電梯控制系統CAN總線通信故障研究分析

貴州師范大學　惠林虎　肖文君　王　義

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電梯控制系統CAN總線通信故障研究分析

貴州師范大學惠林虎肖文君王義

采用CAN總線技術可以大幅度地提高電梯內部的通訊效率，減少信號傳輸電纜，提高電梯的經濟指標。CAN總線技術可以針對電梯內部通信的節點的規模大小，配置不同的網絡節點，非常適合用于電梯內部的通信這樣遠的距離、節點分散的現場環境。本文分析了電梯CAN總線中可能遇到的故障，并且究其原因給出了指導性意見，具有一定的理論意義和實際意義。

電梯控制；CAN總線；通信故障；TCM系統

0　引言

電梯作為高層建筑的交通工具，其安全性的重要不言而喻［1］。電梯的數據通信應保證實時性、安全性、經濟性，穩定可靠的通信對電梯的運行效率和服務質量具有十分重要的作用［2］。電梯數據通信部分的主要功能是將面向乘客的呼梯單元、轎內操縱單元以及面向維保人員的轎頂、底坑、井道單元和機房的控制單元連接起來。這些控制單元之間傳輸著大量的數據［3］。面向乘客部分的通信數據如廳外呼梯信號、對召喚的響應信號、轎內的選層指令信號、應答選層的指示燈信號、顯示電梯當前位置的指示燈信號等［4］。通信數據不僅隨樓層的增高而相應增大，而且隨著電梯群控等技術的出現日益增加。

實踐證明，采用先進的計算機網絡等自動化手段可方便地實現電梯內部通信過程的自動控制，可以大幅度地提高電梯內部的通訊效率，減少信號傳輸電纜，提高電梯的經濟指標［5］。CAN總線技術現已出現在電梯上，可根據不同的樓層數設置不同的通信節點，配置不同的網絡，只用兩根雙絞線彼此相連就可以完成所有的控制功能，實現起來非常方便［6］。CAN總線技術非常適合用于電梯內部的通信這樣遠的距離、節點分散的現場環境。本文以CAN在蒂森TCM系統中的應用展開討論，對電梯的CAN總線通信故障研究其產生的原因，并給出處理方案，為電梯可靠穩定的運行提供相應的理論和技術支持。

1　TCM系統中的CAN總線

TCM系統主要由三條總線組成：本地總線，井道總線（包括轎廂總線）以及群控總線。這些總線將機房的主控制器、樓層的呼梯控制器及顯示器、轎廂內的控制板等單元有機的連接在了一起。這些控制板都具有CAN通信功能。圖1為TCM系統中轎內控制板MF3板的CAN通訊接口。

圖1　TCM系統中MF3板的CAN通訊接口

TCM控制系統中的CAN總線收發器使用的為PCA82C251芯片，它為CAN控制器提供了差動發送和接收能力。CAN控制器使用的為SJA1000芯片，對收到的CAN信號進行分析處理。

2　TCM系統中CAN總線故障現象

本文中使用FLUKE190C示波器對TCM系統CAN總線的通訊電壓進行采集。圖中示波器A通道采集的是CAN總線CAN-Low的電壓波形，B通道采集的是CAN總線CAN-High的電壓波。圖2為正常工作中CAN總線的通訊電壓。

圖2　TCM系統CAN總線正常通訊電壓

典型故障1：Can-Low與地短接、Can-High與地短接或Can-Low與Can-High與地短接。

由于通訊線頭的銅線裸露外邊或者其他原因導致通訊總線Can-Low與地短接、Can-High與地短接或Can-Low與Can-High與地短接，造成通訊故障。圖3為總線CAN通訊線線路接地的電壓波形。

當總線CAN通訊線線路接地時，主板會知道通訊出錯，自動重新啟動，將電梯自動平層。在平層的時候，如果在短接之前能平層準確，電梯就會自動向下一層平層。在這種狀況下，電梯在底層的時候會向上自動平層。若短接前電梯沒有準確平層，那么，主板重新掃描后，不管電梯在哪個位置（即使在一樓下面），它仍舊向下一層進行平層。

圖3　總線CAN通訊線線路接地的電壓波形

典型故障2：Can-Low與Can-High短接。

由于通訊線頭的銅線裸露外邊或者其他原因導致通訊總線Can-Low與Can-High線路短接，造成通訊故障。圖4為總線Can-Low與Can-High線路短接的電壓波形。

圖4　總線Can-Low與Can-High線路短接的電壓波形

圖5　CAN通訊在受到干擾的電壓波形

典型故障3：CAN-BUS在通訊過程受干擾影響干擾。

CAN總線的實際工作電壓為1.5V～5V之間，工作電壓與馬達動力電源相比甚小。所以在通訊時，如果沒有良好的接地或者屏蔽，總線會受到其他電氣元件的電磁干擾。圖5就是CAN通訊在受到干擾的電壓波形。

如圖5所示，CAN通訊電壓數值正常，但是在通訊傳輸中很明顯有其他雜志信號疊加，影響傳輸信息，導致CRC校驗出錯，引起誤動作。

典型故障4：接地不良所引起的CANBUS通訊故障。

在現場實際應用中，接地不良所引起的CAN總線通訊故障大有所在。電梯的控制柜中，變頻器的輸出動力線必須要與CAN總線分開敷設，并且將外殼有效接地。若有接地不良，則在電梯運行過程中總線通訊會出現如圖6的情況。

圖6　接地不良所引起的CANBUS通訊故障

3　提高電梯CAN網絡可靠性的若干措施

（1）過流保護

在各控制板中對82C250進行過流保護，方法為在CAN高和總線、CAN低和總線間分別加一電阻，阻值5Ω為宜。

（2）屏蔽

電梯中CAN的屏蔽主要指控制板的屏蔽和隨行電纜的屏蔽。機房控制柜必須為金屬材料，保護不受其他電器的電磁干擾；隨行電纜做好屏蔽過程，并每月檢查是否屏蔽層有損傷狀況。

（3）接地

電梯中接地的不正確會導致很多故障現象。在機房中首先要保證機身、機柜的接地質量，其次控制柜內各強弱電的接地也必須正確，數字地和模擬地嚴格分離；還要注意隨行電纜的接地、轎頂接地、轎內控制板接地、呼梯控制板接地，尤其是層門外的呼梯控制板LOP板的接地。

（4）軟件抗干擾

電梯使用的CAN總線軟件抗干擾是指使用先進的算法對CAN總線的準確性和傳輸性能的改善。CAN總線的準確性主要是指傳輸數據的校驗方法，傳輸性能是傳輸時間和傳輸準確度的結合。既要保證數據的準確性，又要保證傳輸時間短。應該結合先進的算法，對電梯CAN中進行使用，增強其抗干擾能力。

4　結論

采用CAN總線技術可以大幅度地提高電梯內部的通訊效率，減少信號傳輸電纜，提高電梯的經濟指標。CAN總線技術可以針對電梯內部通信的節點的規模大小，配置不同的網絡節點，非常適合用于電梯內部的通信這樣遠的距離、節點分散的現場環境。本文分析了電梯CAN總線中可能遇到的故障，并且究其原因給出了指導性意見，具有一定的理論意義和實際意義。

［1］饒運濤，鄒繼軍，王進宏，鄭勇蕓.現場總線CAN原理與應用技術（第二版）［M］.北京:北京航空航天大學出版社，2007.

［2］朱昌明，洪致遠，張惠僑.電梯與自動扶梯［M］.上海:上海交通大學出版社，2007.

［3］魏立明，孫大偉.基于CAN總線的電梯群監控系統研究［J］.電氣應用，2016，02:59-63.

［4］蘇紅衛.基于單片機和CAN總線的電梯控制設計［J］.電子世界，2014，14:31+33.

［5］吳德平.基于CAN總線與DSP的電梯遠程監控系統硬件設計［J］.電氣時代，2014，07:98-99+106.

［6］吳德平.基于CAN總線的電梯遠程監控系統設計［J］.現代建筑電氣，2014，07:18-20.

惠林虎（1986—），山西孝義人，碩士，貴州師范大學物理與電子科學學院教師。

貴州省科學技術基金黔科合J字［2014］2124。