can總線在電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

can總線在電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

0can-實(shí)現(xiàn)分布式監(jiān)控的主要特點(diǎn)電梯管理系統(tǒng)通常采用輔助裝置控制。該系統(tǒng)滲透性差，故障高，維護(hù)方便，不能滿足所需要求。接著出現(xiàn)了PLC控制,系統(tǒng)性能得到了很大的提高,但是在此類系統(tǒng)中均由一個(gè)主控制器實(shí)施整個(gè)電梯的控制,屬于集中控制系統(tǒng),主控制器的負(fù)擔(dān)重,系統(tǒng)的可靠性和靈活性、實(shí)時(shí)性都不高。另外,集中控制系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的交換需要專用的線路,消耗大量電纜。隨著技術(shù)的發(fā)展,RS485技術(shù)被引入了電梯控制中,系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性得到了一定的提高。但是,RS485只能構(gòu)成主從式結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò),缺少總線沖突仲裁,實(shí)時(shí)響應(yīng)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(shí)現(xiàn)分布式控制,仍然需要相當(dāng)數(shù)量的線纜。由于傳統(tǒng)電梯控制系統(tǒng)不是分布式控制,并且接線過多,安裝復(fù)雜,不易更改和擴(kuò)展,導(dǎo)致系統(tǒng)難以維護(hù)和效率低。從實(shí)時(shí)性、可靠性以及經(jīng)濟(jì)方面考慮,需要對原來的電梯控制系統(tǒng)進(jìn)行更新。況且,現(xiàn)今的電梯用戶對電梯的要求已不僅僅停留在對系統(tǒng)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(yuǎn)程監(jiān)控等智能化以及電梯調(diào)試,維護(hù)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(xiàn)場總線技術(shù),以及嵌入式技術(shù)來滿足。CAN-bus即控制器局域網(wǎng),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(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議,因其良好的可靠性、健壯性和性能價(jià)格比,得到了廣泛的應(yīng)用,被公認(rèn)為最有前途的現(xiàn)場總線之一。起先,CAN-bus被設(shè)計(jì)作為汽車環(huán)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(wǎng)絡(luò)。比如:發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)、變速箱控制器、儀表裝備、電子主干系統(tǒng)中,均嵌入CAN控制裝置。作為一種技術(shù)先進(jìn)、可靠性高、功能完善、成本合理的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通信控制方式,CAN-bus已被廣泛應(yīng)用到各個(gè)自動化控制系統(tǒng)中。從高速網(wǎng)絡(luò)到低價(jià)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(tǒng)、安防監(jiān)控等各領(lǐng)域,CAN-bus都具有不可比擬的優(yōu)越性。CAN-bus是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。CAN-bus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)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(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)10km(傳輸率為5kbps),通信速率最高可達(dá)1Mbps(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。為此,構(gòu)造分布式電梯微機(jī)控制系統(tǒng),采用CAN總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)電梯各地微機(jī)控制器之間的通信,并采用嵌入式技術(shù),實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì),不但使得系統(tǒng)可靠性、實(shí)時(shí)性、經(jīng)濟(jì)性得以提高,并且具有可擴(kuò)展性,方便了系統(tǒng)的更新升級。1can總線通信特點(diǎn)電梯控制系統(tǒng)有模塊化、嵌入式、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能高品質(zhì)趨勢。該電梯系統(tǒng)就是采用總線技術(shù)、嵌入式技術(shù)、模塊化設(shè)計(jì),可以使系統(tǒng)達(dá)到節(jié)約成本、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、節(jié)能以及高品質(zhì)的目的。圖1所示為基于CAN-bus的電梯控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,按結(jié)構(gòu)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(diào)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(shí)現(xiàn)基本信息的采集和控制指令的發(fā)送,群控調(diào)度器通過CAN2與主控模塊和廳外主站之間進(jìn)行通信,完成多臺電梯之間的調(diào)度問題。之所以在電梯控制中采用CAN-bus,是因?yàn)镃AN-bus在實(shí)時(shí)響應(yīng)能力、抗干擾性、可靠性等方面存在以下技術(shù)優(yōu)勢:CAN總線豐富的優(yōu)先級別和總線沖突仲裁方式,能夠?qū)崿F(xiàn)電梯通信系統(tǒng)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(shí)時(shí)響應(yīng)能力;CAN總線上某一節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí),具有自動關(guān)閉功能,以切斷該節(jié)點(diǎn)與總線的聯(lián)系,不影響其他節(jié)點(diǎn)的正常工作,使電梯系統(tǒng)具有很高的抗干擾性;CAN總線有強(qiáng)大的錯誤檢測和處理機(jī)制,每幀信息都有硬件CRC校驗(yàn)措施,保證了極低的數(shù)據(jù)出錯率,能提高電梯系統(tǒng)通信可靠性;CAN總線通信傳輸距離遠(yuǎn),通信速率很高,直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)l0km(速率5kbps以下),通信速率最高可達(dá)1Mbps(此時(shí)通信距離最長40m),此外,CAN總線只需一對雙絞線通過網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接即可,安裝極為方便;對于不同樓層數(shù)的控制系統(tǒng),只需在CAN總線中加入相應(yīng)數(shù)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(tǒng)安裝更加靈活,擴(kuò)展方便。另外,由于采用了CAN-bus,通過嵌入式技術(shù)可以很方便的實(shí)現(xiàn)電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的模塊化,硬件軟件設(shè)計(jì)都依照模塊化設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn),不但方便了系統(tǒng)的開發(fā),更方便了系統(tǒng)的升級和維護(hù)。由于CAN總線具有以上優(yōu)點(diǎn),在群控電梯通信系統(tǒng)中,采用了更可靠、實(shí)時(shí)響應(yīng)能力更強(qiáng)、易于實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)和分布式控制的CAN總線通信方式。主控單元包括常規(guī)功能和外圍功能兩部分,常規(guī)功能部分包括:電源、安全回路、井道信息、變頻器、曳引機(jī)、機(jī)房召回盒、服務(wù)按鈕和報(bào)閘系統(tǒng)等,這些都是一臺電梯運(yùn)行所不可缺少的?？梢钥闯?所有功能都進(jìn)行了模塊化設(shè)計(jì),方便了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、升級,以及出現(xiàn)問題時(shí)的維修。外圍功能包括:手執(zhí)調(diào)試工具、PC端調(diào)試監(jiān)控平臺、跟蹤黑盒子和遠(yuǎn)程監(jiān)控單元等,其中手執(zhí)調(diào)試工具方便了現(xiàn)場的調(diào)試,PC端調(diào)試監(jiān)控平臺是功能更加強(qiáng)大的調(diào)試平臺,多在系統(tǒng)開發(fā)階段應(yīng)用,跟蹤黑盒子可以實(shí)時(shí)的記錄系統(tǒng)的相關(guān)信息,在系統(tǒng)出現(xiàn)問題的時(shí)候可以作為查找問題的依據(jù),同時(shí)也可作為遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)庫,通過遠(yuǎn)程監(jiān)控單元不用來到現(xiàn)場就可以方便的進(jìn)行系統(tǒng)的監(jiān)控和診斷,方便了系統(tǒng)的維護(hù)。轎廂控制單元包括內(nèi)召、顯示、開關(guān)門、稱重、風(fēng)扇、照明、轎頂檢修以及司機(jī)運(yùn)行開關(guān)、消防運(yùn)行開關(guān)、報(bào)警指示、超載知識等其他服務(wù)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(fù)責(zé)接收來自從站的信息,并把這些信息發(fā)送給電梯主控模塊和群控調(diào)度器,以實(shí)現(xiàn)多梯群控調(diào)度功能以及主站相關(guān)功能的響應(yīng),另外,廳外從站也通過廳外主站獲取主控模塊發(fā)來的顯示信息等。群控調(diào)度器主要負(fù)責(zé)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(guān)于電梯位置、運(yùn)行方向、服務(wù)模式等信息,依據(jù)此信息發(fā)送外召登記給廳外從站進(jìn)行登記,并依據(jù)調(diào)度算法對廳外召喚進(jìn)行調(diào)度,把派梯信息發(fā)送給相關(guān)電梯,實(shí)現(xiàn)電梯的群控。2硬件環(huán)境的選擇和軟件的實(shí)現(xiàn)2.1廳外從站節(jié)點(diǎn)處理器在功能結(jié)構(gòu)定義的基礎(chǔ)上,再進(jìn)行各個(gè)節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì),以及單個(gè)節(jié)點(diǎn)的調(diào)試,最后是整個(gè)系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)試。硬件設(shè)計(jì)的首要任務(wù)是進(jìn)行器件的選型,根據(jù)各個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)量大小,主控模塊選擇的是ARM32位處理器,轎廂節(jié)點(diǎn)、廳外主站節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)記錄器選擇ARM16位處理器,廳外從站節(jié)點(diǎn)處理器為ARM的8位處理器。其中主站節(jié)點(diǎn)功能最多,圖2所示為主站節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖。CAN1用于轎廂、廳外節(jié)點(diǎn)和主控模塊之間的通信,CAN2用于群控調(diào)度器與廳外節(jié)點(diǎn)和主控模塊之間進(jìn)行與調(diào)度相關(guān)信息的通信,將群控調(diào)度與其他信息區(qū)分開來可以達(dá)到提高群控調(diào)度效率的目的。UART1用于PC端系統(tǒng)監(jiān)控,UART2用于數(shù)據(jù)記錄器的數(shù)據(jù)跟蹤。I2C用于EEPROM的連接以存儲印板制造商信息,SPI作為擴(kuò)展接口以作備用。高速I/O用于進(jìn)行井道信息等需要高速通信的信息,常速I/O則進(jìn)行一般的輸入輸出信息通信。以太網(wǎng)接口以便遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。CAN總線通信的硬件實(shí)現(xiàn)是通過獨(dú)立CAN總線控制器SJA1000和CAN收發(fā)器82C250來實(shí)現(xiàn)的。SJA1000具有完成CAN高性能通信協(xié)議所要求的全部必要特性,可完成物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的所有功能,通過82C250實(shí)現(xiàn)與物理總線的連接。2.2主節(jié)點(diǎn)單梯調(diào)度程序流程在軟件設(shè)計(jì)之前,首先在功能定義的基礎(chǔ)上對軟件進(jìn)行了層次結(jié)構(gòu)分類。針對主控模塊,可以分為硬件驅(qū)動層、業(yè)務(wù)處理層和數(shù)據(jù)通信層三個(gè)層次。硬件驅(qū)動層主要解決各種硬件的驅(qū)動問題,業(yè)務(wù)處理層主要完成輸入輸出、控制、調(diào)度等功能,數(shù)據(jù)通信層則是實(shí)現(xiàn)硬件之間的通信。采用分層結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的層次性和模塊化,不僅有利于軟件設(shè)計(jì)和調(diào)試,避免了相同模塊的重復(fù)開發(fā),并且方便了系統(tǒng)的擴(kuò)展。在進(jìn)行具體的程序編制之前,還應(yīng)該進(jìn)行數(shù)據(jù)定義,明確每個(gè)節(jié)點(diǎn)所包括的數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)多少,比如每個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)所包含的輸入輸出數(shù)據(jù)類型和多少。在完成以上工作的基礎(chǔ)上了,就可以進(jìn)行程序的編制。主節(jié)點(diǎn)單梯調(diào)度程序流程如圖3所示。如果電梯進(jìn)入消防狀態(tài),則電梯就近?？块_門,并且不響應(yīng)外召。電梯處于檢修狀態(tài)后,電梯則以檢修速度運(yùn)行,依據(jù)檢修需要可以任意?？?不響應(yīng)任何外召。啟動司機(jī)運(yùn)行功能后,電梯不同于正常運(yùn)行時(shí)的自動運(yùn)行,而是由司機(jī)決定運(yùn)行方向,以及?？繕菍?開關(guān)門。在處理完特殊情況以后,依據(jù)處理后得到的信息,以及接收到的相關(guān)信息,依據(jù)同向原則等進(jìn)行電梯運(yùn)行調(diào)度,得到調(diào)度結(jié)果,控制程序即依據(jù)這一信息進(jìn)行運(yùn)行控制?，F(xiàn)在的建筑物比如商務(wù)樓、賓館等大都不止一臺電梯,當(dāng)有多臺電梯存在時(shí),為了達(dá)到好的效果,就必須在滿足幾個(gè)指標(biāo)的基礎(chǔ)上對多臺電梯進(jìn)行調(diào)度。具體的指標(biāo)有乘客等待時(shí)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(yīng)算法來實(shí)現(xiàn),比如采用模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、進(jìn)化算法等方法來實(shí)現(xiàn)群控調(diào)度。在具體調(diào)度時(shí)要進(jìn)行外召信號、電梯運(yùn)行方向和位置等信號的采集,以及各臺電梯相關(guān)特殊信號的采集,如司機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、滿載、超載、消防運(yùn)行、緊急運(yùn)行等信號。在這些信號的基礎(chǔ)上,利用調(diào)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(jù)此