論CAN總線在電梯遠程監控系統中應用
「本文著眼于CAN總線在電梯遠程監控系統中的應用問題展開探討，作者結合個人在這方面的一些實踐工作經驗提出幾點思考，希望借閱者能夠積極提出改進意見。(2023-2-25)」
關鍵詞：CAN總線；電梯；遠程監控系統；應用
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.08.135
當前很多電梯制造單位運用安裝電梯監控系統的方法來保障電梯更加安穩、安全的運行，同時也可以幫助排除電梯故障以及快速救援等。但監控系統的通用性和兼容性并不好，這就說明電梯故障往往會引發電梯事故。
1 CAN總線介紹
數據在傳輸過程中要通過CAN（Controller Area Network）總線，它是一種支持分布式實時控制系統的串行通信局域網�；诟咝阅芤约案呖煽啃缘奶攸c，這種局域網的設計很獨特且實時性好，其主要應用于各數據系統的檢測以及執行機構間的數據通信。
主要特點：（1）多主總線，并且各個節點又可以主動的向其它的網絡節點發送信息；（2）采用極其獨特的非破壞性總線仲裁技術，優先級高的節點具有優先傳送數據的權利，這一點可以滿足實時性好的要求；（3）具備點對點、一點對多點以及全局域性廣播傳送的功能；（4）其總線每一幀的有效節點數量為8個，同時附屬有CRC以及其它的相關校驗措施，有一點好處就是出錯率很低，而只要是一旦出現錯誤，就能夠自動脫離總線，但在總線的其它操作不會受到影響；（5）具體的通信距離可以達到10km（5kb/s），而最高通信率可以達到1MB/s（40m），實際節點數目可以達到110個，通信介質則采用的是雙絞線，也可采用光纖；（6）CAN總線只具備兩根導線，如此系統在擴充的時候，只需要將新的節點掛接于總線上即可，系統比較容易擴充，且改型也比較靈活。
2 系統構成與工作原理
2.1 數據傳輸及協議轉換模塊CAN-232轉換卡
此環節是數據采集、協議轉換、故障判斷以及與工作站通訊或控制視頻切換的功能環節。此過程中CAN控制器的選擇是PHILIPS公司的SJA1000，收發器的選用是PC82C250。信號隔離選用高速光電耦合器6N137。其接收的是電梯通信卡發出來的符合電梯的CAN協議格式狀態的相關數據幀，再進一步將其轉變成為標準的RS232格式流傳到數據處理站。把電梯的信號數據傳輸模式轉換為符合數據站傳輸模式所要求的數據格式，使監控軟件可以兼容不同種類型的電梯。
2.2 轉換卡與通訊卡通信過程
CAN主線的工作方式可以分為很多種，而在總線上也可以掛接110多個節點。所以，一塊采集卡就可以連接多達110部電梯通訊卡。但實際上因為考慮到監控軟件的實時性，一部工作站往往可以監控16部電梯，同時又為各部電梯賦予一個可以當作身份標識的站號（其分別設置為各部電梯通訊卡上面的撥碼開關為1-16）。系統上位機監控軟件間隔40ms就會監控采集一部電梯的數據，其第一步就是要發送電梯的站號到采集卡，再繼續等待接收數據。待采集卡接收到上位機發送過來的站號，我們把該站號進行填充到“CAN幀”的字節，并將該只具備一個數字節的CAN幀發送到總線上去，再進一步接收等待此電梯進行發送的數據。
和采集卡相互連接的有16塊電梯通訊卡，那么在系統初始化時，我們把地址的接收碼以及屏蔽碼在CAN總線通信中，初始設置成只是接收電梯的采集卡所發送的數據。如果在電梯通訊卡已經接收到了電梯發來的信號的時候，相較于自己的站號，假如不相同則不予理睬，如果不同，那么就要將電梯的狀態數據發送到總線上面。然而采集卡在初始設定的時候需要將其設置為還沒有接收的初始設置的通訊卡的數據，但如果其已經接收上了總線數據，那么就要確認它是不是已經采集的電梯發送過來的數據，正確的時候就要進行數據轉換，把來自于電梯通訊卡所接收的數據進行轉化，轉換成為符合上位機要求的具體格式；之后我們再進一步根據這些電梯的信息判斷確診電梯的故障，同時還要判斷電梯是否正常運行，不正常的情況下就要判斷其究竟出現了什么問題，怎樣修復這些故障，從而進行故障報警或者是預報警；故障判斷等待處理之后，把故障碼和其他的故障同時發送給上位機，不然的話就要將本次操作放棄。
初始化的數據在化模塊的時候比較重要，在初始化時要先進入復位模式，再對CAN寄存器控制器進行配置。但我們往往在實際過程中發現其硬復位比較可靠，如果時間充足，那么就需要將使CAN控制器進入到復位狀態，但這個時候，CAN寄存器的某一些值還不確定。軟復位則恰恰相反，不確定會使得CAN控制器進入復位狀態，但只要一旦進入了CAN控制器則它的值就一定是確定的復位值。實際應用中結合兩種方法使用效果比較好，所以在硬件電路中設計了Watchdog電路，可以有效的防止出現單片機的死機，或者是程序出現“跑飛”的問題。
2.3 轉換卡與工作站通信過程
采集卡和工作站之間以RS232總線進行通訊，MCU的串口波特率為19200bs，系統工作站的監控軟件采用的是VisualBasic及SQL，把MSComm控件中的settings屬性設置成“19200，E，8，1”。用串口和工作站連接起來，這樣能從速率上使得遠程監控系統的要求得到滿足，而與此同時又可以使得成本得以降低。但假如是運用基于PCI總線的CAN的適配卡，雖然能夠很好的提高其通信的速率，但還是使得成本增加了很多。更何況還要將協議轉換以及故障判斷的任務移交給上位機，這樣就增加了上位機的負擔，促使整個系統的實時性受到影響。綜合起來進行比較，還是CAN-232的性價比更高一些，所以就更加適合本系統的使用。
3 結語
在電梯監控系統中運用CAN總線技術實現了電梯系統的集成化以及模塊化設計，順應了當前現代化工控系統的發展趨勢。事實上，和國外廠商的合作，把主控制器改造至變頻器內，這樣就避免了資源的浪費。
參考文獻：
[1]胡國彪.基于CAN總線的電梯群控系統設計與研究[D].武漢：華中科技大學，2009.
[2]屈偉.兼容AT89S5X和STC系列單片機的編程實驗板[J].機電信息，2009（30）：20-21.
(鍬TF)
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.08.135
當前很多電梯制造單位運用安裝電梯監控系統的方法來保障電梯更加安穩、安全的運行，同時也可以幫助排除電梯故障以及快速救援等。但監控系統的通用性和兼容性并不好，這就說明電梯故障往往會引發電梯事故。
1 CAN總線介紹
數據在傳輸過程中要通過CAN（Controller Area Network）總線，它是一種支持分布式實時控制系統的串行通信局域網�；诟咝阅芤约案呖煽啃缘奶攸c，這種局域網的設計很獨特且實時性好，其主要應用于各數據系統的檢測以及執行機構間的數據通信。
主要特點：（1）多主總線，并且各個節點又可以主動的向其它的網絡節點發送信息；（2）采用極其獨特的非破壞性總線仲裁技術，優先級高的節點具有優先傳送數據的權利，這一點可以滿足實時性好的要求；（3）具備點對點、一點對多點以及全局域性廣播傳送的功能；（4）其總線每一幀的有效節點數量為8個，同時附屬有CRC以及其它的相關校驗措施，有一點好處就是出錯率很低，而只要是一旦出現錯誤，就能夠自動脫離總線，但在總線的其它操作不會受到影響；（5）具體的通信距離可以達到10km（5kb/s），而最高通信率可以達到1MB/s（40m），實際節點數目可以達到110個，通信介質則采用的是雙絞線，也可采用光纖；（6）CAN總線只具備兩根導線，如此系統在擴充的時候，只需要將新的節點掛接于總線上即可，系統比較容易擴充，且改型也比較靈活。
2 系統構成與工作原理
2.1 數據傳輸及協議轉換模塊CAN-232轉換卡
此環節是數據采集、協議轉換、故障判斷以及與工作站通訊或控制視頻切換的功能環節。此過程中CAN控制器的選擇是PHILIPS公司的SJA1000，收發器的選用是PC82C250。信號隔離選用高速光電耦合器6N137。其接收的是電梯通信卡發出來的符合電梯的CAN協議格式狀態的相關數據幀，再進一步將其轉變成為標準的RS232格式流傳到數據處理站。把電梯的信號數據傳輸模式轉換為符合數據站傳輸模式所要求的數據格式，使監控軟件可以兼容不同種類型的電梯。
2.2 轉換卡與通訊卡通信過程
CAN主線的工作方式可以分為很多種，而在總線上也可以掛接110多個節點。所以，一塊采集卡就可以連接多達110部電梯通訊卡。但實際上因為考慮到監控軟件的實時性，一部工作站往往可以監控16部電梯，同時又為各部電梯賦予一個可以當作身份標識的站號（其分別設置為各部電梯通訊卡上面的撥碼開關為1-16）。系統上位機監控軟件間隔40ms就會監控采集一部電梯的數據，其第一步就是要發送電梯的站號到采集卡，再繼續等待接收數據。待采集卡接收到上位機發送過來的站號，我們把該站號進行填充到“CAN幀”的字節，并將該只具備一個數字節的CAN幀發送到總線上去，再進一步接收等待此電梯進行發送的數據。
和采集卡相互連接的有16塊電梯通訊卡，那么在系統初始化時，我們把地址的接收碼以及屏蔽碼在CAN總線通信中，初始設置成只是接收電梯的采集卡所發送的數據。如果在電梯通訊卡已經接收到了電梯發來的信號的時候，相較于自己的站號，假如不相同則不予理睬，如果不同，那么就要將電梯的狀態數據發送到總線上面。然而采集卡在初始設定的時候需要將其設置為還沒有接收的初始設置的通訊卡的數據，但如果其已經接收上了總線數據，那么就要確認它是不是已經采集的電梯發送過來的數據，正確的時候就要進行數據轉換，把來自于電梯通訊卡所接收的數據進行轉化，轉換成為符合上位機要求的具體格式；之后我們再進一步根據這些電梯的信息判斷確診電梯的故障，同時還要判斷電梯是否正常運行，不正常的情況下就要判斷其究竟出現了什么問題，怎樣修復這些故障，從而進行故障報警或者是預報警；故障判斷等待處理之后，把故障碼和其他的故障同時發送給上位機，不然的話就要將本次操作放棄。
初始化的數據在化模塊的時候比較重要，在初始化時要先進入復位模式，再對CAN寄存器控制器進行配置。但我們往往在實際過程中發現其硬復位比較可靠，如果時間充足，那么就需要將使CAN控制器進入到復位狀態，但這個時候，CAN寄存器的某一些值還不確定。軟復位則恰恰相反，不確定會使得CAN控制器進入復位狀態，但只要一旦進入了CAN控制器則它的值就一定是確定的復位值。實際應用中結合兩種方法使用效果比較好，所以在硬件電路中設計了Watchdog電路，可以有效的防止出現單片機的死機，或者是程序出現“跑飛”的問題。
2.3 轉換卡與工作站通信過程
采集卡和工作站之間以RS232總線進行通訊，MCU的串口波特率為19200bs，系統工作站的監控軟件采用的是VisualBasic及SQL，把MSComm控件中的settings屬性設置成“19200，E，8，1”。用串口和工作站連接起來，這樣能從速率上使得遠程監控系統的要求得到滿足，而與此同時又可以使得成本得以降低。但假如是運用基于PCI總線的CAN的適配卡，雖然能夠很好的提高其通信的速率，但還是使得成本增加了很多。更何況還要將協議轉換以及故障判斷的任務移交給上位機，這樣就增加了上位機的負擔，促使整個系統的實時性受到影響。綜合起來進行比較，還是CAN-232的性價比更高一些，所以就更加適合本系統的使用。
3 結語
在電梯監控系統中運用CAN總線技術實現了電梯系統的集成化以及模塊化設計，順應了當前現代化工控系統的發展趨勢。事實上，和國外廠商的合作，把主控制器改造至變頻器內，這樣就避免了資源的浪費。
參考文獻：
[1]胡國彪.基于CAN總線的電梯群控系統設計與研究[D].武漢：華中科技大學，2009.
[2]屈偉.兼容AT89S5X和STC系列單片機的編程實驗板[J].機電信息，2009（30）：20-21.
(鍬TF)