can总线在电梯控制系统中的应用

can总线在电梯控制系统中的应用

0can-实现分布式监控的主要特点电梯管理系统通常采用辅助装置控制。该系统渗透性差，故障高，维护方便，不能满足所需要求。接着出现了PLC控制,系统性能得到了很大的提高,但是在此类系统中均由一个主控制器实施整个电梯的控制,属于集中控制系统,主控制器的负担重,系统的可靠性和灵活性、实时性都不高。另外,集中控制系统中数据的交换需要专用的线路,消耗大量电缆。随着技术的发展,RS485技术被引入了电梯控制中,系统的经济性和可靠性得到了一定的提高。但是,RS485只能构成主从式结构的通信网络,缺少总线冲突仲裁,实时响应能力差,并且采用RS485只是对集中控制有所改善,并没有完全实现分布式控制,仍然需要相当数量的线缆。由于传统电梯控制系统不是分布式控制,并且接线过多,安装复杂,不易更改和扩展,导致系统难以维护和效率低。从实时性、可靠性以及经济方面考虑,需要对原来的电梯控制系统进行更新。况且,现今的电梯用户对电梯的要求已不仅仅停留在对系统的安全性、可靠性等基本功能的追求上,他们对电梯的舒适感、效率、自我故障诊断、远程监控等智能化以及电梯调试,维护的简便性提出了更高的要求,而这些要求的满足就需要一种高效率,高可靠性的现场总线技术,以及嵌入式技术来满足。CAN-bus即控制器局域网,是德国Bosch公司从80年代初为解决汽车中控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议,因其良好的可靠性、健壮性和性能价格比,得到了广泛的应用,被公认为最有前途的现场总线之一。起先,CAN-bus被设计作为汽车环境中的微控制器通信,在车载各电子控制装置ECU之间交换信息,形成汽车电子控制网络。比如:发动机管理系统、变速箱控制器、仪表装备、电子主干系统中,均嵌入CAN控制装置。作为一种技术先进、可靠性高、功能完善、成本合理的远程网络通信控制方式,CAN-bus已被广泛应用到各个自动化控制系统中。从高速网络到低价位的多路接线都可以使用CAN-bus。例如,在汽车电子、自动控制、智能大厦、电力系统、安防监控等各领域,CAN-bus都具有不可比拟的优越性。CAN-bus是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。CAN-bus可实现分布式多机系统,且无主、从机之分;可以用点对点、一点对多点及全局广播几种方式传送和接收数据;直接通信距离最远可达10km(传输率为5kbps),通信速率最高可达1Mbps(传输距离为40m);网络内的节点个数在理论上不受限制。为此,构造分布式电梯微机控制系统,采用CAN总线技术实现电梯各地微机控制器之间的通信,并采用嵌入式技术,实现控制系统的模块化设计,不但使得系统可靠性、实时性、经济性得以提高,并且具有可扩展性,方便了系统的更新升级。1can总线通信特点电梯控制系统有模块化、嵌入式、经济、节能高品质趋势。该电梯系统就是采用总线技术、嵌入式技术、模块化设计,可以使系统达到节约成本、经济运行、节能以及高品质的目的。图1所示为基于CAN-bus的电梯控制系统结构图,按结构可以分为以下4大部分:主控模块、轿厢控制单元、厅外控制单元和群控调度单元。其中,主控模块、轿厢控制单元、厅外控制单元通过CAN1连接,实现基本信息的采集和控制指令的发送,群控调度器通过CAN2与主控模块和厅外主站之间进行通信,完成多台电梯之间的调度问题。之所以在电梯控制中采用CAN-bus,是因为CAN-bus在实时响应能力、抗干扰性、可靠性等方面存在以下技术优势:CAN总线丰富的优先级别和总线冲突仲裁方式,能够实现电梯通信系统主控制器、厅外呼梯控制器和轿厢控制器间多主工作方式,提高电梯的实时响应能力;CAN总线上某一节点出现严重故障时,具有自动关闭功能,以切断该节点与总线的联系,不影响其他节点的正常工作,使电梯系统具有很高的抗干扰性;CAN总线有强大的错误检测和处理机制,每帧信息都有硬件CRC校验措施,保证了极低的数据出错率,能提高电梯系统通信可靠性;CAN总线通信传输距离远,通信速率很高,直接通信距离最远可达l0km(速率5kbps以下),通信速率最高可达1Mbps(此时通信距离最长40m),此外,CAN总线只需一对双绞线通过网络拓扑结构连接即可,安装极为方便;对于不同楼层数的控制系统,只需在CAN总线中加入相应数目的呼梯控制器,并在主控器的软件上做微小改动即可,使得电梯控制系统安装更加灵活,扩展方便。另外,由于采用了CAN-bus,通过嵌入式技术可以很方便的实现电梯控制系统设计的模块化,硬件软件设计都依照模块化设计来实现,不但方便了系统的开发,更方便了系统的升级和维护。由于CAN总线具有以上优点,在群控电梯通信系统中,采用了更可靠、实时响应能力更强、易于实现模块化设计和分布式控制的CAN总线通信方式。主控单元包括常规功能和外围功能两部分,常规功能部分包括:电源、安全回路、井道信息、变频器、曳引机、机房召回盒、服务按钮和报闸系统等,这些都是一台电梯运行所不可缺少的。可以看出,所有功能都进行了模块化设计,方便了系统的设计、升级,以及出现问题时的维修。外围功能包括:手执调试工具、PC端调试监控平台、跟踪黑盒子和远程监控单元等,其中手执调试工具方便了现场的调试,PC端调试监控平台是功能更加强大的调试平台,多在系统开发阶段应用,跟踪黑盒子可以实时的记录系统的相关信息,在系统出现问题的时候可以作为查找问题的依据,同时也可作为远程监控中心的数据库,通过远程监控单元不用来到现场就可以方便的进行系统的监控和诊断,方便了系统的维护。轿厢控制单元包括内召、显示、开关门、称重、风扇、照明、轿顶检修以及司机运行开关、消防运行开关、报警指示、超载知识等其他服务功能。厅外控制单元包括厅外控制主站和从站两部分,主站负责接收来自从站的信息,并把这些信息发送给电梯主控模块和群控调度器,以实现多梯群控调度功能以及主站相关功能的响应,另外,厅外从站也通过厅外主站获取主控模块发来的显示信息等。群控调度器主要负责与电梯主控模块和厅外控制主站的通信,接收来自厅外主站的外召信息和来自电梯主控模块的关于电梯位置、运行方向、服务模式等信息,依据此信息发送外召登记给厅外从站进行登记,并依据调度算法对厅外召唤进行调度,把派梯信息发送给相关电梯,实现电梯的群控。2硬件环境的选择和软件的实现2.1厅外从站节点处理器在功能结构定义的基础上,再进行各个节点的硬件设计和软件设计,以及单个节点的调试,最后是整个系统的统一调试。硬件设计的首要任务是进行器件的选型,根据各个节点数据量大小,主控模块选择的是ARM32位处理器,轿厢节点、厅外主站节点和数据记录器选择ARM16位处理器,厅外从站节点处理器为ARM的8位处理器。其中主站节点功能最多,图2所示为主站节点结构图。CAN1用于轿厢、厅外节点和主控模块之间的通信,CAN2用于群控调度器与厅外节点和主控模块之间进行与调度相关信息的通信,将群控调度与其他信息区分开来可以达到提高群控调度效率的目的。UART1用于PC端系统监控,UART2用于数据记录器的数据跟踪。I2C用于EEPROM的连接以存储印板制造商信息,SPI作为扩展接口以作备用。高速I/O用于进行井道信息等需要高速通信的信息,常速I/O则进行一般的输入输出信息通信。以太网接口以便远程监控系统的实现。CAN总线通信的硬件实现是通过独立CAN总线控制器SJA1000和CAN收发器82C250来实现的。SJA1000具有完成CAN高性能通信协议所要求的全部必要特性,可完成物理层和数据链路层的所有功能,通过82C250实现与物理总线的连接。2.2主节点单梯调度程序流程在软件设计之前,首先在功能定义的基础上对软件进行了层次结构分类。针对主控模块,可以分为硬件驱动层、业务处理层和数据通信层三个层次。硬件驱动层主要解决各种硬件的驱动问题,业务处理层主要完成输入输出、控制、调度等功能,数据通信层则是实现硬件之间的通信。采用分层结构,实现了系统的层次性和模块化,不仅有利于软件设计和调试,避免了相同模块的重复开发,并且方便了系统的扩展。在进行具体的程序编制之前,还应该进行数据定义,明确每个节点所包括的数据类型和数据多少,比如每个CAN节点所包含的输入输出数据类型和多少。在完成以上工作的基础上了,就可以进行程序的编制。主节点单梯调度程序流程如图3所示。如果电梯进入消防状态,则电梯就近停靠开门,并且不响应外召。电梯处于检修状态后,电梯则以检修速度运行,依据检修需要可以任意停靠,不响应任何外召。启动司机运行功能后,电梯不同于正常运行时的自动运行,而是由司机决定运行方向,以及停靠楼层,开关门。在处理完特殊情况以后,依据处理后得到的信息,以及接收到的相关信息,依据同向原则等进行电梯运行调度,得到调度结果,控制程序即依据这一信息进行运行控制。现在的建筑物比如商务楼、宾馆等大都不止一台电梯,当有多台电梯存在时,为了达到好的效果,就必须在满足几个指标的基础上对多台电梯进行调度。具体的指标有乘客等待时间最短,电梯消耗最小能耗等,而具体的派梯策略可以通过相应算法来实现,比如采用模糊逻辑、神经网络、进化算法等方法来实现群控调度。在具体调度时要进行外召信号、电梯运行方向和位置等信号的采集,以及各台电梯相关特殊信号的采集,如司机运行状态、满载、超载、消防运行、紧急运行等信号。在这些信号的基础上,利用调度算法获得具体的派梯信号,并将此信号传输给电梯控制器,各电梯控制器依据此