電梯控制主板及其檢測維護(hù)設(shè)備的設(shè)計(jì)

鮑同興，俞利信，劉友富

（浙江西迅電梯有限公司，浙江嘉興 314000）

0 引言

電梯屬于一種高穩(wěn)定性、高性能的高層建筑內(nèi)部交通工具，通過微處理器來操控電梯已經(jīng)是當(dāng)前電梯廣泛選擇的控制方式。由于人們對電梯的穩(wěn)定性及可靠性有較高需求，促使電梯控制板在試運(yùn)行以前需要具備很可靠的性能，而且功能表現(xiàn)較好。所以，在實(shí)驗(yàn)室研發(fā)期間就測試電梯控制主板，可以大幅減少由于返工而增多的研發(fā)費(fèi)用。

1 電梯的主要結(jié)構(gòu)功能

1.1 電梯類型

電梯通常被分為扶梯、電梯兩大類，實(shí)際上電梯的類型有很多。電梯分類形式有許多種，例如：根據(jù)電梯應(yīng)用途徑劃分的客梯、貨梯，根據(jù)電梯驅(qū)動形式劃分的直流梯、交流梯，根據(jù)電梯上下運(yùn)速劃分的低速、中速、高速以及超高速電梯，還有根據(jù)是否有司機(jī)劃分的電梯，根據(jù)操縱形式劃分的信號操控電梯、群控電梯等，也有消防電梯、井下電梯等特殊電梯。

1.2 電梯的基礎(chǔ)框架

1.2.1 電梯的空間構(gòu)成

（1）機(jī)房。這是電梯的大腦與心臟，電梯控制器于動力系統(tǒng)都安裝在機(jī)房中。機(jī)房中設(shè)置了電梯曳引器、導(dǎo)向輪、控制柜、限速設(shè)備以及電源控制箱等重要裝置。

（2）轎廂。這是電梯內(nèi)裝載乘客和貨物的金屬框架。電梯轎廂通過轎廂架、內(nèi)壁、底部、頂部以及轎門等部分構(gòu)成。在曳引器驅(qū)動下，從上、下4 組導(dǎo)靴順導(dǎo)軌進(jìn)行垂直上下運(yùn)轉(zhuǎn)，完成垂直運(yùn)送任務(wù)。

（3）井道。這是電梯轎廂運(yùn)轉(zhuǎn)的空間，于電梯井道中，導(dǎo)軌與導(dǎo)靴屬于電梯轎廂及對重的導(dǎo)向組成。常見的導(dǎo)軌包含T形、L 形以及5 m 空心軌。T 形軌用作轎廂導(dǎo)向，L 形軌與5 m空心軌用作對重導(dǎo)向。導(dǎo)軌需要具備較高的強(qiáng)度、韌性，在遭到強(qiáng)烈沖擊時不出現(xiàn)開裂，而需要比較光滑。

（4）層站。層站處在電梯每層廳外，設(shè)計(jì)電梯層門、外呼按鍵、層樓顯示、消防閥以及鎖梯開關(guān)等。

1.2.2 電梯控制柜

這是用來操控電梯運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備，通常安裝于電梯機(jī)房中，沒有機(jī)房電梯的則安裝于井道?？刂乒癜l(fā)揮電梯運(yùn)轉(zhuǎn)的基本作用，電梯制造商把常見的功能視為標(biāo)準(zhǔn)功能設(shè)置在電梯中，而且有些電梯也能根據(jù)客戶需求配備控制柜性能。

電梯控制柜通常有司機(jī)操縱、集選管理、下行集選、單獨(dú)操縱、特殊樓層優(yōu)先操控、停梯操縱、滿載操控、消除無效信號、開門時間智能控制、根據(jù)客流量管理開門時間等功能。而且控制柜統(tǒng)一了光電設(shè)備、光幕感應(yīng)、副操控箱等設(shè)備，具有燈光與風(fēng)扇智能操控、電子觸鍵、智能播音、燈光報(bào)站、斷電時緊急操控、火災(zāi)時緊急處理、消防控制、早期微震緊急處理、故障測試等功能。所以，控制柜屬于電梯最重要的功能集成。

2 電梯控制主板構(gòu)造介紹

該檢測系統(tǒng)對于主副微機(jī)都選擇依靠CPU32（MC68376）的雙機(jī)型NGH 型控制板展開檢測。電梯信號控制器是由主微機(jī)、副微機(jī)、通信微機(jī)、I/O（Input/Output，輸入/輸出）信息處理系統(tǒng)、通信協(xié)議轉(zhuǎn)變系統(tǒng)、光電脈沖信息處理系統(tǒng)、鍵盤操控與狀態(tài)顯示系統(tǒng)以及拓展I/O 口等結(jié)構(gòu)構(gòu)成。主CPU（Central Processing Unit，中央處理器）中統(tǒng)一了一個線上CAN（Controller Area Network，控制器局域網(wǎng)絡(luò)）總線設(shè)備，能用作電梯群控。一般選擇脈沖編碼器來測試電梯運(yùn)速，其傳出兩路相位差別90°的脈沖序列，用作電梯控制器的運(yùn)速反饋信息，基于微控制設(shè)備的運(yùn)速測試回路和計(jì)數(shù)器來測試電梯運(yùn)轉(zhuǎn)方位、先行間距與降速間距。系統(tǒng)內(nèi)包含的信號主要是64 個輸入信息、32 個輸出信息[1]。在串行通信過程，首先是RS-232 串行通信，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)和編程設(shè)備的串行通信，其次是RS-485 串行通信，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)和通用變頻設(shè)備的RS-485 通信。安裝鍵盤與顯示系統(tǒng)，促使電梯安裝與調(diào)試更加簡便，且可以直接讀出、檢測相關(guān)信息與記錄的參數(shù)。為方便主板拓展，適合以后電梯的改善，設(shè)計(jì)過程還添加了一個拓展I/O 系統(tǒng)，選擇可編程并行結(jié)構(gòu)82C55 芯片。

3 檢測平臺需求分析與構(gòu)思

3.1 檢測平臺需求

需檢查電梯控制主板，要先進(jìn)行需求分析。主板研發(fā)者期望在主板投用時可以虛擬實(shí)際環(huán)境來確定主板每個部分功能是不是運(yùn)行正常。功能測試包含以下9 個方面。

（1）主板中RS-232 口通信是否穩(wěn)定。

（2）對主板中的輸入口展開檢測，要根據(jù)單點(diǎn)輸入檢測、奇數(shù)點(diǎn)輸入檢測、偶數(shù)點(diǎn)輸入檢測、全輸入檢測及全斷開檢測集中形式展開。

（3）檢測主板輸出口，比如輸入檢測一樣分多種形式展開。

（4）對主板中的拓展I/O 端口展開測試。

（5）RS-485 端口測試，測試兩個RS-485 口是否通信順暢。

（6）旋轉(zhuǎn)編碼器測試，測試設(shè)備可以仿真實(shí)際中的旋轉(zhuǎn)編碼設(shè)備傳出幾個頻率的兩路脈沖串，以測試目標(biāo)板的計(jì)數(shù)值與方位。

（7）目標(biāo)板中LED 顯示檢測，可以測試獨(dú)段LED。

（8）板上鍵盤輸入檢測，檢查按鍵是否準(zhǔn)確。

（9）CAN 總線檢測。

3.2 檢測平臺構(gòu)思

檢測平臺主要依靠PC 機(jī)（可編程控器）編程來實(shí)現(xiàn)。基于上述需求分析，能夠發(fā)現(xiàn)檢測平臺總共要檢測120（64+32+8×3）個I/O 口；需要系統(tǒng)可以傳送兩路脈沖信息，而且頻率能調(diào)。

方案1：選擇多I/O 口的PLC 系統(tǒng)來測試主板I/O，且PC（Program Counter，指令計(jì)數(shù)）器經(jīng)過RS-323 口與PLC 通信[2]。由于PLC 的傳輸速率很低，很難出現(xiàn)頻率為20 kHz 的脈沖串，所以需要另外借助PC 器的并行口完成脈沖傳出，CAN 總線通信檢測也不能基于PLC 來實(shí)現(xiàn)。

方案2：簡單采取多I/O 口的信息收集卡來測試控制主板中的I/O 口。

方案對比：方案1 選擇技術(shù)成熟與性能良好的PLC，但是并沒有突出它的控制優(yōu)勢，而只是將其用作通信終結(jié)，且為完成一個很成熟的檢測平臺，需要選擇120 個I/O 口的PLC，其成本將超過7000 元；而方案2 選擇144 個I/O 口的ISA（Industrial Standard Architecture，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)總線）插孔的信息收集卡，成本僅700元左右，但是也能夠完美地測試主板I/O，還能選取信息收集卡上的2 個I/O 口來形成脈沖且不需要占據(jù)PC 器的并行口。

3.3 檢測平臺的設(shè)備選型

（1）DIO-144E：有144 位能編程管理的數(shù)字量輸入口、輸出口，且含有高輸出驅(qū)動性能的ISA 卡。

（2）SC2001 CAN 總線PCI 插槽：能夠基于雙絞線直接接入控制主板的CAN 器接口上。

（3）兩個RS-232 至RS-485 接口轉(zhuǎn)變器：用作轉(zhuǎn)變主板中的RS-485 口與PC 機(jī)中的RS-232 口。

（4）四客戶串口PCI 插卡：用來拓展PC 器上的RS-232 口。

（5）一臺含有兩個ISA 插卡的PC 器。

3.4 上位機(jī)軟件系統(tǒng)構(gòu)思

PC 器在測試控制主板時，主板要有特殊的環(huán)境來適應(yīng)上位機(jī)檢測請求，研發(fā)者能夠配合規(guī)劃主板上的測試環(huán)境。首先讓主板進(jìn)到檢測環(huán)境，檢測平臺基于RS-232 口傳出一條特殊的檢測指令，讓目標(biāo)板進(jìn)到檢測狀態(tài)，接著目標(biāo)板返回一個應(yīng)答命令確定進(jìn)到檢測狀態(tài)，且確定RS-232 口通信順暢[3]。

4 檢測平臺的程序體現(xiàn)

通過需求分析能夠發(fā)現(xiàn)，該檢測平臺要能十分便利地和客戶交互，因此軟件設(shè)計(jì)時盡量選擇圖形化的客戶界面，且要可以非常直觀的體現(xiàn)主板上每個外圍情況，如輸入口、輸出口以及LED（Light-Emitting Diode，發(fā)光二極管）等，所以采取LABVIEW 圖形編程會有效迎合客戶需要，獲得直觀、便捷的客戶界面。相對于VC、VB 等常見軟件，編程難度并未提高。

LABVIEW 屬于一種圖形化編程軟件，用作信息收集、信息分析和其他任何編程工作，由于其給客戶帶來了面向信息收集、分析、顯示與GPIB（General-Purpose Interface Bus，通用接口總線）機(jī)器串行設(shè)備控制等儀器軟件的拓展函數(shù)庫，所以對儀器軟件的檢測和測量、信息收集與控制等應(yīng)用有著特殊的優(yōu)點(diǎn)。LABVIEW 能夠供應(yīng)和真實(shí)儀器非常類似的VI（Visual Identity，視覺識別系統(tǒng)）客戶界面，選擇信息流框圖的方式進(jìn)行程序編輯，并且較好地突出了模塊化的編程理念。

對控制主板每個部分展開測試時，要基于串口和主板CPU通信，現(xiàn)把“串口初始化”視為subVI，由于LABVIEW 內(nèi)統(tǒng)一了VISA 設(shè)備的函數(shù)庫，對串口的處理十分方便。在檢測上百個I/O口時，PC 其應(yīng)對信息收集卡實(shí)現(xiàn)底層處理，此時能夠使用LABVIEW 和其余語言的接口簡便的展開。由于C 語言針對底層操作比較靈活，效率很高，所以能夠使用LABVIEW 內(nèi)的CIN（Code Interface Node，代碼接口結(jié)點(diǎn)）接口進(jìn)行調(diào)用用作對信息收集卡展開底層處理的C 源代碼。同理，針對CAN 卡的處理也能夠調(diào)用以C 編制的代碼處理。如此一來，不僅使用了LABVIEW 來產(chǎn)生直觀的客戶界面，還使用C 語言較好的地層操作體制來實(shí)現(xiàn)測試控制主板中的I/O 口與CAN 通信節(jié)點(diǎn)。

要形成兩路相位差別90°的脈沖，采取信息收集卡上的兩大輸出端口A、B（每個端口為8 位口）的首位用作兩路脈沖的傳出，將信號傳送至主板中的脈沖信號分析模塊。二者出現(xiàn)相位差別90°的脈沖。選擇循環(huán)向A 端口與B 端口逐次持續(xù)傳送22001133 與11002233。同理，反向時，A 端口逐次循環(huán)傳出時1、0、2、3，而對應(yīng)B 端口時2、0、1、3。

5 結(jié)果分析

檢測平臺和控制主板之間的數(shù)據(jù)交換是基于串行通信來實(shí)現(xiàn)的，為確保測試的穩(wěn)定性并降低錯誤率，在串行通信格式中選擇了CRC 循環(huán)檢驗(yàn)。而且，若在通信時持續(xù)3 次產(chǎn)生通信錯誤，那么表示雙方通信有問題，強(qiáng)行檢測平臺退出操作，暫停運(yùn)行。此外，對各功能塊的檢測過程都可以詳細(xì)記錄，便于檢測完成后了解檢測的精準(zhǔn)度和主板上每個功能塊的穩(wěn)固性與可靠性。

該檢測系統(tǒng)正式投用之后，可以和控制主板順利通信。由于基于短程的串口通信，而且采取了比較健全的通信機(jī)制，主板和檢測平臺的上位機(jī)間通信非?？煽浚瑱z測系統(tǒng)可以在一次完全運(yùn)轉(zhuǎn)過程對控制主板的對應(yīng)檢測位置進(jìn)行整體檢查，且輸出測試環(huán)節(jié)的詳實(shí)記錄結(jié)果。如果檢測記錄結(jié)果體現(xiàn)了主板上出現(xiàn)的各種設(shè)計(jì)錯誤，就對主板硬件上存在相應(yīng)問題的地方進(jìn)行完善，重新測試時最后得到確認(rèn)。