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关键词 电梯群控系统 CAN 总线 CANopen
电梯群控系统（EGCS） 把多部电梯（≥3 台） 作为一个有机整体进行协调控制, 目的是提高智能大厦垂直交通系统的运行效率。采用何种技术构建电梯群控系统， 使电梯群控效率得到较大提高是本文研究的目的。
目前， 有基于各种总线或协议的电梯群控构建，如基于MEWTOCOL - COM 专用协议的电梯群控系统［1］， 但其依然采用RS485 总线， RS485 总线存在通讯协议不统一， 通讯效率不高的问题； 基于L onTalk协议的LonWorks 总线技术构建的电梯群控系统［2］，但目前厂家生产的神经元芯片输入时钟相对较低， 这对电梯群控实时性要求特别高的系统不是很理想； 基于CAN 现场总线的电梯群控系统的设计与实现［3］，采用集中群控模式， 群控容易解体。而目前电梯通讯工程应用主要还是以RS485 总线为主要技术， 因此，必须用新的思路构建电梯群控系统。
1 遵循CAN 2. 0B 技术规范的CANopen高层应用层协议
2002 年德国的一些电梯企业使用CANopen 来提升CAN 技术在电梯中的应用， 由此诞生了电梯设备CANopen 高层应用层协议。电梯CANopen 高层应用层协议， 是一个开放式的电梯专用协议。该协议由CiA （CAN in Automation） 国际组织开发和维护。
电梯设备CANopen 高层应用层协议文件由四个部分组成： 第1 部分， 术语定义和物理层内容说明；第2 部分， 电梯虚拟设备（virtual device） 定义及其应用对象； 第3 部分， 预定义PDO （过程数据对象）、SDO （ 服务数据对象） 等通讯对象（ communicationobject）； 第4 部分， 对象字典（object dictionary） 描述。
电梯CANopen 高层应用层协议仍然遵循CAN2. 0B技术规范， 其基础是CAN 总线。基于电梯CANopen 高层应用层协议的电梯群控系统， 单梯楼层可达254 层， 电梯群控数量最大达到8 台。
2 基于CANopen 高层应用层协议的电梯群控系统构建
2. 1 电梯群控系统构建模式
目前， 工程中电梯群控的构建模式有两种： 一是星形群控系统， 即集中式控制， 典型的有日本三菱和日立的群控系统； 二是环形群控系统， 典型的有奥的斯群控系统和德国奔克群控系统。两种群控从图1 可以看出， 星形群控系统的电梯调度由独立的群控控制器来完成， 是集中式控制。群控组中的电梯都是一个完整的系统， 每台电梯都有自己的外召系统， 但群控控制器收到的外召信号无需区分信号的来源， 只有楼层的差异。系统硬件采用主从多CPU方式。但系统存在一个致命缺点， 即当群控控制器发生故障时， 将导致整个群控系统的解体。显然， 群控系统的可靠性比较低。另外， 群控信息传输的路由并非最优， 导致控制的实时性也比较差。
而图2 所示的环形群控系统， 虽然没有集中群控控制器， 改变了集中控制模式， 使群控系统整体解体的可能性大大减小， 但当群控环中的某台电梯出现故障时将破坏群控环的闭合， 导致群控信息传递发生中断， 因此， 依然会大大降低群控系统的可靠性。而且由于环形构架群控电梯之间信息的传递环节多， 通讯效率比较低， 群控的实时性也比较差。如果为了提高控制的实时性， 而提高通讯波特率， 将对电梯通讯的抗干扰能力要求大大提高。特别是当群控组电梯数量多的时候， 会造成信息传递的严重滞后， 达不到电梯群控效果， 甚至不如单梯控制。
而CANopen 电梯高层应用层协议是基于CAN总线的群控系统， 克服了上述两种群控系统构建的缺点， 有效保证了群控系统的稳定性， 同时保证大量群控信息高效传输， 防止信息堵塞。CAN总线的特点能很好保证电梯群控性能。其群控系统的构建如图3所示。
从图3 可以看出， 电梯主控制器和电梯信号采集器都挂接于CAN 总线上， 总线上各节点共享总线信息， 使传递路径得到极大优化， 外召信号和群控状态信息处理的实时性相比环形群控和星型群控要好，有很大的改善。同时， 群控组各梯的内召信号也为各主控制器共享， 这样做的最大好处是各主控制器可以在第一时间得知其余各梯的内召情况， 增强群控控制信息的完整性， 有利于群控电梯的调度。另外， 由于CAN 总线的多主方式， 使群控组的各电梯可以随时获取其它电梯的状态。
CAN 总线电梯群控系统有很好的退出机制， 任一台电梯退出群控系统不影响群控组的继续运行，使群控组的可靠性得到极大的提高。
2. 2 CAN 总线群控系统硬件设计
电梯主控制器CAN 总线接口电路如图4 所示。微处理器的CAN 接收和发送信号通过高速光耦TLP113 隔离后接至CAN 收发芯片TJA1050。
CAN 总线信号与主控制器隔离， 微控制器所用的电源也与CAN 收发器所用电源相互隔离， 本研究采用DC - DC 微功率电源模块B0505LM 隔离两部分电源。
此外， CAN 总线接口还设计了保护电路。使用了PHILIPS 公司的PESD1CAN保护二极管， 对ESD （静电放电） 脉冲、电源瞬变、浪涌等现象有很好的抑制作用，相对于使用TVS （瞬态电压抑制器） 二极管来说， PESD1CAN 在防浪涌和抑制瞬变方面有更好的表现。
值得注意的是， CAN 网络终端120 Ω 电阻， 对于匹配总线阻抗起着相当重要的作用， 忽略掉它们， 会使数据通讯的抗干扰性、可靠性大大降低， 甚至无法通讯。
外召采集器和内召采集器的微处理器使用的是Atmel 公司的ATmega8， 它是一款高性能、低功耗的8 位微控制器， CAN通讯接口采用Microchip 公司推出的CAN总线控制器芯片MCP2515 和PHILIPS 公司的收发芯片TJA1050。图5 为内召、外召采集器CAN 接口电路的设计。
2. 3 基于CANopen 电梯高层应用层协议的电梯群控CAN 通讯
电梯主控制器CAN 通讯启动节点扫描任务后， 首先发送第一个节点的远程帧来获取第一个CAN 节点的召唤信息； 此后继续扫描其他节点， 直到最后节点为止； 最后登记好所有召唤节点信息后， 等待主程序逻辑计算并控制运行， 同时发送电梯状态信息的CAN数据帧给各召唤节点。整个任务扫描周期为100 ms。其流程如图6 所示。召唤CAN 信息的接收和发送在中断程序里处理， 召唤板接收到电梯主控器发来的CAN 信息后， 判断是CAN 数据帧还是远程帧。数据帧进行运行状态的实时显示； 远程帧则扫描按键信息， 登记呼叫后发送至主控器。流程如图7 所示。
基于CANopen 电梯高层应用层协议的电梯群控系统是新的电梯群控系统构建模式， 这种构建模式将使电梯群控技术得到一个飞跃。同时， 该项技术的成功， 将提高我国电梯控制技术的水平， 填补国内与国外同类技术的空白。