專利名稱：基于can總線的分布式自動扶梯控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及自動扶梯的控制裝置，特別是一種基于CAN總線技術(shù) 的分布式自動扶梯的控制裝置。
技術(shù)背景自動扶梯是現(xiàn)代高層建筑中普遍采用的客運(yùn)設(shè)備，使用得非常頻繁。傳 統(tǒng)的自動扶梯維修管理是由專門的維護(hù)人員進(jìn)行日常維護(hù)工作和必要的設(shè) 備維修、故障處理等。由于使用的頻繁性以及設(shè)備在技術(shù)領(lǐng)域的集成性， 一旦出現(xiàn)故障，維修服務(wù)的及時(shí)響應(yīng)和設(shè)備故障的及時(shí)清除難以得到保證， 嚴(yán)重影響人們的日常生活。 發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型為了克服現(xiàn)有自動扶梯單臺人工操作，故障維修響應(yīng)不夠及時(shí)的缺點(diǎn)，提出一種基于CAN總線的分布式自動扶梯的控制裝置，它有機(jī) 地結(jié)合自動扶梯制造技術(shù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及通信技術(shù)，基于CAN總線技術(shù)的 分布式自動扶梯的控制系統(tǒng)可以有效的對為自動扶梯的集中控制及實(shí)時(shí)檢 測、維護(hù)，對自動扶梯的安全、有效、節(jié)能運(yùn)行提供了可靠保障。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案其特征是上位PC機(jī)的輸出/輸入端接 CAN總線適配器的輸入/輸出端；CAN總線適配器的輸入端接若干個(gè)自動 扶梯中的CAN收發(fā)器的第一輸出端；CAN總線適配器的輸出端接若干個(gè) 自動扶梯中的CAN收發(fā)器的第一輸入端；每個(gè)CAN收發(fā)器的第二輸出端 對應(yīng)連接CAN控制器的第一輸入端；每個(gè)CAN收發(fā)器的第二輸入端接 CAN控制器的第一輸出端；每個(gè)CAN控制器的第二輸出端接微處理器的 第一輸入端；微處理器的第一輸出端接CAN控制器的第二輸入端；每個(gè) 微處理器的第一輸入/輸出端與微處理器的輸出/輸入點(diǎn)IOa相連接；每個(gè)微處理器的第二輸出/輸入端接變頻器的第一輸入/輸出端；變頻器的第二 輸出/輸入端與變頻器的輸出/輸入點(diǎn)IOb相連接。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)系統(tǒng)開放性好，擴(kuò)展性強(qiáng)，應(yīng)用靈活，只要遵循CAN總線標(biāo)準(zhǔn)，就具有實(shí)際操作性，通信距離遠(yuǎn)達(dá)10Km (5Kb/s)，通信 速率可達(dá)IMb/s (40m),節(jié)點(diǎn)數(shù)目實(shí)際可達(dá)110個(gè)；可維護(hù)性好，通過 CAN總線可以獲得大量豐富的現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)，具有現(xiàn)場級設(shè)備的在線故障 診斷、報(bào)警、記錄功能，可完成現(xiàn)場設(shè)備的實(shí)時(shí)維護(hù)。同時(shí)，總線端子式 控制模塊都是插件式，可即插即用，大大方便了設(shè)備的安裝維修；系統(tǒng)安 全性強(qiáng)，可靠性高，CAN總線每幀有效字節(jié)數(shù)最多為8個(gè)，并有CRC及其 他校驗(yàn)措施，數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低；實(shí)用性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，節(jié)約造價(jià)和能源， CAN總線只有兩根導(dǎo)線，系統(tǒng)擴(kuò)充時(shí)，直接將新節(jié)點(diǎn)掛接在總線上即可， 改型靈活，對于各個(gè)節(jié)點(diǎn)，接收發(fā)送信息的CAN控制器和CAN收發(fā)器價(jià) 格便宜。各節(jié)點(diǎn)采用變頻器構(gòu)成的節(jié)能系統(tǒng)，變頻啟動后，可根據(jù)現(xiàn)場人 流情況，不斷的變頻運(yùn)行，節(jié)約能源，減少對電網(wǎng)的沖擊。

附圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖。附圖2是本實(shí)用新型單個(gè)自動扶梯節(jié)點(diǎn)硬件電路原理圖附圖3是本實(shí)用新型單個(gè)自動扶梯節(jié)點(diǎn)的控制回路圖。圖中的PC機(jī)、CAN總線適配器、CAN控制器、CAN收發(fā)器、微處 理器、變頻器均屬現(xiàn)有技術(shù)。
具體實(shí)施方式
對照附圖1，其結(jié)構(gòu)是上位PC機(jī)的輸出/輸入端接CAN總線適配器的 輸入/輸出端；CAN總線適配器的輸入端接若干個(gè)自動扶梯中的CAN收發(fā) 器的第一輸出端；CAN總線適配器的輸出端接若干個(gè)自動扶梯中的CAN 收發(fā)器的第一輸入端；每個(gè)CAN收發(fā)器的第二輸出端對應(yīng)連接CAN控制 器的第一輸入端；每個(gè)CAN收發(fā)器的第二輸入端接CAN控制器的第一輸出端；每個(gè)CAN控制器的第二輸出端接微處理器的第一輸入端；微處理 器的第一輸出端接CAN控制器的第二輸入端；每個(gè)微處理器的第一輸入/ 輸出端與微處理器的輸出/輸入點(diǎn)IOa相連接；每個(gè)微處理器的第二輸出/輸入端接變頻器的第一輸入/輸出端；變頻器的第二輸出/輸入端與變頻器的輸出/輸入點(diǎn)IOB相連接。各個(gè)自動扶梯節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)一致，對于各個(gè)自動扶梯節(jié)點(diǎn)?；贑AN總線的分布式自動扶梯控制系統(tǒng)，主要配置有上位PC機(jī)、 CAN總線適配器以及分布的各自動扶梯節(jié)點(diǎn)的CAN控制器、CAN收發(fā)器、 微處理器等。對于各個(gè)節(jié)點(diǎn)以設(shè)置在控制柜內(nèi)的微處理器為主控器，變頻 器、開停按鈕、自動運(yùn)行光電傳感器、電機(jī)接觸器等為單個(gè)自動扶梯節(jié)點(diǎn) 的10。上位機(jī)構(gòu)成系統(tǒng)的主控臺，完成人機(jī)界面操作、各節(jié)點(diǎn)設(shè)備的開/ 停操作、實(shí)時(shí)顯示各節(jié)點(diǎn)設(shè)備的運(yùn)行情況、及時(shí)報(bào)警并實(shí)時(shí)進(jìn)行故障診斷 等功能。現(xiàn)場CAN控制器和微處理器為系統(tǒng)底層控制單元，CAN控制器 完成數(shù)據(jù)收發(fā)功能，實(shí)時(shí)將現(xiàn)場的運(yùn)行狀態(tài)傳送到上位機(jī)；微處理器作為 底層控制器既可根據(jù)上位機(jī)的信號開停設(shè)備，也可獨(dú)立操作設(shè)備的開停， 同時(shí)獨(dú)立根據(jù)10狀態(tài)控制設(shè)備的正常運(yùn)行。CAN (Controller Area Network)總線，是一種有效支持分布式控制及實(shí) 時(shí)控制的串行通信局域網(wǎng)絡(luò)，由于高性能、高可靠性、實(shí)時(shí)性好及其獨(dú)特 的設(shè)計(jì)，已廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)的各檢測和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的數(shù)據(jù)通信，在 工控領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本系統(tǒng)中，上位機(jī)通過CAN總線適配器連接 至總線，各自動扶梯節(jié)點(diǎn)通過CAN控制器、CAN收發(fā)器組成各節(jié)點(diǎn)的通 信單元與總線相連。操作員可根據(jù)實(shí)際需要，在主控界面上選擇，開啟/關(guān) 停任一與總線相連的扶梯節(jié)點(diǎn)，并且設(shè)置該扶梯上行/下行。對于單個(gè)節(jié)點(diǎn)自動扶梯設(shè)備，由微處理器作為底層控制器，整個(gè)電路上 電之后，如果安全回路全部正常，各個(gè)自動扶梯節(jié)點(diǎn)的CAN控制器是循環(huán) 掃描否從上位機(jī)接收到開/停信息，并掃描本機(jī)IOA中的的運(yùn)行按鈕是否有 信號輸入。如果運(yùn)行按鈕打開，轉(zhuǎn)動上行/下行幵關(guān)，使扶梯上行或者下行；抱閘接觸器吸和；隨后，梯級照明接觸器、上行接觸器(或者下行接觸器)和變頻器接觸器吸和；變頻器的軟啟動功能帶動電機(jī)平滑啟動后，扶梯進(jìn) 入正常運(yùn)行狀態(tài)；在運(yùn)行狀態(tài)下，如果變頻器調(diào)速系統(tǒng)出現(xiàn)問題，自動切 換到工頻電源運(yùn)行；微處理器隨時(shí)都在對抱閘狀態(tài)和扶手帶狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視， 一旦有異常，立即使扶梯停止運(yùn)行。在自動扶梯的運(yùn)行過程中，為了保障扶梯高效節(jié)能的運(yùn)行，將變頻技術(shù) 引入到系統(tǒng)中，變頻器采用多段速控制模式，設(shè)置多段速頻率1 (低速)、 多段速頻率2 (高速)、多段速頻率3 (檢修)三種運(yùn)行頻率。在扶梯的出 入口設(shè)置欄桿，在欄桿上加裝了乘客進(jìn)入扶梯的光電傳感器。在無乘客進(jìn) 入扶梯的時(shí)間到變頻器內(nèi)置計(jì)數(shù)器預(yù)訂時(shí)間，變頻器頻率切換至多段速頻 率l，運(yùn)行速度從額定速度減速至低速，減速時(shí)間設(shè)置為5 10s; —旦光電 傳感器探測到有乘客進(jìn)入扶梯，變頻器頻率切換至多段速頻率2，扶梯由慢 速加速到額定速度運(yùn)行，加速時(shí)間設(shè)置為l 2s。整個(gè)裝置有上位機(jī)的上層控制方式和自動扶梯的底層控制方式對于上層控制方式，上位機(jī)為工控計(jì)算機(jī)，包含了系統(tǒng)中所有的自動扶梯信息，管理員首先對系統(tǒng)內(nèi)所以的自動扶梯進(jìn)行編號，然后在用C語言 編寫的人機(jī)界面上進(jìn)行操作。當(dāng)管理人員選用上位機(jī)的上層控制方式的時(shí) 候，根據(jù)需要，選擇需要開啟的扶梯編號；然后選擇操作開啟/關(guān)閉、上行/ 下行。這里采用的是CAN2.0A標(biāo)準(zhǔn)，該協(xié)議最大的優(yōu)點(diǎn)是廢除了傳統(tǒng)的站 地址編碼，因此CAN沒有節(jié)點(diǎn)地址的概念，代之以通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼，支 持以數(shù)據(jù)為中心的通信模式。當(dāng)窗戶節(jié)點(diǎn)不同時(shí)，只需要在總線上增減控制 器的節(jié)點(diǎn)數(shù)，并對相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷摹AN上的節(jié)點(diǎn)數(shù)主要取決 于總線驅(qū)動線路，當(dāng)采用PCA82C250時(shí)，最多可達(dá)110個(gè)。上位計(jì)算機(jī)采用工控計(jì)算機(jī)IPC,各個(gè)節(jié)點(diǎn)自動扶梯的CAN收發(fā)器采 用Philips公司的PCA82C250芯片，CAN控制器和微處理器選用Philips公 司的P8XC592集成芯片。變頻器選用森蘭SB80C-11T4矢量型變頻器。對照附圖2，舉例某系統(tǒng)里共有20臺自動扶梯，N=20，編號為001 020，根據(jù)當(dāng)時(shí)現(xiàn)場需要，開啟編號為001 020的自動扶梯，其中偶數(shù)編號的 自動扶梯為上行，而奇數(shù)編號的自動扶梯為下行。在人機(jī)界面上首先選擇001~020，然后選擇后面的操作，將偶數(shù)編號的設(shè)置為上行，而奇數(shù)編號的 設(shè)置為下行。這樣，上位機(jī)將各個(gè)自動扶梯的操作指令通過總線適配器發(fā) 送至系統(tǒng)中對應(yīng)節(jié)點(diǎn)的CAN收發(fā)器，CAN控制器對指令解碼，然后將開 啟/關(guān)閉以及上行/下行指令傳送至微處理器。對于各個(gè)自動扶梯，接收到了 運(yùn)行指令后，就轉(zhuǎn)為底層控制方式。同時(shí)各節(jié)點(diǎn)不斷循環(huán)監(jiān)聽總線信息， 當(dāng)需要對指定扶梯進(jìn)行停車操作的時(shí)候，管理人員選中指定扶梯，電機(jī)關(guān) 閉，上位機(jī)同樣將對應(yīng)指令發(fā)送至扶梯。在上位機(jī)中，數(shù)據(jù)庫中存儲著各個(gè)自動扶梯的運(yùn)行時(shí)間以及維保情況。 對照附圖3，每個(gè)自動扶梯都是由微處理器和變頻器組合控制的，各扶 梯的輸入信號為曳引機(jī)報(bào)閘狀態(tài)開關(guān)SABO、上端急停開關(guān)SBSTP-U、 下端急停開關(guān)SBSTP-D、運(yùn)行狀態(tài)開關(guān)SA1、檢修狀態(tài)開關(guān)SA3、上行按 鈕開關(guān)SBST (鑰匙開關(guān))、下行按鈕開關(guān)SBST (鑰匙開關(guān))、扶手帶監(jiān)視 開關(guān)SA2、上端光電傳感器S1、下端光電傳感器S2。輸出信號為上行接 觸器KMU、下行接觸器KMD、抱閘接觸器KMB、梯級照明接觸器KAL。 由于各個(gè)自動扶梯節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)是一致的，微處理器的IOA包含該節(jié)點(diǎn)處的 所有輸入輸出點(diǎn)信號，而變頻器上的IOb包含的瑜入輸出點(diǎn)信號包含上 行按鈕開關(guān)、下行按鈕開關(guān)、上端光電傳感器、下端光電傳感器、故障繼 電器輸出。整個(gè)電路上電后，如安全回路全部正常，則安全回路繼電器吸和。SA1 開關(guān)閉合，轉(zhuǎn)動SBST，使扶梯上行或者下行。微處理器輸出一個(gè)500ms的 脈沖信號給變頻器，KMB吸和，隨后，KAL吸和。扶梯進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)， 在進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)下，微處理器隨時(shí)對抱閘狀態(tài)(KMB斷開)和扶手帶狀態(tài) (SA2閉合時(shí))進(jìn)行監(jiān)視， 一旦有異常，馬上使扶梯停止運(yùn)行。扶梯的拖動電機(jī)采用變頻器實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速，以減小對電網(wǎng)的沖擊和節(jié)省 電能。變頻器接收到脈沖信號后，扶梯的電機(jī)運(yùn)行由變頻器控制。變頻器采用多段速控制模式，設(shè)置多段速頻率l(低速15Hz)、多段速頻率2(高速50Hz)、 多段速頻率3 (檢修25Hz)三種運(yùn)行頻率。在扶梯的出入口設(shè)置欄桿，在 欄桿上加裝了乘客進(jìn)入扶梯的光電傳感器SB1和SB2。變頻器首先檢測I0B 中的輸入信號是上行還是下行，對電梯上行和下行，外圍控制采用開關(guān)互 鎖，保證扶梯系統(tǒng)的正常工作。待電機(jī)平穩(wěn)起動后，在無乘客進(jìn)入扶梯的 時(shí)間到變頻器內(nèi)置計(jì)數(shù)器預(yù)訂時(shí)間，變頻器頻率切換至多段速頻率l，運(yùn)行 速度從額定速度減速至低速，減速時(shí)間設(shè)置為5~10s; —旦IOB中的光電傳 感器探測到有乘客進(jìn)入扶梯，變頻器頻率切換至多段速頻率2，扶梯由慢速 加速到額定速度運(yùn)行，加速時(shí)間設(shè)置為1 2s。當(dāng)檢修狀態(tài)開關(guān)SA3閉合時(shí)， 變頻器頻率切換至多段速頻率3 。扶梯停止時(shí)，按下上端急停開關(guān)SBSTP-U或者下端急停開關(guān)SBSTP-D， 經(jīng)微處理器延時(shí)后，輸出一個(gè)500ms的脈沖信號給變頻器，KMB釋放，完 成停車操作。當(dāng)管理人員采用底層控制方式的時(shí)候，操作人員在各個(gè)扶梯上，根據(jù)需 要按下啟動按鈕和上行/下行按鈕即可。對于系統(tǒng)的管理人員來說，監(jiān)控和故障診斷功能非常重要。在人機(jī)界面 中，操作人員可以選取需要査看的自動扶梯。微處理器將該節(jié)點(diǎn)扶梯的運(yùn) 行情況隨時(shí)通過CAN總線發(fā)送至上位機(jī)。 一旦自動扶梯出現(xiàn)異常情況，扶 梯自動關(guān)閉，操作人員可以通過CAN總線査看各自動扶梯節(jié)點(diǎn)的IOA狀態(tài)。 根據(jù)直觀的顯示IOA狀態(tài)，管理人員可直觀快速地判斷出扶梯的故障所在。
權(quán)利要求1、基于CAN總線的分布式自動扶梯控制裝置，其特征是上位PC機(jī)的輸出/輸入端接CAN總線適配器的輸入/輸出端；CAN總線適配器的輸入端接若干個(gè)自動扶梯中的CAN收發(fā)器的第一輸出端；CAN總線適配器的輸出端接若干個(gè)自動扶梯中的CAN收發(fā)器的第一輸入端；每個(gè)CAN收發(fā)器的第二輸出端對應(yīng)連接CAN控制器的第一輸入端；每個(gè)CAN收發(fā)器的第二輸入端接CAN控制器的第一輸出端；每個(gè)CAN控制器的第二輸出端接微處理器的第一輸入端；微處理器的第一輸出端接CAN控制器的第二輸入端；每個(gè)微處理器的第一輸入/輸出端與微處理器的輸出/輸入點(diǎn)IOA相連接；每個(gè)微處理器的第二輸出/輸入端接變頻器的第一輸入/輸出端；變頻器的第二輸出/輸入端與變頻器的輸出/輸入點(diǎn)IO B相連接。
專利摘要本實(shí)用新型是基于CAN總線的分布式自動扶梯的控制裝置，主要配置有上位PC機(jī)、CAN總線適配器、若干個(gè)CAN收發(fā)器、CAN控制器、微處理器和若干個(gè)變頻器；各個(gè)自動扶梯節(jié)點(diǎn)為并連結(jié)構(gòu)；各節(jié)點(diǎn)的微處理器、變頻器分別與對應(yīng)的IO點(diǎn)連接。優(yōu)點(diǎn)開放性好，擴(kuò)展性強(qiáng)，應(yīng)用靈活，具有實(shí)際操作性，通信距離遠(yuǎn)達(dá)10km(5Kb/s)，通信速率可達(dá)1Mb/s(40m)，節(jié)點(diǎn)數(shù)目實(shí)際可達(dá)110個(gè)；維護(hù)性好，通過CAN總線獲得大量豐富的現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)，在線故障診斷、報(bào)警、記錄，完成現(xiàn)場設(shè)備的實(shí)時(shí)維護(hù)。方便、安全，可靠，數(shù)據(jù)出錯(cuò)率低；實(shí)用性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，節(jié)約造價(jià)和能源。減少對電網(wǎng)的沖擊。
文檔編號B66B25/00GK201095563SQ20072004630
公開日2008年8月6日 申請日期2007年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月24日
發(fā)明者張廣明, 磊 王, 斐 饒 申請人:南京工業(yè)大學(xué)