劉振濤 唐明新

摘要：電梯是應(yīng)用于高層建筑的大型運輸設(shè)備，傳統(tǒng)的電梯控制系統(tǒng)中采用PLC和繼電器來實現(xiàn)電梯的控制。這種控制方式屬于集中式控制，主控器承載的任務(wù)量較為繁重，這種通訊的點對點連接對于高層樓宇而言是十分不方便的，即使是基于485的總線控制系統(tǒng)，其主從的工作方式，也令主站的任務(wù)量巨大，對其依賴性很強，容易導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。文采用CAN總線，利用串行通訊方式來實現(xiàn)電梯各個部分的通訊，結(jié)合三合自動化公司生產(chǎn)的智能控件，對各個模塊做出了設(shè)計。電梯主控器、轎廂控制器和外呼控制器通過解析CAN總線的數(shù)據(jù)來實現(xiàn)電梯的通訊和控制。同時這種控制方式屬于分布式控制，大大較少了主控器的任務(wù)量，同時也極大的提高了電梯系統(tǒng)的執(zhí)行效率。

關(guān)鍵詞：CAN總線；主控器；電梯控制系統(tǒng)；節(jié)點

隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，高層建筑數(shù)目與日俱增。電梯系統(tǒng)作為一種重要的室內(nèi)運輸工具，其必須具有很高的安全性和實時性。電梯控制系統(tǒng)主要由門廳外呼系統(tǒng)、轎廂內(nèi)呼系統(tǒng)、門機系統(tǒng)和主控系統(tǒng)組成，同時也涉及大量的數(shù)據(jù)傳輸工作，包括呼叫樓層信號、轎內(nèi)召喚樓層信號、電梯位置信號、電梯狀態(tài)信號和電梯速度信號等等。這些信號的數(shù)量和樓層數(shù)成一定的正比關(guān)系。如果采用傳統(tǒng)的PLC點對點控制，對于高層樓宇來說，使用的線路數(shù)量會相當(dāng)多，因此主控器的I/O點也要求和線路數(shù)量相當(dāng)，顯然這種要求十分苛刻，并且電梯的后期維護麻煩、成本過高，也不利于電梯的安裝。

國內(nèi)一般采用RS485標(biāo)準(zhǔn)較多，這種通訊協(xié)議都是一種基于主從式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)只允許一個節(jié)點作為主站[1]，該主站節(jié)點一旦出現(xiàn)故障，系統(tǒng)將處于癱瘓狀態(tài)，因此很依賴主節(jié)點，并且這種通訊方式是“問答式”的，命令的發(fā)出和相應(yīng)使得數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)增多，影響系統(tǒng)的傳輸效率，沒有較好的實時性，并且錯誤校驗的能力也不強。而CAN總線則具有很好的實時性和校驗?zāi)芰Γ且环N多主模式的總線[2]，其連接方式也很簡單，采用一對雙絞線，通過串行通訊的方式將電梯的主控部分、轎廂部分、外呼部分和門機部分進行連接即可。由于CAN總線任意節(jié)點可以在任何時刻進行信息的發(fā)送和接收，同時由于其具有良好的總線仲裁技術(shù)，可使得總線的沖突時間減少，大大提高了通訊網(wǎng)絡(luò)的實時性。 從它的信息幀發(fā)送方式來說，其擁有良好的信息幀檢測方式，傳輸距離可達10KM，信息傳輸速度也很可觀，因此CAN總線比較適合應(yīng)用于電梯控制系統(tǒng)中。這種布局也使得系統(tǒng)各個模塊的作用更為明顯，這種模塊化十分明顯的設(shè)計也在各個領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用。本論文以CAN總線為通訊前提，以兼容CAN總線的大連三合自動化研究的智能控件為核心，設(shè)計電梯控制系統(tǒng)。

1 基于SHCAN總線的電梯系統(tǒng)的設(shè)計

電梯控制系統(tǒng)如圖1所示，其主要分為兩部分，即電氣控制系統(tǒng)和電力拖動系統(tǒng)。其中電力拖動系統(tǒng)由變頻器、永磁同步電機、減速裝置和光電編碼器組成。變頻器通過主控器的控制來對電機的轉(zhuǎn)速進行控制，同時電機的轉(zhuǎn)速通過光電編碼器來進行記錄，并將電梯轎廂位置的信息反饋給主控器6202，從而實現(xiàn)電梯轎廂位置的判斷。[5]而電氣控制主要由主控器控制、轎廂控制器控制和外呼控制器控制組成。

2 電梯主控節(jié)點的設(shè)計

當(dāng)門廳呼叫信號或者轎廂內(nèi)召信號產(chǎn)生時，該信號通過總線傳輸被主控器6202接收，主控器6102結(jié)合轎廂節(jié)點發(fā)送的樓層信息以及光電編碼器產(chǎn)生的速度信息來執(zhí)行相應(yīng)的上行或下行動作控制。同時可以對各個樓層的呼叫信號進行記憶或消號，主控器也會將上下行信息發(fā)送至總線，門廳節(jié)點和轎廂節(jié)點則對其進行接收和顯示。SH6202智能控件擁有AI、AO、DI、DO四種接口，并且可以進行端口擴展，同時其具有頻率計數(shù)功能，可以實現(xiàn)對光電編碼器的計數(shù)操作。主控器可以實現(xiàn)位置數(shù)據(jù)的記錄、相關(guān)參數(shù)設(shè)置和變量的測量[6]，主控器的通信原理圖如圖2所示。

同時主控器也會采集電梯系統(tǒng)的一些監(jiān)控信息，比如平層開關(guān)信號、限位信號以及電梯門開關(guān)狀態(tài)等信息。同時和轎廂節(jié)點、門機節(jié)點以及外呼節(jié)點進行實時通信。主控制器采集電梯井道內(nèi)的一些安全信號、平層開關(guān)信號、門系統(tǒng)信號以及一些開關(guān)的反饋信號。[7]主控器的具體設(shè)計圖下圖3所示。其中變頻器的反饋信號有電梯停止信號、運行信號、減速信號、欲開門信號以及故障信號，將這些信號的輸出端由繼電器來進行控制，通過繼電器的動作來實現(xiàn)6202的輸入，從而保證主控器對變頻器的及時控制。

三合智能控件6202具有16路DI，9路DO，可以實現(xiàn)通過I/O口與變頻器進行通信來達到控制效果，同時為了減少電梯移動電纜的連接數(shù)量，我們采用光電編碼器來檢測電梯的位置[8]，將這種編碼信號反饋給主控器，由于6202中沒有能進行頻率計數(shù)的功能，這里需要用到三合另一個智能控件6102。6102具有8路AI，2路AO，5路DI和5路DO，同時也有頻率計數(shù)FI端子。在上圖的擴展模塊中，我們引用6102的頻率計數(shù)功能的FI電子和DO功能，一方面實現(xiàn)主控器6202（6102）對光電編碼脈沖的檢測，從而達到電梯轎廂位置的跟蹤，另一方面，也是為了擴展6102的DO端口，實現(xiàn)與變頻器的通訊。同時主控節(jié)點為了與轎廂節(jié)點和外呼節(jié)點進行通訊，通過CAN總線連接在一個局域網(wǎng)中即可，而6202和6102具有CAN總線端口，可以實現(xiàn)電梯系統(tǒng)高效的串行通訊。

3 轎廂節(jié)點設(shè)計

電梯轎廂控制器承擔(dān)內(nèi)召任務(wù)，同時它也要對電梯的運行信息進行顯示，包括轎廂的位置、運行的方向。通過CAN通訊來實現(xiàn)信號傳輸，向主控器發(fā)出樓層呼叫信息。除了呼叫信息，電梯轎廂還可能出現(xiàn)運行模式信號，比如司機模式、直駛模式等等，這些信號都是從轎廂節(jié)點發(fā)出的。主控器接收到信息諸如選層、電梯狀態(tài)信息，在通過CAN總線進行進行信息的反饋，例如轎廂超載報警就是通過主控器的反饋信號來執(zhí)行的，在此期間，轎廂門不關(guān)閉，電梯系統(tǒng)抱閘，電梯平常并且電動機不動作，警鈴報警和顯示超載，從而確保乘客的人身安全。轎廂的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下4所示

4 外呼控制器設(shè)計

外呼控制器的作用和轎廂控制器類似，都需要采集電梯的呼叫信號，以及電梯運行方向和樓層數(shù)的顯示，值得一提的時在電梯系統(tǒng)的基站需要設(shè)置鎖梯開關(guān)、消防開關(guān)。利用CAN總線通訊的特點，不同樓層對外呼信息的ID編碼不同[9]，從而使主控器可以判斷呼叫的樓層數(shù)目，從而更準(zhǔn)確的傳達給變頻器。在電梯正常運行期間，外呼節(jié)點將上呼下呼請求通過CAN總線傳給主控器，主控器通過脈沖數(shù)判斷電梯的運行樓層，將該樓層信息傳送至總線，從而使外呼節(jié)點和轎廂節(jié)點內(nèi)部顯示電梯的運行樓層。[10]外呼節(jié)點的原理圖如下圖5所示。

5 總結(jié)

基于SHCAN總線的電梯系統(tǒng)的運行原理為：電梯的變頻器先啟動自學(xué)習(xí)模式，即通過6202的DO8+這個端口通知變頻器進行自學(xué)習(xí)，在自學(xué)習(xí)模式下，電梯從建筑的底層開始向上緩慢運行，在上升過程中，每個平層都有光電感應(yīng)器，電梯經(jīng)過平層時，電梯轎廂的擋板部分會產(chǎn)生隔離信號，隔離信號從轎廂節(jié)點出發(fā)，通過CAN總線傳輸給主控器，主控器向變頻器的上平層和下平層端子輸入信號，提示電梯此時此刻的位置，當(dāng)電梯到達轎廂的頂層時，自學(xué)習(xí)結(jié)束。在這個自學(xué)習(xí)過程中，變頻器記錄了轎廂各個平層時刻的脈沖數(shù)，同時根據(jù)脈沖的分布，自行的產(chǎn)生電梯的加速和減速的位置。這種情況下，變頻器需要設(shè)定為距離控制方式。當(dāng)外呼節(jié)點發(fā)出呼梯請求時，請求信號通過CAN總線傳輸達到主控器端，主控器根據(jù)CAN通訊中的編碼信息來識別樓層，并激活FLE端子，提示變頻器需要記錄呼叫的樓層，呼叫的樓層通過擴展的I/O端子從變頻器的X1、X2、X3和X4端輸入，通過四個端子的排列組合的輸入方式，進行呼梯層數(shù)的記錄。因此這種基于SHCAN總線的控制方式，可以減少很多線纜的連接，，同時應(yīng)用三合智能控件6102和6202來完成主控設(shè)計，現(xiàn)場各部分職能分工明確，對于主控器的依賴性減少，同時也方便電梯現(xiàn)場的安裝和使用。

參考文獻：

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[10]朱德文.電梯交通系統(tǒng)的智能控制與應(yīng)用.長春：吉林大學(xué)出版社，2002.

作者簡介：劉振濤（1990），男，漢族，遼寧大連人，研究生在讀，研究方向：工業(yè)綜合自動化與先進控制技術(shù)。

〖HTH〗*通訊作者：〖HTK〗唐明新，男，漢族，遼寧大連人，教授，研究方向：工業(yè)綜合自動化與先進控制技術(shù)。