舊電梯改造中應用串行通訊控制系統的可行性分析

金來伍 郭貝

摘 要：隨著經濟發展及城市化的建設，高層建筑電梯的使用越來越頻繁，已成為人民日常必須的垂直運輸交通工具，便利了人們的生活。但電梯因使用頻繁不可避免的出現磨損、老化，降低了其運行性和安全性。及時對舊電梯進行現代化技術的改造勢在必行，以提高其使用性能及安全系數。本文就分析了舊電梯改造中應用串行通訊控制系統的優勢，簡述了其工作原理及具有應用實現，旨為舊電梯的系統改造提供些許參考。見下文。

關鍵詞：舊電梯改造串行通訊控制系統可行性

隨著城市高層建筑的增加，電梯的日常使用量頻繁，易使電梯出現嚴重的磨損，如主機齒輪磨損、中央控制系統老化、控制程序不穩等[1]。且隨著新技術的日新月異，部分舊電梯的控制系統瀕臨淘汰，配件停產，維修服務出現障礙，使電梯的安全性無法保證。所以，對舊電梯的控制系統改造非常重要。隨著計算機與網絡技術的結合發展，電梯控制技術的潮流趨向于網絡化及智能化，對舊電梯的改造注重在通信網絡技術的應用，主要對改變舊電梯的呼梯信號、電纜量、電梯控制柜變化上[2]。應用串行通訊控制系統，可通過其故障自診功能，提高電梯控制柜隨層站變化穩定性，降低電梯的故障發生率，使電梯的安全穩定性得以提升。

1 舊電梯改造中應用串行通訊控制系統的優勢

串行通訊是新型的集中控制分散電梯的系統，近年來對其推廣應用較廣泛。具體是指數據流通過串行方式經一條信息道傳輸，信號源點均連到接收端，實現一根數據通訊線路的共用[3]。傳統的電梯控制系統中，其運算均集中在中央控制器，使其運算量大，影響系統的實時響應速度，難以提高電梯的工作性能及效率。且電梯井內布線繁雜，信號線多，縱橫交錯，安裝維護不便。導致這些缺陷的原因是各信號的信號點均需對應中央控制器，使信號線量多，浪費成本，增加維護難度，降低運行可靠性。近年來隨著串行通訊控制系統的應用，對電梯實現了分步式控制，將其控制分為若干模塊，各控制器分別控制功能，而各控制器經總線技術進行信息交換、傳遞，實現控制器件插接化。相較于傳統的舊電梯的集中統一控制系統，克服了其并行傳輸缺點，大大減少了信號線數量，隨行電纜重量減少，使電梯曳引條件更易滿足，運行安全性更高。且串行通訊系統的各分控制器可完成呼梯、內選、顯示等各項工作，減輕了主控制器的運行負擔，提高其運行效率。其次，串行通訊還減少了可編程邏輯控制器PLC的輸入及輸出點數。使控制柜內的點數不會因層站增加出現大的改變，也減少了電梯井道內的電纜，能確保控制柜的標準化設計，實現產品技術附加值。

2串行通訊控制系統的工作原理

目前市場上常見的串行通訊系統是RS-485通信方式，它是物理接口，經主站從站查詢通訊方式，通訊速度快，通訊波率在短距離可達10Mb-ps[4]。單臺多層電梯應用該串行通訊控制系統時，其主控制器、轎廂、廳門、負荷控制器均是經過RS-485串行總線連接，其建立的總線結構可實現信息的實現處理。使主控機與廳門、轎廂控制器實時進行信息的交換，也可實時收集負荷傳感器的數據。該系統中的主站主控制器負責電梯的整體通訊網絡，對作為從站的廳門、轎廂、負荷控制器工作進行整體管理及調度。從站根據主站的命令執行操作，同時做好響應及反饋。主站可對任意從站進行選擇性的信息交換，建立信息互通。被選擇的從站能接收到主站信息，也能對主站發送信息，實現彼此的信息傳遞互通。廳門、轎廂、負荷控制器各自均有RS-485串行總線接口的模塊，該接口有RS-485接發器、控制邏輯、串行通訊控制器，經此接口模塊可串行掛接總線，以創建串行的通信接口。串行通訊控制系統中的主控制器是Motorola Coldfire MCF5206型微處理器，有兩個串行通信控制器，為廳門通信接口和轎廂、負荷通信接口，能直接與RS-485通信總線進行數據接收發送，同時能建立獨立數據通道。MCF5206是可編程的，能支持多通訊協議，不僅可同步RS-485協議，還可支持異步通訊協議。串行通信控制器在同步通訊協議時，各接口模塊均有自己的地址號，主站總線有信息時，與幀地址有同樣的站號模塊才能接收該信息。而總線有信息接收時，串行通信控制器會先讀取幀地址號，若站號相同才會接收。

3串行通訊控制系統的應用實現

為了實現通信，要將TTL信號和RS-485信號相互轉換。一般在通信硬件設計中經MAX485來實現。MAX485經+5V單電源供電以支持RS-485總線，其內置有接收、發送器，經半雙工通信，把接收的RS-485電平信號轉換為TTL電平信號，并將發送的TTL電平信號轉換為RS-485電平信號。MAX485芯片有使能端，在各控制器串行接口掛接MAX485芯片及協議轉換，即可實現串行通信控制。因該串行通信方式是半雙工，信號發送、接收無法同時進行，使其具有使能端。串行通信過程經主機掃描從機進行，按需要設定定時器值，當其定時中斷時，主機響應進行中斷處理程序。主機先對轎廂控制器進行掃描，向其發送運行狀態信號（所在樓層、運行方向），轎廂控制器無需應答。主機向轎廂發送數據采集信號時，轎廂再作出應答，將數據傳回主機。然后主機再掃描廳門，對串行通信單元廳門控制器發送運行狀態，使其刷新顯示，廳門此時不需應答，待收到主機數據采集信號后，識別幀地址號，若相同則將信息傳至主機作出響應。

其次，要做好軟件設計。一般轎廂的按鈕信號與廳門是有順序的。若前一個轎廂、廳門控制器未完成掃描，程序即無法運行下一個掃描程序，會延長下一個的等待時間。基于此，對每個控制器進行時間分配設置，以有限的時間等待法避免該問題。把每個控制器的時間設置為4ms。若某個控制器掃描等待應答時間超過設置的時間時，主控器串聯通信程序即會對該按鈕信號采集進行放棄，直接進入下一個控制器，以提高電梯的運行效率。

4 總結

通過綜述可知，對舊電梯改造中應用串行通訊控制系統具有一定可行性。可減少電梯的井道內電纜線，減少成本及安裝維修難度。且轎廂、門廳、負荷控制器經微處理器實現了分布式控制，經RS-485串行接口連接到整個控制系統，并通過MAX485信號互轉傳輸及相應的軟件設計，使電梯的運行更加智能、高效化。

參考文獻：

[1]陳堂敏，孫鳳涓.FPGA串行通信電梯的研究[J].湖南工業職業技術學院學報，2020，20（01）：5-8.

[2]鐘良驥.異步串行通訊接口故障自適應檢測仿真[J].計算機仿真，2019，36（07）：153-156+218.

[3]梁和清，呂陽，王昊誠，王瑞，邱正波.PLC與變頻器RS-485串行通訊控制[J].鍛壓裝備與制造技術，2018，53（05）：39-42.

[4]張立新，張碩生.基于組態王通訊協議的串行通訊系統的設計[J].北京石油化工學院學報，2018，26（01）：35-38.