基于CAN总线的电梯控制系统相关问题分析

基于 CAN总线的电梯控制系统相关问题分析

史衍军

华升富士达电梯有限公司哈尔滨分公司

【摘 要】在电梯系统当中电梯控制扮演着十分重要的角色，电梯控制系统的好坏直接影响到了电梯的整体性能。随着近些年我国高层建筑的大量出现，对电梯控制系统的需求量开始大幅上升。可以将电梯控制系统的结构分成两个层次分别是单梯控制系统和电梯群控制系统。其中在单梯控制系统当中，控制方法是以微机控制板为主，微机的主控制板与电梯系统中的终端版进行连接，电梯的所有功能也会就此实现。而群控系统则是通过多部电梯从而实现群控网络，在群控算法下对全局的呼梯，从而提高电梯控制系统的优化。基于此本文将会针对CAN总线的电梯控制系统相关问题进行详细的分析。

【关键词】CAN总线；电梯控制；分析

随着城市发展对高层建筑需求的加大，近些年我国的高层建筑数量呈现除了非常快的发展形式。从文明发展的角度来讲，电梯已经成为了城市物质文明发展中一项非常重要的标志。在高层建筑中国电梯的作用是不可代替的，是一种必不可少的运输工具。不过随着建筑高度的不断提升以及社会发展的需求，对电梯技术提出了越来越高的要求，电梯的发展是必须要适应社会的发展和需要的。而电梯控制系统在电梯的运行中起到了十分关键的作用，具有较高的复杂性，在电梯系统中的位置是不容小觑的，电梯控制技术一旦得不到保障甚至会威胁到人们的生命安全。由于控制系统在电梯运行的过程中需要对同时发出的几百个信号进行检测、计算以及输出等，因此电梯控制和管理工作具有着非常高的复杂性。为了对电梯控制过程中出现的问题进行有效的解决，本文对基于CAN总线的电梯控制系统相关问题进行可详细的分析，希望可以提高电梯控制系统的总体质量。

1 CAN总线的优势

通过和其他现场总线相比可以了解到CAN的实现是最容易的，并且必须要过高的成本，因此CAN总线被越来越多的应用在各种领域之中。CAN总线在工业控制底层网络当中其通波特率却可以达到1Mbps，距离最远可以达到10km；在进行通讯时采用的结构为短帧结构，因此为在传输上具有传输时间短的优点，不会轻易受到干扰，除此之外，CAN总线协议还具有较好的检错措施，可以对CAN总线出现的错误进行及时的检查。因此具有较高的可靠性。正是因为CAN总线具有以上的优势因此被较为广泛的应用在电梯控制系统当中。电梯井道系统中大多采用的是上行以及下行的电缆，这种电缆在安装的过程中具有较大的复杂性。

但是经过对CAN总线的使用，实现了串行的通信方式，整个控制器的局域网只用了四根线，这四根线的作用分别是电源、发送以及接收，通过这四根线来进行呼梯、内选以及信号的显示等。

2 CAN系统的介绍

2.1系统的总体结构

CAN结构由CAN总线作为主要结构，通信控制模块由两部分组成分别是控制器82526以及收发器PCA82C250，另外在该结构中还设计了主控制器、轿厢控制器以及门厅控制器。通信方式是由串行的方式构成的，由此形成了控制器局域网，通过该控制器局域网来实现呼梯、内选以及显示信号。不过随着对建筑需求的不断增加，高层建筑逐渐成为了建筑的主要形式，建筑面积也在逐年增大，因此需要更多的电梯才能满足大面积的高层需求，有必要实现并排电梯的设置，这样才能实现高层建筑中的垂直运输需求。想要实现电梯的群控就需要解决电梯互相连接的问题，因此需要有一个实现统一调度的监控微机。本文以485总线为例，该电梯的群控系统结构如图1所示。

图1电梯控群控系统结构图

2.2系统硬件设计

在单台电梯控制系统中，主控制器要完成其它控制器信号的采集，显示信号的输出，电梯运行控制等一系列的功能。而轿厢及门厅控制器只需要将呼叫信号采集，经CAN总线送往主控制器。因此，轿厢、门厅控制器结构大体与主控制器类似且相对简单。下面以主控制器为例介绍硬件设计。电梯主控制器CPU采用了AT89C51单片机。AT89C51单片机是与8X51系列单片机兼容的增强型微控制器，其内部集成了4K字节的Flashrom。由于主控制器是电梯控制系统的核心，担负着控制电梯运行的重要任务，所编出的程序较大，因此，它的外部还要扩展外部程序数据存储器，按常规采用2764和6264。在单台电梯控制系统中，主控制器与轿厢及门厅控制器之间采用CAN总线实现通讯。82526内部采用硬件实现了数据链路层的全部功能，因而这部分的程序只需将82526中的数据读出和将数据写入82526。

3通讯协议

本系统采用CAN2.0A标准，该协议最大的优点是废除了传统的站地址编码，因此CAN没有节点地址的概念，代之以对通讯数据块进行编码，支持以数据为中心的通信模式。当电梯层站数不同时，只需要在总线上进行增减控制器的节点数，并对相应的数据帧进行适当的修改。

3.1数据帧

数据帧包括七个部分：帧起始，仲裁场，控制场，数据场，CRC序列，ACK场，帧结束。仲裁场包括有报文标识符（11位）和远程发送申请位（RTR）；控制场由六位组成，后四位为数据长度码，代表数据字节数，这里设为2；传输信号每帧数据含两个字节，高字节表示具体层楼数，低字节设为控制字。

3.2仲裁

总线空闲时，任意节点都可以发送数据，其它节点都可以接收数据，只需要通过报文滤波即可实现点对点，一点对多点及全局广播等通讯方式，无需专门调度。这里用接收码寄存器，接收码屏蔽寄存器实现报文滤波。当多个总线控制器同时发送报文时，为避免冲突需进行仲裁，这里采用非破坏性仲裁的方法解决冲突。所谓非破坏性是指这种仲裁方式可以使信息和时间都没有损失，它是借助逐位仲裁帧中的ID号码来实现的。CAN数据帧如前所述仲裁场ID号码唯一的标识一个节点地址，RTR位为0表示该帧为数据帧，为1时表示远程帧，而后者优先权要高于前者。这12位ID号代表报文的优先权高低，数越小优先权越高。非破坏性仲裁的过程可以用一个例子来说明，某时刻网络上有三个节点a、b、c同时发送信息，ID标识符的发送顺序为从高位到低位，即由ID.0到ID.11，每发送1字符网络做一次与运算。比如ID.6发送后，网络做运算：0∩1∩0＝0，则网络上各节点收到的信息为0。ID.6为1的字节发现接收到的与发送的不同，停止发送。这样就使优先级低（ID大）的节点退出发送。如此比较下去，直到全部ID及RTR发送完毕，网络上仅剩节点c继续发送信息，并且无需重发。

4结语

综上所述，本文主要是对CAN总线技术在电梯控制系统中的应用进行了详细的分析，为了可以详细的对该技术进行说明，文章以AT89C51为核心，将82526和PCA820250芯片进行同时在电梯的监控系统中加以应用。CAN总线收发器和其他主控制器之间的通讯是通过CAN总线来完成的。在对CAN进行使用后，发现该总线和PLC控制系统相比后其故障停梯在时间上出现了较大的缩减，可靠性相比下也更高，总体来说操作起来更加方便，和预期效果可以达到一致。

参考文献

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[2]张敏健.一种基于CAN总线技术的电梯故障检测系统研究[J].黑龙江科技信息,2008.

[3]欧景,刘迎珍,林景波,等.CAN总线电梯控制系统的研制[J].低压电器,2012.