試論新時期CAN總線在電梯控制系統中的應用

張海斌

摘 要：隨著現代城市化建設的增強，高樓大廈拔地而起，電梯的使用日益廣泛。為使電梯控制系統順應現代住房的要求，我們廣泛地應用CAN總線通信進行數據交換，使整個電梯的運轉得到充足的保障。通過介紹CAN通訊的實驗原理，了解其高性能的同時，探討新時期CAN總線在電梯控制系統中的應用。

關鍵詞：控制系統；數據交換；CAN總線

隨著我國現代化建設社會主義的步伐加快，電梯作為人們日常生活中經常接觸到的一種運輸工具，其安全性與科學性不容忽視。針對目前的電梯控制系統而言，并行通信與串行通訊皆有采納。并行通訊主要針對于，樓層數較低的住房，其具備有速度快的特點，但由于其線路多，對電梯的安裝和維修略微麻煩。串行通訊由于由于其成本低，發展較為良好，在許多的企業內廣泛使用，而CAN總線作為串行通訊的一種，是使用較多的通訊方式。

一、CAN總線的介紹

傳統電梯的控制系統，不易改裝且接線過多，提升了工人操作的難度導致對系統的維修難。當今人們對電梯的需求越來越高，不但體現在電梯的安全性，更體現在電梯的舒適度上。因此電梯的自我調適，故障判斷等智能化因素需要及時引入，采用CAN總線嵌入式技術可滿足人們的需求。

CAN總線是由德國公司BOSCH開發研制而成，其最初目的是為解決汽車內部的數據交換困難的問題，因而形成電子控制網絡，并最終成為國際上應用最寬泛的現場總線之一。因其安全舒適性和可靠性，已被廣泛的運用于各行各業中，例如醫療設施、工業物資、自動化、電力控制等方面。它具有明顯的優越性，尤其體現在節點間的實時通訊強，開發周期短，達到國際標準等。

作為一種技術先進的遠程網絡通信控制方式，它采用的分布式多機系統可以讓各節點控制器均在任意時刻主動向網絡上的其他幾點傳輸信息，無主機、從機之分，高效率的信息傳輸使其成本合理。其傳送和接收數據的方式，可以采取一對一、一對多，全局廣播等方式。因此，為提升電梯控制系統的實用性與安全性，采用CAN總線嵌入式技術，使得系統更加牢靠，可擴展性提高。

二、硬件設計及軟件設計

在完成相關的功能結構定義后，需要對各個節點進行硬件和軟件的設計，隨后調試單個節點，最后完成系統的統一調試。其硬件環境包括，計算機和兩臺帶有增強型單片機的仿真下載實驗儀、相應的實驗儀數據線等。

CAN總線作為承上啟下的一部分，在連接電梯控制系統與各個節點間的通訊上起到了不可替代的作用，所以CAN總線的穩定性與安全性十分特殊。我們通過獨立的CAN總線控制器和CAN收發器以滿足CAN總線通信的硬件條件。在滿足了CAN總線的硬件條件后，最主要的環節是網絡的構建及軟件設計。

CAN網絡采用直線拓撲結構，在一個網絡上，至少存在兩個及兩個以上的CAN節點。需要注意的是全部CAN節點的通訊波特率必須相同。對于干線而言，網絡通訊波特率與通訊距離成反比，對于支線而言，長度應小于三米。

軟件的設計是實現CAN總線和節點間有效實施完成通訊溝通的重難點。程序的初始化以及程序的接受、發送，檢錯處理等。在軟件設計中，為貫徹原有的模塊化設計，對設計方案采用分層化處理，對整個系統而言具有利于開發和維護的作用。

在軟件設計之前，首先我們對軟件進行結構的分類，采用分層結構，實現系統的模塊化，便于系統的擴展。在多臺電梯同時運行的背景下，為滿足乘客的等待時間最短、電梯耗能最小等指標，采用進化算法、神經網絡等相應算法來實現。

為滿足大量實時性數據的處理，我們需要引入實時信息數據庫，其可以幫助我們對整個系統進行監控，因其以一定的頻率進行刷新，故而我們想要保持長久數據，則應創立對應的歷史數據庫。歷史數據庫，幫助我們對長時間范圍內的數據進行整理和收集，為電梯控制系統的安全工作進行統計分析工作提供歷史性的數據支持。

三、CAN總線在電梯控制系統中的應用

CAN總線的電梯分布式控制結構由四部分構成。分別為主控制器、轎廂控制器、外呼控制器、群控調度器組成。在這四者中，主控制器直接與CAN總線連接，從而實現數據的總交流。轎廂控制器則與若干個外呼控制器掛在同一總線上。群控調度器通過CAN總線與主控制器和廳外總站之間進行通訊，進行多臺電梯之間的調度問題。各個模塊為獨立的微機控制，管理員可通過主控制器的操作面板來對整個電梯進行調試。

將CAN總線運用于電梯控制系統中，是因為其存在多個優點。（1）提高電梯的實時響應能力：采用總線沖突仲裁方式，優先級高的節點總是首要傳遞，無論優先級低的節點正在上傳與否，這樣保證了各主要控制器間多主的工作方式；（2）提升電梯系統的抗干擾性：在某一節出現故障嚴重的情況下，具有自動關閉傳輸的功能，使其斷卻與CAN總線的關聯，保護其他節點的正常運作，若發送的信息遭到破壞，無需人工的干涉，該節點隨后可自動重發信息，保證了信息的正常傳遞；（3）提升電梯系統通訊的可靠性：CAN系統具有嚴格的處理錯誤和糾錯機制，在節點發生嚴重錯誤時，能夠自動退出，并且硬件CRC對每幀信息都進行了檢驗，保證了數據傳輸的真實性，在高干擾、高噪聲環境下同樣適用；（4）CAN總線通訊新能好，CAN網絡的數據最大傳輸率為1Mbps（傳輸距離為40米），在速率5kbps以下，直接通信距離最遠可達10千米；（5）安裝極其便利、快捷，CAN總線的安裝，只需通過網絡拓撲結構，同時依賴一對雙絞線連接即可。

在電梯控制系統中，CAN總線通過各個節點間的信息傳遞來實現通信，為提高電梯的安全性能，可靠性強的CAN總線顯得尤為重要。通過嵌入式技術結合CAN總線對電梯的控制系統實現模塊化、分層式的處理，不僅方便了相應的相關軟件的統一規劃，更有利于系統的發展，乃至后期的進步與維修。

四、結語

CAN總線因其高性價比在世界上成為應用最普及的現場總線之一，它具有廣大的前景。我們在電梯控制系統中通過嵌入式技術，結合CAN總線，對電梯系統進行模塊化設計，使一個控制器合理地完成相應的功能和數據處理，最終實現提升電梯控制系統的牢固性與實用性。

參考文獻：

[1]王家剛.CAN總線在TYWK一體化控制系統中的應用[J].鐵路通信信號設計，2003，（04）：3637.

[2]孔慧，劉桃英.CAN總線在分布式生物發酵過程控制系統中的應用[J].工業控制計算機，2002，（01）：1315.