隨著電梯群控等技術(shù)的出現(xiàn)日益增加。

實(shí)踐證明，采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等自動化手段可方便地實(shí)現(xiàn)電梯內(nèi)部通信過程的自動控制，可以大幅度地提高電梯內(nèi)部的通訊效率，減少信號傳輸電纜，提高電梯的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)［5］。CAN總線技術(shù)現(xiàn)已出現(xiàn)在電梯上，可根據(jù)不同的樓層數(shù)設(shè)置不同的通信節(jié)點(diǎn)，配置不同的網(wǎng)絡(luò)，只用兩根雙絞線彼此相連就可以完成所有的控制功能，實(shí)現(xiàn)起來非常方便［6］。CAN總線技術(shù)非常適合用于電梯內(nèi)部的通信這樣遠(yuǎn)的距離、節(jié)點(diǎn)分散的現(xiàn)場環(huán)境。本文以CAN在蒂森TCM系統(tǒng)中的應(yīng)用展開討論，對電梯的CAN總線通信故障研究其產(chǎn)生的原因，并給出處理方案，為電梯可靠穩(wěn)定的運(yùn)行提供相應(yīng)的理論和技術(shù)支持。

1　TCM系統(tǒng)中的CAN總線

TCM系統(tǒng)主要由三條總線組成：本地總線，井道總線（包括轎廂總線）以及群控總線。這些總線將機(jī)房的主控制器、樓層的呼梯控制器及顯示器、轎廂內(nèi)的控制板等單元有機(jī)的連接在了一起。這些控制板都具有CAN通信功能。圖1為TCM系統(tǒng)中轎內(nèi)控制板MF3板的CAN通訊接口。

圖1　TCM系統(tǒng)中MF3板的CAN通訊接口

TCM控制系統(tǒng)中的CAN總線收發(fā)器使用的為PCA82C251芯片，它為CAN控制器提供了差動發(fā)送和接收能力。CAN控制器使用的為SJA1000芯片，對收到的CAN信號進(jìn)行分析處理。

2　TCM系統(tǒng)中CAN總線故障現(xiàn)象

本文中使用FLUKE190C示波器對TCM系統(tǒng)CAN總線的通訊電壓進(jìn)行采集。圖中示波器A通道采集的是CAN總線CAN-Low的電壓波形，B通道采集的是CAN總線CAN-High的電壓波。圖2為正常工作中CAN總線的通訊電壓。

圖2　TCM系統(tǒng)CAN總線正常通訊電壓

典型故障1：Can-Low與地短接、Can-High與地短接或Can-Low與Can-High與地短接。

由于通訊線頭的銅線裸露外邊或者其他原因?qū)е峦ㄓ嵖偩€Can-Low與地短接、Can-High與地短接或Can-Low與Can-High與地短接，造成通訊故障。圖3為總線CAN通訊線線路接地的電壓波形。

當(dāng)總線CAN通訊線線路接地時，主板會知道通訊出錯，自動重新啟動，將電梯自動平層。在平層的時候，如果在短接之前能平層準(zhǔn)確，電梯就會自動向下一層平層。在這種狀況下，電梯在底層的時候會向上自動平層。若短接前電梯沒有準(zhǔn)確平層，那么，主板重新掃描后，不管電梯在哪個位置（即使在一樓下面），它仍舊向下一層進(jìn)行平層。

圖3　總線CAN通訊線線路接地的電壓波形

典型故障2：Can-Low與Can-High短接。

由于通訊線頭的銅線裸露外邊或者其他原因?qū)е峦ㄓ嵖偩€Can-Low與Can-High線路短接，造成通訊故障。圖4為總線Can-Low與Can-High線路短接的電壓波形。

圖4　總線Can-Low與Can-High線路短接的電壓波形

圖5　CAN通訊在受到干擾的電壓波形

典型故障3：CAN-BUS在通訊過程受干擾影響干擾。

CAN總線的實(shí)際工作電壓為1.5V～5V之間，工作電壓與馬達(dá)動力電源相比甚小。所以在通訊時，如果沒有良好的接地或者屏蔽，總線會受到其他電氣元件的電磁干擾。圖5就是CAN通訊在受到干擾的電壓波形。

如圖5所示，CAN通訊電壓數(shù)值正常，但是在通訊傳輸中很明顯有其他雜志信號疊加，影響傳輸信息，導(dǎo)致CRC校驗(yàn)出錯，引起誤動作。

典型故障4：接地不良所引起的CANBUS通訊故障。

在現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用中，接地不良所引起的CAN總線通訊故障大有所在。電梯的控制柜中，變頻器的輸出動力線必須要與CAN總線分開敷設(shè)，并且將外殼有效接地。若有接地不良，則在電梯運(yùn)行過程中總線通訊會出現(xiàn)如圖6的情況。

圖6　接地不良所引起的CANBUS通訊故障

3　提高電梯CAN網(wǎng)絡(luò)可靠性的若干措施

（1）過流保護(hù)

在各控制板中對82C250進(jìn)行過流保護(hù)，方法為在CAN高和總線、CAN低和總線間分別加一電阻，阻值5Ω為宜。

（2）屏蔽

電梯中CAN的屏蔽主要指控制板的屏蔽和隨行電纜的屏蔽。機(jī)房控制柜必須為金屬材料，保護(hù)不受其他電器的電磁干擾；隨行電纜做好屏蔽過程，并每月檢查是否屏蔽層有損傷狀況。

（3）接地

電梯中接地的不正確會導(dǎo)致很多故障現(xiàn)象。在機(jī)房中首先要保證機(jī)身、機(jī)柜的接地質(zhì)量，其次控制柜內(nèi)各強(qiáng)弱電的接地也必須正確，數(shù)字地和模擬地嚴(yán)格分離；還要注意隨行電纜的接地、轎頂接地、轎內(nèi)控制板接地、呼梯控制板接地，尤其是層門外的呼梯控制板LOP板的接地。

（4）軟件抗干擾

電梯使用的CAN總線軟件抗干擾是指使用先進(jìn)的算法對CAN總線的準(zhǔn)確性和傳輸性能的改善。CAN總線的準(zhǔn)確性主要是指傳輸數(shù)據(jù)的校驗(yàn)方法，傳輸性能是傳輸時間和傳輸準(zhǔn)確度的結(jié)合。既要保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，又要保證傳輸時間短。應(yīng)該結(jié)合先進(jìn)的算法，對電梯CAN中進(jìn)行使用，增強(qiáng)其抗干擾能力。

4　結(jié)論

采用CAN總線技術(shù)可以大幅度地提高電梯內(nèi)部的通訊效率，減少信號傳輸電纜，提高電梯的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。CAN總線技術(shù)可以針對電梯內(nèi)部通信的節(jié)點(diǎn)的規(guī)模大小，配置不同的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，非常適合用于電梯內(nèi)部的通信這樣遠(yuǎn)的距離、節(jié)點(diǎn)分散的現(xiàn)場環(huán)境。本文分析了電梯CAN總線中可能遇到的故障，并且究其原因給出了指導(dǎo)性意見，具有一定的理論意義和實(shí)際意義。

［1］饒運(yùn)濤，鄒繼軍，王進(jìn)宏，鄭勇蕓.現(xiàn)場總線CAN原理與應(yīng)用技術(shù)（第二版）［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2007.

［2］朱昌明，洪致遠(yuǎn)，張惠僑.電梯與自動扶梯［M］.上海:上海交通大學(xué)出版社，2007.

［3］魏立明，孫大偉.基于CAN總線的電梯群監(jiān)控系統(tǒng)研究［J］.電氣應(yīng)用，2016，02:59-63.

［4］蘇紅衛(wèi).基于單片機(jī)和CAN總線的電梯控制設(shè)計(jì)［J］.電子世界，2014，14:31+33.

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［6］吳德平.基于CAN總線的電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.現(xiàn)代建筑電氣，2014，07:18-20.

惠林虎（1986—），山西孝義人，碩士，貴州師范大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院教師。

貴州省科學(xué)技術(shù)基金黔科合J字［2014］2124。