淺談串行通訊控制系統(tǒng)在舊電梯改造上的應(yīng)用

段翠翠

(濰坊科技學(xué)院智能制造學(xué)院,山東濰坊,262700)

關(guān)鍵字：串行通訊控制系統(tǒng)；舊電梯改造；應(yīng)用

0 引言

大唐淮南洛河發(fā)電廠1號(hào)爐電梯于1985年安裝并投入使用，截止至目前，主機(jī)齒輪箱已經(jīng)嚴(yán)重磨損，PLC控制系統(tǒng)老化、控制程序經(jīng)常出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，而且此控制系統(tǒng)已經(jīng)被淘汰、配件停產(chǎn)，廠家提供維修服務(wù)存在一定的障礙，導(dǎo)致電梯故障頻發(fā)，給企業(yè)正常的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)造成了極大的阻礙。因上，需要運(yùn)用串行通訊控制系統(tǒng)對(duì)該電梯的控制系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行改造，通過(guò)該系統(tǒng)的故障自診斷功能，使1號(hào)爐電梯的穩(wěn)定性獲得全面提升，降低其故障發(fā)生機(jī)率，縮短故障維修時(shí)間，使其為企業(yè)的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

1 電梯控制系統(tǒng)分析

傳統(tǒng)電梯的主要問(wèn)題就是：其一，全部運(yùn)算都在中央控制器中，提高運(yùn)算量，以此限制了系統(tǒng)實(shí)時(shí)響應(yīng)速度；其二，對(duì)擴(kuò)充控制器存在一定影響，無(wú)法使電梯工作性能提高；其三，布線較為復(fù)雜，并且維修較為困難，尤其是高層電梯中的信號(hào)線比較多，并且電纜縱橫交錯(cuò)，為運(yùn)行、安裝及維護(hù)都造成了困難。

使用串行通訊控制系統(tǒng)及總線技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)電梯分布式空時(shí)，使電梯控制劃分成為多個(gè)功能模塊，通過(guò)不同功能模塊分別對(duì)不同功能進(jìn)行控制，不同控制器之間使用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息傳遞及交換，有效實(shí)現(xiàn)控制器件插接化，使硬件成本得到降低，還能夠降低井道電纜數(shù)量及布線工作量、維護(hù)成本，對(duì)電梯運(yùn)行可靠性進(jìn)行改善。

2 串行通訊控制系統(tǒng)的使用

2.1 單臺(tái)多層電梯控制系統(tǒng)

圖1為單臺(tái)多層電梯控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其主要包括一臺(tái)PC監(jiān)視機(jī)、主控制器、轎廂控制器、負(fù)荷控制器及多個(gè)廳門(mén)控制器。主控制器和廳門(mén)控制器使用RS-485總線相互連接，從而能夠形成1：n主從式的串行通信結(jié)構(gòu)。在樓層為32層以上的時(shí)候，那么n比32大，使用擴(kuò)展RS-485接口實(shí)現(xiàn)。利用RS-485實(shí)現(xiàn)負(fù)荷控制器、轎廂控制器及主控制器的連接通信，使用6芯雙絞屏蔽電纜使和廳門(mén)控制器連接的信號(hào)電纜在井道中固定，和轎廂控制器與負(fù)荷控制器相互連接的信號(hào)電纜要使用具有鋼絲繩的抗拉抗折多芯電纜實(shí)現(xiàn)，并且要保證電纜夠長(zhǎng)，能夠根據(jù)轎廂自由的上下移動(dòng)。主控制器中還設(shè)置了USB接口及RS-232接口，連接Modem之后能夠利用電話線和PC機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。

圖1 單臺(tái)多層電梯控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2 群控電梯串行通信控制

在兩臺(tái)或者兩臺(tái)以上電梯并聯(lián)運(yùn)行的時(shí)候，就要對(duì)其進(jìn)行群控。群控制器中的RS-485接口和各個(gè)廳門(mén)控制器相互連接，從而構(gòu)成控制廳門(mén)RS-485串行通信總線。連接廳門(mén)接口，創(chuàng)建轎廂群控總線。群控制器所接收的外呼信號(hào)之后，以各個(gè)電梯目前運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)調(diào)度，確定使呼梯信號(hào)發(fā)送到哪臺(tái)電梯中執(zhí)行。圖2為群控電梯串行通訊控制的結(jié)構(gòu)。

圖2 群控電梯串行通訊控制的結(jié)構(gòu)

2.3 串行通信控制的工作原理

通過(guò)圖1可以看出來(lái)，主控制器、廳門(mén)、轎廂及負(fù)荷控制器都是利用RS-485串行總線相互連接，從而創(chuàng)建總線結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)，主控機(jī)能夠與廳門(mén)控制器及轎廂控制器實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)交換，還能夠?qū)ω?fù)荷傳感器中數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)收集。在此控制系統(tǒng)中，主控制器包括主站，其中的廳門(mén)、轎廂及負(fù)荷控制器為從站，主站主要負(fù)責(zé)整體通訊網(wǎng)絡(luò)，對(duì)從站工作進(jìn)行管理和調(diào)度，其能夠?qū)χ髡景l(fā)送多種控制命令。從站要根據(jù)主站命令實(shí)現(xiàn)工作，并且進(jìn)行響應(yīng)及回答。主站能夠選擇任意站實(shí)現(xiàn)信息交換，創(chuàng)建通訊雙方。如果選中從站，就能夠接收主站信息，還能夠?qū)χ髡景l(fā)送信息，以此實(shí)現(xiàn)信息傳遞的過(guò)程。廳門(mén)、轎廂及負(fù)荷控制器中都具有RS-485串行總線接口模塊，利用RS-485接口模塊到串行總線中掛接，以此能夠創(chuàng)建串行通信接口。此接口主要包括控制邏輯、RS-485收發(fā)器及串行通信控制器。

在此電梯控制系統(tǒng)種，主控制器使用Motorola Coldfire MCF5206微處理器，其中設(shè)置兩個(gè)串行通信控制器（SCC），能夠直接實(shí)現(xiàn)RS-485通信總線的數(shù)據(jù)接收及發(fā)送，并且還能夠提供獨(dú)立數(shù)據(jù)通道。此串行通信控制器屬于可編程串行通信控制器，其能夠支持多通訊協(xié)議，比如同步RS-485協(xié)議、異步通訊協(xié)議等。在SSC處于同步通訊協(xié)議中工作的事后，各接口模塊都具有自身地址號(hào)，在總線中具有信息的時(shí)候，和幀地址相同站號(hào)模塊才能夠接收。在總線中具有信息接收的時(shí)候，SCC先實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)幀地址號(hào)的讀取，如果此站站號(hào)相同，那么就要接收。MCF5206內(nèi)置兩個(gè)SCC，使其成為廳門(mén)通信接口與轎廂、負(fù)荷通信接口，遠(yuǎn)程監(jiān)控中的RS-232通信接口要利用串行口的擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)。

3 通信模塊的設(shè)計(jì)

為了能夠?qū)崿F(xiàn)通信，就要使TTL信號(hào)轉(zhuǎn)變成為RS-485信號(hào)，使RS-485信號(hào)轉(zhuǎn)變稱為T(mén)TL信號(hào)。在硬件設(shè)計(jì)的過(guò)程中，使用MAX485實(shí)現(xiàn)，圖3為MAX485的結(jié)構(gòu)原理。其使用+5V單電源進(jìn)行供電，并且支持RS-485總線，內(nèi)置發(fā)送器及接收器，并且使用半雙工通信的方式，數(shù)據(jù)通信率位2.5Mbps，其能夠接收到RS-485電平信號(hào)，使其轉(zhuǎn)變成為T(mén)TL電平信號(hào)，并且使發(fā)送TTL電平信號(hào)轉(zhuǎn)變成為RS-485電平信號(hào)。表1為MAX485收發(fā)器的管腳功能。

表1 MAX485收發(fā)器的管腳功能

圖3 MAX485的結(jié)構(gòu)原理

在電梯串行通信的過(guò)程中，只要在控制器串行通信接口中掛接MAX485芯片實(shí)現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換，就能夠?qū)崿F(xiàn)電梯串行通信控制，屬于半雙工方式，發(fā)送信號(hào)及接收信號(hào)無(wú)法同時(shí)進(jìn)行。所以，MAX485具有使能端。在此通信方式中，主控制板屬于主機(jī)，廳門(mén)控制器、轎廂控制器及負(fù)荷屬于從機(jī)。在整體串行通信過(guò)程中使用主機(jī)定時(shí)對(duì)從機(jī)進(jìn)行掃描，也就是以需求實(shí)現(xiàn)定時(shí)器初值的設(shè)置，在定時(shí)器定時(shí)中斷時(shí)，主機(jī)響應(yīng)也就會(huì)中斷，實(shí)現(xiàn)中斷處理程序的執(zhí)行。

7接收器同相輸入端接收器同相輸出端8 V CC 工作電源B

4 軟件設(shè)計(jì)

使用串行通信收集按鈕信號(hào)，節(jié)約井道信號(hào)線，但是還會(huì)提高軟件負(fù)擔(dān)，所以就要設(shè)計(jì)良好串行通信軟件。圖4為主控制器串行通信軟件的流程，收集轎廂按鈕信號(hào)及廳門(mén)按鈕信號(hào)是根據(jù)循序?qū)崿F(xiàn)。那么，使用有限時(shí)間等待解決此問(wèn)題，也就是分配每個(gè)控制器時(shí)間有限，設(shè)置為4ms。在對(duì)某控制器掃描的過(guò)程中，假如等待應(yīng)答時(shí)間超過(guò)4ms，主控制器串行通信程序就會(huì)自動(dòng)放棄此控制器按鈕信號(hào)收集，直接對(duì)下個(gè)控制器進(jìn)行掃描，其他的控制器流程也是如此。

圖4 主控制器串行通信軟件的流程

5 結(jié)束語(yǔ)

串行總線連接技術(shù)能夠降低電梯原本控制系統(tǒng)并道走線，在實(shí)際使用過(guò)程中能夠?qū)崿F(xiàn)電梯分布式控制。因?yàn)榇型ㄐ偶夹g(shù)的特點(diǎn)，只要再電梯箱、門(mén)中設(shè)置RS-485串行總線連接接口，就能夠使其和控制系統(tǒng)接入，提高電梯控制系統(tǒng)自動(dòng)化的水平。