论CAN总线在电梯远程监控系统中应用

    张松

    摘 要：本文着眼于CAN总线在电梯远程监控系统中的应用问题展开探讨，作者结合个人在这方面的一些实践工作经验提出几点思考，希望借阅者能够积极提出改进意见。

    关键词：CAN总线；电梯；远程监控系统；应用

    DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.08.135

    当前很多电梯制造单位运用安装电梯监控系统的方法来保障电梯更加安稳、安全的运行，同时也可以帮助排除电梯故障以及快速救援等。但监控系统的通用性和兼容性并不好，这就说明电梯故障往往会引发电梯事故。

    1 CAN总线介绍

    数据在传输过程中要通过CAN（Controller Area Network）总线，它是一种支持分布式实时控制系统的串行通信局域网。基于高性能以及高可靠性的特点，这种局域网的设计很独特且实时性好，其主要应用于各数据系统的检测以及执行机构间的数据通信。

    主要特点：（1）多主总线，并且各个节点又可以主动的向其它的网络节点发送信息；（2）采用极其独特的非破坏性总线仲裁技术，优先级高的节点具有优先传送数据的权利，这一点可以滿足实时性好的要求；（3）具备点对点、一点对多点以及全局域性广播传送的功能；（4）其总线每一帧的有效节点数量为8个，同时附属有CRC以及其它的相关校验措施，有一点好处就是出错率很低，而只要是一旦出现错误，就能够自动脱离总线，但在总线的其它操作不会受到影响；（5）具体的通信距离可以达到10km（5kb/s），而最高通信率可以达到1MB/s（40m），实际节点数目可以达到110个，通信介质则采用的是双绞线，也可采用光纤；（6）CAN总线只具备两根导线，如此系统在扩充的时候，只需要将新的节点挂接于总线上即可，系统比较容易扩充，且改型也比较灵活。

    2 系统构成与工作原理

    2.1 数据传输及协议转换模块CAN-232转换卡

    此环节是数据采集、协议转换、故障判断以及与工作站通讯或控制视频切换的功能环节。此过程中CAN控制器的选择是PHILIPS公司的SJA1000，收发器的选用是PC82C250。信号隔离选用高速光电耦合器6N137。其接收的是电梯通信卡发出来的符合电梯的CAN协议格式状态的相关数据帧，再进一步将其转变成为标准的RS232格式流传到数据处理站。把电梯的信号数据传输模式转换为符合数据站传输模式所要求的数据格式，使监控软件可以兼容不同种类型的电梯。

    2.2 转换卡与通讯卡通信过程

    CAN主线的工作方式可以分为很多种，而在总线上也可以挂接110多个节点。所以，一块采集卡就可以连接多达110部电梯通讯卡。但实际上因为考虑到监控软件的实时性，一部工作站往往可以监控16部电梯，同时又为各部电梯赋予一个可以当作身份标识的站号（其分别设置为各部电梯通讯卡上面的拨码开关为1-16）。系统上位机监控软件间隔40ms就会监控采集一部电梯的数据，其第一步就是要发送电梯的站号到采集卡，再继续等待接收数据。待采集卡接收到上位机发送过来的站号，我们把该站号进行填充到“CAN帧”的字节，并将该只具备一个数字节的CAN帧发送到总线上去，再进一步接收等待此电梯进行发送的数据。

    和采集卡相互连接的有16块电梯通讯卡，那么在系统初始化时，我们把地址的接收码以及屏蔽码在CAN总线通信中，初始设置成只是接收电梯的采集卡所发送的数据。如果在电梯通讯卡已经接收到了电梯发来的信号的时候，相较于自己的站号，假如不相同则不予理睬，如果不同，那么就要将电梯的状态数据发送到总线上面。然而采集卡在初始设定的时候需要将其设置为还没有接收的初始设置的通讯卡的数据，但如果其已经接收上了总线数据，那么就要确认它是不是已经采集的电梯发送过来的数据，正确的时候就要进行数据转换，把来自于电梯通讯卡所接收的数据进行转化，转换成为符合上位机要求的具体格式；之后我们再进一步根据这些电梯的信息判断确诊电梯的故障，同时还要判断电梯是否正常运行，不正常的情况下就要判断其究竟出现了什么问题，怎样修复这些故障，从而进行故障报警或者是预报警；故障判断等待处理之后，把故障码和其他的故障同时发送给上位机，不然的话就要将本次操作放弃。

    初始化的数据在化模块的时候比较重要，在初始化时要先进入复位模式，再对CAN寄存器控制器进行配置。但我们往往在实际过程中发现其硬复位比较可靠，如果时间充足，那么就需要将使CAN控制器进入到复位状态，但这个时候，CAN寄存器的某一些值还不确定。软复位则恰恰相反，不确定会使得CAN控制器进入复位状态，但只要一旦进入了CAN控制器则它的值就一定是确定的复位值。实际应用中结合两种方法使用效果比较好，所以在硬件电路中设计了Watchdog电路，可以有效的防止出现单片机的死机，或者是程序出现“跑飞”的问题。

    2.3 转换卡与工作站通信过程

    采集卡和工作站之间以RS232总线进行通讯，MCU的串口波特率为19200bs，系统工作站的监控软件采用的是VisualBasic及SQL，把MSComm控件中的settings属性设置成“19200，E，8，1”。用串口和工作站连接起来，这样能从速率上使得远程监控系统的要求得到满足，而与此同时又可以使得成本得以降低。但假如是运用基于PCI总线的CAN的适配卡，虽然能够很好的提高其通信的速率，但还是使得成本增加了很多。更何况还要将协议转换以及故障判断的任务移交给上位机，这样就增加了上位机的负担，促使整个系统的实时性受到影响。综合起来进行比较，还是CAN-232的性价比更高一些，所以就更加适合本系统的使用。

    3 结语

    在电梯监控系统中运用CAN总线技术实现了电梯系统的集成化以及模块化设计，顺应了当前现代化工控系统的发展趋势。事实上，和国外厂商的合作，把主控制器改造至变频器内，这样就避免了资源的浪费。

    参考文献：

    [1]胡国彪.基于CAN总线的电梯群控系统设计与研究[D].武汉：华中科技大学，2009.

    [2]屈伟.兼容AT89S5X和STC系列单片机的编程实验板[J].机电信息，2009（30）：20-21.