can總線在電梯控制系統中的應用

0can-實現分布式監控的主要特點電梯管理系統通常采用輔助裝置控制。該系統滲透性差，故障高，維護方便，不能滿足所需要求。接著出現了PLC控制,系統性能得到了很大的提高,但是在此類系統中均由一個主控制器實施整個電梯的控制,屬于集中控制系統,主控制器的負擔重,系統的可靠性和靈活性、實時性都不高。另外,集中控制系統中數據的交換需要專用的線路,消耗大量電纜。隨著技術的發展,RS485技術被引入了電梯控制中,系統的經濟性和可靠性得到了一定的提高。但是,RS485只能構成主從式結構的通信網絡,缺少總線沖突仲裁,實時響應能力差,并且采用RS485只是對集中控制有所改善,并沒有完全實現分布式控制,仍然需要相當數量的線纜。由于傳統電梯控制系統不是分布式控制,并且接線過多,安裝復雜,不易更改和擴展,導致系統難以維護和效率低。從實時性、可靠性以及經濟方面考慮,需要對原來的電梯控制系統進行更新。況且,現今的電梯用戶對電梯的要求已不僅僅停留在對系統的安全性、可靠性等基本功能的追求上,他們對電梯的舒適感、效率、自我故障診斷、遠程監控等智能化以及電梯調試,維護的簡便性提出了更高的要求,而這些要求的滿足就需要一種高效率,高可靠性的現場總線技術,以及嵌入式技術來滿足。CAN-bus即控制器局域網,是德國Bosch公司從80年代初為解決汽車中控制與測試儀器之間的數據交換而開發的一種串行數據通信協議,因其良好的可靠性、健壯性和性能價格比,得到了廣泛的應用,被公認為最有前途的現場總線之一。起先,CAN-bus被設計作為汽車環境中的微控制器通信,在車載各電子控制裝置ECU之間交換信息,形成汽車電子控制網絡。比如:發動機管理系統、變速箱控制器、儀表裝備、電子主干系統中,均嵌入CAN控制裝置。作為一種技術先進、可靠性高、功能完善、成本合理的遠程網絡通信控制方式,CAN-bus已被廣泛應用到各個自動化控制系統中。從高速網絡到低價位的多路接線都可以使用CAN-bus。例如,在汽車電子、自動控制、智能大廈、電力系統、安防監控等各領域,CAN-bus都具有不可比擬的優越性。CAN-bus是一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網絡。CAN-bus可實現分布式多機系統,且無主、從機之分;可以用點對點、一點對多點及全局廣播幾種方式傳送和接收數據;直接通信距離最遠可達10km(傳輸率為5kbps),通信速率最高可達1Mbps(傳輸距離為40m);網絡內的節點個數在理論上不受限制。為此,構造分布式電梯微機控制系統,采用CAN總線技術實現電梯各地微機控制器之間的通信,并采用嵌入式技術,實現控制系統的模塊化設計,不但使得系統可靠性、實時性、經濟性得以提高,并且具有可擴展性,方便了系統的更新升級。1can總線通信特點電梯控制系統有模塊化、嵌入式、經濟、節能高品質趨勢。該電梯系統就是采用總線技術、嵌入式技術、模塊化設計,可以使系統達到節約成本、經濟運行、節能以及高品質的目的。圖1所示為基于CAN-bus的電梯控制系統結構圖,按結構可以分為以下4大部分:主控模塊、轎廂控制單元、廳外控制單元和群控調度單元。其中,主控模塊、轎廂控制單元、廳外控制單元通過CAN1連接,實現基本信息的采集和控制指令的發送,群控調度器通過CAN2與主控模塊和廳外主站之間進行通信,完成多臺電梯之間的調度問題。之所以在電梯控制中采用CAN-bus,是因為CAN-bus在實時響應能力、抗干擾性、可靠性等方面存在以下技術優勢:CAN總線豐富的優先級別和總線沖突仲裁方式,能夠實現電梯通信系統主控制器、廳外呼梯控制器和轎廂控制器間多主工作方式,提高電梯的實時響應能力;CAN總線上某一節點出現嚴重故障時,具有自動關閉功能,以切斷該節點與總線的聯系,不影響其他節點的正常工作,使電梯系統具有很高的抗干擾性;CAN總線有強大的錯誤檢測和處理機制,每幀信息都有硬件CRC校驗措施,保證了極低的數據出錯率,能提高電梯系統通信可靠性;CAN總線通信傳輸距離遠,通信速率很高,直接通信距離最遠可達l0km(速率5kbps以下),通信速率最高可達1Mbps(此時通信距離最長40m),此外,CAN總線只需一對雙絞線通過網絡拓撲結構連接即可,安裝極為方便;對于不同樓層數的控制系統,只需在CAN總線中加入相應數目的呼梯控制器,并在主控器的軟件上做微小改動即可,使得電梯控制系統安裝更加靈活,擴展方便。另外,由于采用了CAN-bus,通過嵌入式技術可以很方便的實現電梯控制系統設計的模塊化,硬件軟件設計都依照模塊化設計來實現,不但方便了系統的開發,更方便了系統的升級和維護。由于CAN總線具有以上優點,在群控電梯通信系統中,采用了更可靠、實時響應能力更強、易于實現模塊化設計和分布式控制的CAN總線通信方式。主控單元包括常規功能和外圍功能兩部分,常規功能部分包括:電源、安全回路、井道信息、變頻器、曳引機、機房召回盒、服務按鈕和報閘系統等,這些都是一臺電梯運行所不可缺少的。可以看出,所有功能都進行了模塊化設計,方便了系統的設計、升級,以及出現問題時的維修。外圍功能包括:手執調試工具、PC端調試監控平臺、跟蹤黑盒子和遠程監控單元等,其中手執調試工具方便了現場的調試,PC端調試監控平臺是功能更加強大的調試平臺,多在系統開發階段應用,跟蹤黑盒子可以實時的記錄系統的相關信息,在系統出現問題的時候可以作為查找問題的依據,同時也可作為遠程監控中心的數據庫,通過遠程監控單元不用來到現場就可以方便的進行系統的監控和診斷,方便了系統的維護。轎廂控制單元包括內召、顯示、開關門、稱重、風扇、照明、轎頂檢修以及司機運行開關、消防運行開關、報警指示、超載知識等其他服務功能。廳外控制單元包括廳外控制主站和從站兩部分,主站負責接收來自從站的信息,并把這些信息發送給電梯主控模塊和群控調度器,以實現多梯群控調度功能以及主站相關功能的響應,另外,廳外從站也通過廳外主站獲取主控模塊發來的顯示信息等。群控調度器主要負責與電梯主控模塊和廳外控制主站的通信,接收來自廳外主站的外召信息和來自電梯主控模塊的關于電梯位置、運行方向、服務模式等信息,依據此信息發送外召登記給廳外從站進行登記,并依據調度算法對廳外召喚進行調度,把派梯信息發送給相關電梯,實現電梯的群控。2硬件環境的選擇和軟件的實現2.1廳外從站節點處理器在功能結構定義的基礎上,再進行各個節點的硬件設計和軟件設計,以及單個節點的調試,最后是整個系統的統一調試。硬件設計的首要任務是進行器件的選型,根據各個節點數據量大小,主控模塊選擇的是ARM32位處理器,轎廂節點、廳外主站節點和數據記錄器選擇ARM16位處理器,廳外從站節點處理器為ARM的8位處理器。其中主站節點功能最多,圖2所示為主站節點結構圖。CAN1用于轎廂、廳外節點和主控模塊之間的通信,CAN2用于群控調度器與廳外節點和主控模塊之間進行與調度相關信息的通信,將群控調度與其他信息區分開來可以達到提高群控調度效率的目的。UART1用于PC端系統監控,UART2用于數據記錄器的數據跟蹤。I2C用于EEPROM的連接以存儲印板制造商信息,SPI作為擴展接口以作備用。高速I/O用于進行井道信息等需要高速通信的信息,常速I/O則進行一般的輸入輸出信息通信。以太網接口以便遠程監控系統的實現。CAN總線通信的硬件實現是通過獨立CAN總線控制器SJA1000和CAN收發器82C250來實現的。SJA1000具有完成CAN高性能通信協議所要求的全部必要特性,可完成物理層和數據鏈路層的所有功能,通過82C250實現與物理總線的連接。2.2主節點單梯調度程序流程在軟件設計之前,首先在功能定義的基礎上對軟件進行了層次結構分類。針對主控模塊,可以分為硬件驅動層、業務處理層和數據通信層三個層次。硬件驅動層主要解決各種硬件的驅動問題,業務處理層主要完成輸入輸出、控制、調度等功能,數據通信層則是實現硬件之間的通信。采用分層結構,實現了系統的層次性和模塊化,不僅有利于軟件設計和調試,避免了相同模塊的重復開發,并且方便了系統的擴展。在進行具體的程序編制之前,還應該進行數據定義,明確每個節點所包括的數據類型和數據多少,比如每個CAN節點所包含的輸入輸出數據類型和多少。在完成以上工作的基礎上了,就可以進行程序的編制。主節點單梯調度程序流程如圖3所示。如果電梯進入消防狀態,則電梯就近?？块_門,并且不響應外召。電梯處于檢修狀態后,電梯則以檢修速度運行,依據檢修需要可以任意?？?不響應任何外召。啟動司機運行功能后,電梯不同于正常運行時的自動運行,而是由司機決定運行方向,以及停靠樓層,開關門。在處理完特殊情況以后,依據處理后得到的信息,以及接收到的相關信息,依據同向原則等進行電梯運行調度,得到調度結果,控制程序即依據這一信息進行運行控制?，F在的建筑物比如商務樓、賓館等大都不止一臺電梯,當有多臺電梯存在時,為了達到好的效果,就必須在滿足幾個指標的基礎上對多臺電梯進行調度。具體的指標有乘客等待時間最短,電梯消耗最小能耗等,而具體的派梯策略可以通過相應算法來實現,比如采用模糊邏輯、神經網絡、進化算法等方法來實現群控調度。在具體調度時要進行外召信號、電梯運行方向和位置等信號的采集,以及各臺電梯相關特殊信號的采集,如司機運行狀態、滿載、超載、消防運行、緊急運行等信號。在這些信號的基礎上,利用調度算法獲得具體的派梯信號,并將此信號傳輸給電梯控制器,各電梯控制器依據此