電梯控制主板及其檢測維護設備的設計

鮑同興，俞利信，劉友富

（浙江西迅電梯有限公司，浙江嘉興 314000）

0 引言

電梯屬于一種高穩定性、高性能的高層建筑內部交通工具，通過微處理器來操控電梯已經是當前電梯廣泛選擇的控制方式。由于人們對電梯的穩定性及可靠性有較高需求，促使電梯控制板在試運行以前需要具備很可靠的性能，而且功能表現較好。所以，在實驗室研發期間就測試電梯控制主板，可以大幅減少由于返工而增多的研發費用。

1 電梯的主要結構功能

1.1 電梯類型

電梯通常被分為扶梯、電梯兩大類，實際上電梯的類型有很多。電梯分類形式有許多種，例如：根據電梯應用途徑劃分的客梯、貨梯，根據電梯驅動形式劃分的直流梯、交流梯，根據電梯上下運速劃分的低速、中速、高速以及超高速電梯，還有根據是否有司機劃分的電梯，根據操縱形式劃分的信號操控電梯、群控電梯等，也有消防電梯、井下電梯等特殊電梯。

1.2 電梯的基礎框架

1.2.1 電梯的空間構成

（1）機房。這是電梯的大腦與心臟，電梯控制器于動力系統都安裝在機房中。機房中設置了電梯曳引器、導向輪、控制柜、限速設備以及電源控制箱等重要裝置。

（2）轎廂。這是電梯內裝載乘客和貨物的金屬框架。電梯轎廂通過轎廂架、內壁、底部、頂部以及轎門等部分構成。在曳引器驅動下，從上、下4 組導靴順導軌進行垂直上下運轉，完成垂直運送任務。

（3）井道。這是電梯轎廂運轉的空間，于電梯井道中，導軌與導靴屬于電梯轎廂及對重的導向組成。常見的導軌包含T形、L 形以及5 m 空心軌。T 形軌用作轎廂導向，L 形軌與5 m空心軌用作對重導向。導軌需要具備較高的強度、韌性，在遭到強烈沖擊時不出現開裂，而需要比較光滑。

（4）層站。層站處在電梯每層廳外，設計電梯層門、外呼按鍵、層樓顯示、消防閥以及鎖梯開關等。

1.2.2 電梯控制柜

這是用來操控電梯運轉的設備，通常安裝于電梯機房中，沒有機房電梯的則安裝于井道。控制柜發揮電梯運轉的基本作用，電梯制造商把常見的功能視為標準功能設置在電梯中，而且有些電梯也能根據客戶需求配備控制柜性能。

電梯控制柜通常有司機操縱、集選管理、下行集選、單獨操縱、特殊樓層優先操控、停梯操縱、滿載操控、消除無效信號、開門時間智能控制、根據客流量管理開門時間等功能。而且控制柜統一了光電設備、光幕感應、副操控箱等設備，具有燈光與風扇智能操控、電子觸鍵、智能播音、燈光報站、斷電時緊急操控、火災時緊急處理、消防控制、早期微震緊急處理、故障測試等功能。所以，控制柜屬于電梯最重要的功能集成。

2 電梯控制主板構造介紹

該檢測系統對于主副微機都選擇依靠CPU32（MC68376）的雙機型NGH 型控制板展開檢測。電梯信號控制器是由主微機、副微機、通信微機、I/O（Input/Output，輸入/輸出）信息處理系統、通信協議轉變系統、光電脈沖信息處理系統、鍵盤操控與狀態顯示系統以及拓展I/O 口等結構構成。主CPU（Central Processing Unit，中央處理器）中統一了一個線上CAN（Controller Area Network，控制器局域網絡）總線設備，能用作電梯群控。一般選擇脈沖編碼器來測試電梯運速，其傳出兩路相位差別90°的脈沖序列，用作電梯控制器的運速反饋信息，基于微控制設備的運速測試回路和計數器來測試電梯運轉方位、先行間距與降速間距。系統內包含的信號主要是64 個輸入信息、32 個輸出信息[1]。在串行通信過程，首先是RS-232 串行通信，重點實現和編程設備的串行通信，其次是RS-485 串行通信，重點實現和通用變頻設備的RS-485 通信。安裝鍵盤與顯示系統，促使電梯安裝與調試更加簡便，且可以直接讀出、檢測相關信息與記錄的參數。為方便主板拓展，適合以后電梯的改善，設計過程還添加了一個拓展I/O 系統，選擇可編程并行結構82C55 芯片。

3 檢測平臺需求分析與構思

3.1 檢測平臺需求

需檢查電梯控制主板，要先進行需求分析。主板研發者期望在主板投用時可以虛擬實際環境來確定主板每個部分功能是不是運行正常。功能測試包含以下9 個方面。

（1）主板中RS-232 口通信是否穩定。

（2）對主板中的輸入口展開檢測，要根據單點輸入檢測、奇數點輸入檢測、偶數點輸入檢測、全輸入檢測及全斷開檢測集中形式展開。

（3）檢測主板輸出口，比如輸入檢測一樣分多種形式展開。

（4）對主板中的拓展I/O 端口展開測試。

（5）RS-485 端口測試，測試兩個RS-485 口是否通信順暢。

（6）旋轉編碼器測試，測試設備可以仿真實際中的旋轉編碼設備傳出幾個頻率的兩路脈沖串，以測試目標板的計數值與方位。

（7）目標板中LED 顯示檢測，可以測試獨段LED。

（8）板上鍵盤輸入檢測，檢查按鍵是否準確。

（9）CAN 總線檢測。

3.2 檢測平臺構思

檢測平臺主要依靠PC 機（可編程控器）編程來實現。基于上述需求分析，能夠發現檢測平臺總共要檢測120（64+32+8×3）個I/O 口；需要系統可以傳送兩路脈沖信息，而且頻率能調。

方案1：選擇多I/O 口的PLC 系統來測試主板I/O，且PC（Program Counter，指令計數）器經過RS-323 口與PLC 通信[2]。由于PLC 的傳輸速率很低，很難出現頻率為20 kHz 的脈沖串，所以需要另外借助PC 器的并行口完成脈沖傳出，CAN 總線通信檢測也不能基于PLC 來實現。

方案2：簡單采取多I/O 口的信息收集卡來測試控制主板中的I/O 口。

方案對比：方案1 選擇技術成熟與性能良好的PLC，但是并沒有突出它的控制優勢，而只是將其用作通信終結，且為完成一個很成熟的檢測平臺，需要選擇120 個I/O 口的PLC，其成本將超過7000 元；而方案2 選擇144 個I/O 口的ISA（Industrial Standard Architecture，工業標準結構總線）插孔的信息收集卡，成本僅700元左右，但是也能夠完美地測試主板I/O，還能選取信息收集卡上的2 個I/O 口來形成脈沖且不需要占據PC 器的并行口。

3.3 檢測平臺的設備選型

（1）DIO-144E：有144 位能編程管理的數字量輸入口、輸出口，且含有高輸出驅動性能的ISA 卡。

（2）SC2001 CAN 總線PCI 插槽：能夠基于雙絞線直接接入控制主板的CAN 器接口上。

（3）兩個RS-232 至RS-485 接口轉變器：用作轉變主板中的RS-485 口與PC 機中的RS-232 口。

（4）四客戶串口PCI 插卡：用來拓展PC 器上的RS-232 口。

（5）一臺含有兩個ISA 插卡的PC 器。

3.4 上位機軟件系統構思

PC 器在測試控制主板時，主板要有特殊的環境來適應上位機檢測請求，研發者能夠配合規劃主板上的測試環境。首先讓主板進到檢測環境，檢測平臺基于RS-232 口傳出一條特殊的檢測指令，讓目標板進到檢測狀態，接著目標板返回一個應答命令確定進到檢測狀態，且確定RS-232 口通信順暢[3]。

4 檢測平臺的程序體現

通過需求分析能夠發現，該檢測平臺要能十分便利地和客戶交互，因此軟件設計時盡量選擇圖形化的客戶界面，且要可以非常直觀的體現主板上每個外圍情況，如輸入口、輸出口以及LED（Light-Emitting Diode，發光二極管）等，所以采取LABVIEW 圖形編程會有效迎合客戶需要，獲得直觀、便捷的客戶界面。相對于VC、VB 等常見軟件，編程難度并未提高。

LABVIEW 屬于一種圖形化編程軟件，用作信息收集、信息分析和其他任何編程工作，由于其給客戶帶來了面向信息收集、分析、顯示與GPIB（General-Purpose Interface Bus，通用接口總線）機器串行設備控制等儀器軟件的拓展函數庫，所以對儀器軟件的檢測和測量、信息收集與控制等應用有著特殊的優點。LABVIEW 能夠供應和真實儀器非常類似的VI（Visual Identity，視覺識別系統）客戶界面，選擇信息流框圖的方式進行程序編輯，并且較好地突出了模塊化的編程理念。

對控制主板每個部分展開測試時，要基于串口和主板CPU通信，現把“串口初始化”視為subVI，由于LABVIEW 內統一了VISA 設備的函數庫，對串口的處理十分方便。在檢測上百個I/O口時，PC 其應對信息收集卡實現底層處理，此時能夠使用LABVIEW 和其余語言的接口簡便的展開。由于C 語言針對底層操作比較靈活，效率很高，所以能夠使用LABVIEW 內的CIN（Code Interface Node，代碼接口結點）接口進行調用用作對信息收集卡展開底層處理的C 源代碼。同理，針對CAN 卡的處理也能夠調用以C 編制的代碼處理。如此一來，不僅使用了LABVIEW 來產生直觀的客戶界面，還使用C 語言較好的地層操作體制來實現測試控制主板中的I/O 口與CAN 通信節點。

要形成兩路相位差別90°的脈沖，采取信息收集卡上的兩大輸出端口A、B（每個端口為8 位口）的首位用作兩路脈沖的傳出，將信號傳送至主板中的脈沖信號分析模塊。二者出現相位差別90°的脈沖。選擇循環向A 端口與B 端口逐次持續傳送22001133 與11002233。同理，反向時，A 端口逐次循環傳出時1、0、2、3，而對應B 端口時2、0、1、3。

5 結果分析

檢測平臺和控制主板之間的數據交換是基于串行通信來實現的，為確保測試的穩定性并降低錯誤率，在串行通信格式中選擇了CRC 循環檢驗。而且，若在通信時持續3 次產生通信錯誤，那么表示雙方通信有問題，強行檢測平臺退出操作，暫停運行。此外，對各功能塊的檢測過程都可以詳細記錄，便于檢測完成后了解檢測的精準度和主板上每個功能塊的穩固性與可靠性。

該檢測系統正式投用之后，可以和控制主板順利通信。由于基于短程的串口通信，而且采取了比較健全的通信機制，主板和檢測平臺的上位機間通信非常可靠，檢測系統可以在一次完全運轉過程對控制主板的對應檢測位置進行整體檢查，且輸出測試環節的詳實記錄結果。如果檢測記錄結果體現了主板上出現的各種設計錯誤，就對主板硬件上存在相應問題的地方進行完善，重新測試時最后得到確認。