電梯通信穩定性的改造

趙偉

摘 要：隨著深圳城市軌道交通的快速發展，車站對電梯的需求量也不斷增加。電梯在給軌道交通乘客出行帶來方便的同時，也時刻伴隨著故障隱患，也給運營單位、電梯維保單位以至于整個社會帶來負面影響。因此，電梯穩定性尤為重要，本文從深圳地鐵蒂森電梯著手，簡單介紹了電梯的通信原理、深圳地鐵蒂森電梯通信構造、工作原理，詳細闡述了工作中發現并解決的電梯DC5V通信弊端，通過電源電路的優化、CAN-BUS通信回路改造等多項自主創新的方式技術提升了電梯穩定性能，解決了深圳地鐵電梯困人高發的問題。

關鍵詞：電梯；CAN-BUS通信；強弱電分離；穩定性能

中圖分類號：TU229 文獻標志碼：A

0 引言

深圳這座改革開放的前沿城市，在1996.85km2的土地上在用的特種設備高達20.9萬臺套，其中電梯就有13.5萬多臺，占全市特種設備的64.6%。隨著，深圳軌道交通的快速發展，8條地鐵線共計168座車站，全市軌道運營總里程301.1km，深圳地鐵已經成為深圳市電梯用量最多的單位。地鐵范圍內的電梯作為乘客的快速通道，每天都面臨大客流的挑戰，據調查，3號線布吉站一臺電梯每天的運行次數就高達1500次，相當于住宅小區一臺高層電梯一個月的運行次數，因此，地鐵電梯運行的穩定性至關重要。但由于地鐵車站內設備復雜，電梯周圍存在大量的干擾（如軌道電流、雜散電流、800兆＼400兆通信等），來自上一級供電系統的影響，供電往往不是純正弦波，而有可能含有高次諧波或尖峰高壓成分。控制柜主板與各節點微處理器（如轎內操縱箱、轎頂檢修盒、廳門呼梯面板等）的前后通道及其傳輸線之間都容易竄入干擾信號。自深圳軌道交通二期工程深圳2號線、3號線以及4號線開通以來，電梯困人的數量驚人，對地鐵服務質量造成負面影響，與地鐵快速出行的理念不匹配。因此，從地鐵電梯通信故障著手，解決DC5V通信電梯弊端，提高電梯通信穩定性能勢在必行。

1 深圳地鐵的蒂森電梯困人及原因調查統計

近年來，深圳地鐵電梯困人情況頻繁發生，分析發現主要集中在深圳地鐵2、3、4號線蒂森梯形，以3號線情況最為突出。對3號線蒂森電梯故障展開全面的研究，發現故障基本歸為三大類：卡異物、通信故障、其他原因（器件損壞、維保不良和環境因素），分析發現大多數困人均為通信故障，占困人總量的89%。

2 電梯通信原理

通信是電梯運行的核心系統，一旦發生故障將直接影響電梯的正常運行。通常電梯的主要通信由本地、井道、轎廂通信部分組成。電梯控制系統分為機房控制器（網關板+PLC）、層站控制器（廳門通信板）和轎廂控制器（轎廂控制板）。并且各控制器不分主從，以相同的方式與總線連接，均為掛在總線上的節點。各節點都可實時向總線發送信號，并接收總線上的信號，從而實現呼梯和顯示信號通信。3號線蒂森電梯采用電壓為DC5V的CAN-BUS通信方式來實現上述通信過程。

3 蒂森電梯通信故障原因分析及改進方案

通信故障作為3號線蒂森電梯能否穩定運行的關鍵因素，我通過現場測試、現象判斷和圖紙分析，找到了5個方面的原因：①通信線路連接不良，如通信線插件接頭銹蝕。②通信信號受強電影響，主要電梯內強＼弱電以及線纜屏蔽層未有效接地。③支撐通信傳輸的電源不穩定，電壓突降引起板件保護。④各板間不匹配，因生產工藝偏差導致各家代工廠生產板件不匹配。⑤can-bus通信線路設計不合理，數據傳輸途中因疊加或損耗等緣故導致失真。

其中，第①、②種因素為業內通信故障的常規判斷，按這兩種常規作法并未解決3號線蒂森電梯通信故障。隨后通過觀察、分析、摸索和大膽質疑，獨立自主發現了上述第③、④、⑤種因素，通過獨立研究最終逐條攻克，以下進行詳細介紹。

3.1 支撐通信傳輸的電源不穩定

控制柜與轎頂各一個電源模塊，給不同板件提供DC5V通信電壓（如圖1所示）。經測試，只要任何一處電源不穩定就會造成板件保護，引發通信故障。

改進方案：獨立供電模式設計，制約了通信系統的穩定運行，在廠家原設計的基礎上，我大膽創新和提高通過改變電原供電電路來提高電源的穩定性。改進后電源電路如圖2所示，通過電梯隨行電纜備用線，將控制柜與轎頂相對獨立的通信電源并接，且采用有效隔離，讓其互為冗余。其中一個電源模塊發生故障或存在電壓波動，另一個電源模塊可以直接補給，受電板件將不再受其影響。

3.2 通信傳輸路徑上各個板件不匹配

調查發現，3號線蒂森電梯有兩個板件供應商，上海天宏和中山卓梅尼，同樣的圖紙，但生產工藝控制不同，板件間混合搭使用容易出現通信故障。由于電梯安裝單位并無意識，安裝時兩種板件被混搭用在一臺梯上。為了論證這個觀點，我取了運行情況相對一致的3臺電梯進行測試，兩臺電梯分別使用來自一家供貨商的板件，1臺電梯使用混搭板件，結果顯示，通過一個季度測試混搭板件的電梯通信故障數量是另外兩臺電梯通信故障總和的兩倍。

改進方案：為了避免3號線蒂森電梯各板件間的匹配問題，對卓梅尼、天宏生產的板件進行規整，一臺電梯板件不再混搭出現。

3.3 CAN-BUS通信線路設計不合理

目前3號線蒂森電梯使用串行通信技術（如圖3所示），是多主結構的CAN-BUS網絡通信。通信結構為命令響應式：即總線空閑時，任意節點均可發送數據，其他節點都接收總線上的數據。MS3-C板通信線采用的是串聯接法，當前一塊MS3-C板（選層板）發生故障時，后面的板塊無法與主板通信。MF3板（轎廂頂部樓層板）與LMSI-C板（轎廂稱重板）采用的是并聯通信，當兩路同時接發信號時，總節點容易堵塞或混亂情況，將嚴重影響與主板的通信。

改進方案：CAN-BUS通信線改造（如圖4所示），把MS3-C板由原來串聯改為并聯通信方式，由于該通信回路均為MS3-C板，且板間不需要交換信號，原來的串接方式通信信號在每經過一塊板就會有一定的消耗，積累下來容易引起通信的失真；在X40接口位置取消MF3板與LMSI-C板的并聯方式，把LMSI-C板串聯到8MP板（特殊功能板）后端，這樣在X40接口位置處就不會造成數據疊加失真。相同板件使用并聯與主板通信方式，而不同板件使用串聯與主板通信方式。

效果驗證：用示波器對整改前后驗證，測量CAN-BUS通信線的CAN-H和CAN-L兩個點的電壓值。根據CAN-BUS傳輸的特性，這兩個測量點的電壓應該是同步相反的，即H為+2.7V時L為-2.7V，兩者不同步或者有一處電壓絕對值不一樣都有問題。改造前電梯在運行一段時間就偶爾會出現問題波形（如圖5所示），改造后經過數月的觀察問題波形再無出現。

4 實施效果

在深圳地鐵3號線雙龍、布吉、老街、購物公園與福田站對蒂森電梯CAN-BUS通信故障實施上述整改，這5個站3個月內未發生通信故障，而沒有整改的站點通信故障頻繁發生。事實證明上述獨立自主創新整改是有效果，目前也得到廠家的認可，并在深圳地鐵2、3、4號線蒂森電梯上實施，效果良好。

結語

經過數年的努力研究，深圳地鐵3號線電梯通信故障終于解決，電梯穩定性能得到了較大的提高，頻繁困人的情況基本消除。整個研究過程，出現過不少的難題和瓶頸，但通過不斷學習和分析都順利解決，我深刻體會到解決問題最好的方式是打破常規和大膽質疑，在這個過程中，我從對通信故障模糊認識到有深刻見解，更體會到實踐和創新對解決問題的重要性。

參考文獻

[1]楊磊.對電梯故障致因的分析[J].產業與科技論壇，2011 （18）：56-57.endprint