電梯通信穩(wěn)定性的改造

趙偉

摘 要：隨著深圳城市軌道交通的快速發(fā)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(wěn)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(fā)現(xiàn)并解決的電梯DC5V通信弊端，通過電源電路的優(yōu)化、CAN-BUS通信回路改造等多項自主創(chuàng)新的方式技術提升了電梯穩(wěn)定性能，解決了深圳地鐵電梯困人高發(fā)的問題。

關鍵詞：電梯；CAN-BUS通信；強弱電分離；穩(wěn)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(fā)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(jīng)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(zhàn)，據(jù)調查，3號線布吉站一臺電梯每天的運行次數(shù)就高達1500次，相當于住宅小區(qū)一臺高層電梯一個月的運行次數(shù)，因此，地鐵電梯運行的穩(wěn)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(tǒng)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(jié)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(shù)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(wěn)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(tǒng)計

近年來，深圳地鐵電梯困人情況頻繁發(fā)生，分析發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(huán)境因素），分析發(fā)現(xiàn)大多數(shù)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(tǒng)，一旦發(fā)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(tǒng)分為機房控制器（網(wǎng)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(jié)點。各節(jié)點都可實時向總線發(fā)送信號，并接收總線上的信號，從而實現(xiàn)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(xiàn)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(wěn)定運行的關鍵因素，我通過現(xiàn)場測試、現(xiàn)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?shù)碾娫床环€(wěn)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(shù)據(jù)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(yè)內通信故障的常規(guī)判斷，按這兩種常規(guī)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(fā)現(xiàn)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?shù)碾娫床环€(wěn)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(jīng)測試，只要任何一處電源不穩(wěn)定就會造成板件保護，引發(fā)通信故障。

改進方案：獨立供電模式設計，制約了通信系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，在廠家原設計的基礎上，我大膽創(chuàng)新和提高通過改變電原供電電路來提高電源的穩(wěn)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(fā)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(fā)現(xiàn)，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(xiàn)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(shù)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(guī)整，一臺電梯板件不再混搭出現(xiàn)。

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(wǎng)絡通信。通信結構為命令響應式：即總線空閑時，任意節(jié)點均可發(fā)送數(shù)據(jù)，其他節(jié)點都接收總線上的數(shù)據(jù)。MS3-C板通信線采用的是串聯(lián)接法，當前一塊MS3-C板（選層板）發(fā)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(lián)通信，當兩路同時接發(fā)信號時，總節(jié)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(lián)改為并聯(lián)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(jīng)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(lián)方式，把LMSI-C板串聯(lián)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(shù)據(jù)疊加失真。相同板件使用并聯(lián)與主板通信方式，而不同板件使用串聯(lián)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(jù)CAN-BUS傳輸?shù)奶匦裕@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(xiàn)問題波形（如圖5所示），改造后經(jīng)過數(shù)月的觀察問題波形再無出現(xiàn)。

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(fā)生通信故障，而沒有整改的站點通信故障頻繁發(fā)生。事實證明上述獨立自主創(chuàng)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(jīng)過數(shù)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(wěn)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(xiàn)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(guī)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(chuàng)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(yè)與科技論壇，2011 （18）：56-57.endprint