电梯控制主板及其检测维护设备的设计

鲍同兴，俞利信，刘友富

（浙江西迅电梯有限公司，浙江嘉兴 314000）

0 引言

电梯属于一种高稳定性、高性能的高层建筑内部交通工具，通过微处理器来操控电梯已经是当前电梯广泛选择的控制方式。由于人们对电梯的稳定性及可靠性有较高需求，促使电梯控制板在试运行以前需要具备很可靠的性能，而且功能表现较好。所以，在实验室研发期间就测试电梯控制主板，可以大幅减少由于返工而增多的研发费用。

1 电梯的主要结构功能

1.1 电梯类型

电梯通常被分为扶梯、电梯两大类，实际上电梯的类型有很多。电梯分类形式有许多种，例如：根据电梯应用途径划分的客梯、货梯，根据电梯驱动形式划分的直流梯、交流梯，根据电梯上下运速划分的低速、中速、高速以及超高速电梯，还有根据是否有司机划分的电梯，根据操纵形式划分的信号操控电梯、群控电梯等，也有消防电梯、井下电梯等特殊电梯。

1.2 电梯的基础框架

1.2.1 电梯的空间构成

（1）机房。这是电梯的大脑与心脏，电梯控制器于动力系统都安装在机房中。机房中设置了电梯曳引器、导向轮、控制柜、限速设备以及电源控制箱等重要装置。

（2）轿厢。这是电梯内装载乘客和货物的金属框架。电梯轿厢通过轿厢架、内壁、底部、顶部以及轿门等部分构成。在曳引器驱动下，从上、下4 组导靴顺导轨进行垂直上下运转，完成垂直运送任务。

（3）井道。这是电梯轿厢运转的空间，于电梯井道中，导轨与导靴属于电梯轿厢及对重的导向组成。常见的导轨包含T形、L 形以及5 m 空心轨。T 形轨用作轿厢导向，L 形轨与5 m空心轨用作对重导向。导轨需要具备较高的强度、韧性，在遭到强烈冲击时不出现开裂，而需要比较光滑。

（4）层站。层站处在电梯每层厅外，设计电梯层门、外呼按键、层楼显示、消防阀以及锁梯开关等。

1.2.2 电梯控制柜

这是用来操控电梯运转的设备，通常安装于电梯机房中，没有机房电梯的则安装于井道。控制柜发挥电梯运转的基本作用，电梯制造商把常见的功能视为标准功能设置在电梯中，而且有些电梯也能根据客户需求配备控制柜性能。

电梯控制柜通常有司机操纵、集选管理、下行集选、单独操纵、特殊楼层优先操控、停梯操纵、满载操控、消除无效信号、开门时间智能控制、根据客流量管理开门时间等功能。而且控制柜统一了光电设备、光幕感应、副操控箱等设备，具有灯光与风扇智能操控、电子触键、智能播音、灯光报站、断电时紧急操控、火灾时紧急处理、消防控制、早期微震紧急处理、故障测试等功能。所以，控制柜属于电梯最重要的功能集成。

2 电梯控制主板构造介绍

该检测系统对于主副微机都选择依靠CPU32（MC68376）的双机型NGH 型控制板展开检测。电梯信号控制器是由主微机、副微机、通信微机、I/O（Input/Output，输入/输出）信息处理系统、通信协议转变系统、光电脉冲信息处理系统、键盘操控与状态显示系统以及拓展I/O 口等结构构成。主CPU（Central Processing Unit，中央处理器）中统一了一个线上CAN（Controller Area Network，控制器局域网络）总线设备，能用作电梯群控。一般选择脉冲编码器来测试电梯运速，其传出两路相位差别90°的脉冲序列，用作电梯控制器的运速反馈信息，基于微控制设备的运速测试回路和计数器来测试电梯运转方位、先行间距与降速间距。系统内包含的信号主要是64 个输入信息、32 个输出信息[1]。在串行通信过程，首先是RS-232 串行通信，重点实现和编程设备的串行通信，其次是RS-485 串行通信，重点实现和通用变频设备的RS-485 通信。安装键盘与显示系统，促使电梯安装与调试更加简便，且可以直接读出、检测相关信息与记录的参数。为方便主板拓展，适合以后电梯的改善，设计过程还添加了一个拓展I/O 系统，选择可编程并行结构82C55 芯片。

3 检测平台需求分析与构思

3.1 检测平台需求

需检查电梯控制主板，要先进行需求分析。主板研发者期望在主板投用时可以虚拟实际环境来确定主板每个部分功能是不是运行正常。功能测试包含以下9 个方面。

（1）主板中RS-232 口通信是否稳定。

（2）对主板中的输入口展开检测，要根据单点输入检测、奇数点输入检测、偶数点输入检测、全输入检测及全断开检测集中形式展开。

（3）检测主板输出口，比如输入检测一样分多种形式展开。

（4）对主板中的拓展I/O 端口展开测试。

（5）RS-485 端口测试，测试两个RS-485 口是否通信顺畅。

（6）旋转编码器测试，测试设备可以仿真实际中的旋转编码设备传出几个频率的两路脉冲串，以测试目标板的计数值与方位。

（7）目标板中LED 显示检测，可以测试独段LED。

（8）板上键盘输入检测，检查按键是否准确。

（9）CAN 总线检测。

3.2 检测平台构思

检测平台主要依靠PC 机（可编程控器）编程来实现。基于上述需求分析，能够发现检测平台总共要检测120（64+32+8×3）个I/O 口；需要系统可以传送两路脉冲信息，而且频率能调。

方案1：选择多I/O 口的PLC 系统来测试主板I/O，且PC（Program Counter，指令计数）器经过RS-323 口与PLC 通信[2]。由于PLC 的传输速率很低，很难出现频率为20 kHz 的脉冲串，所以需要另外借助PC 器的并行口完成脉冲传出，CAN 总线通信检测也不能基于PLC 来实现。

方案2：简单采取多I/O 口的信息收集卡来测试控制主板中的I/O 口。

方案对比：方案1 选择技术成熟与性能良好的PLC，但是并没有突出它的控制优势，而只是将其用作通信终结，且为完成一个很成熟的检测平台，需要选择120 个I/O 口的PLC，其成本将超过7000 元；而方案2 选择144 个I/O 口的ISA（Industrial Standard Architecture，工业标准结构总线）插孔的信息收集卡，成本仅700元左右，但是也能够完美地测试主板I/O，还能选取信息收集卡上的2 个I/O 口来形成脉冲且不需要占据PC 器的并行口。

3.3 检测平台的设备选型

（1）DIO-144E：有144 位能编程管理的数字量输入口、输出口，且含有高输出驱动性能的ISA 卡。

（2）SC2001 CAN 总线PCI 插槽：能够基于双绞线直接接入控制主板的CAN 器接口上。

（3）两个RS-232 至RS-485 接口转变器：用作转变主板中的RS-485 口与PC 机中的RS-232 口。

（4）四客户串口PCI 插卡：用来拓展PC 器上的RS-232 口。

（5）一台含有两个ISA 插卡的PC 器。

3.4 上位机软件系统构思

PC 器在测试控制主板时，主板要有特殊的环境来适应上位机检测请求，研发者能够配合规划主板上的测试环境。首先让主板进到检测环境，检测平台基于RS-232 口传出一条特殊的检测指令，让目标板进到检测状态，接着目标板返回一个应答命令确定进到检测状态，且确定RS-232 口通信顺畅[3]。

4 检测平台的程序体现

通过需求分析能够发现，该检测平台要能十分便利地和客户交互，因此软件设计时尽量选择图形化的客户界面，且要可以非常直观的体现主板上每个外围情况，如输入口、输出口以及LED（Light-Emitting Diode，发光二极管）等，所以采取LABVIEW 图形编程会有效迎合客户需要，获得直观、便捷的客户界面。相对于VC、VB 等常见软件，编程难度并未提高。

LABVIEW 属于一种图形化编程软件，用作信息收集、信息分析和其他任何编程工作，由于其给客户带来了面向信息收集、分析、显示与GPIB（General-Purpose Interface Bus，通用接口总线）机器串行设备控制等仪器软件的拓展函数库，所以对仪器软件的检测和测量、信息收集与控制等应用有着特殊的优点。LABVIEW 能够供应和真实仪器非常类似的VI（Visual Identity，视觉识别系统）客户界面，选择信息流框图的方式进行程序编辑，并且较好地突出了模块化的编程理念。

对控制主板每个部分展开测试时，要基于串口和主板CPU通信，现把“串口初始化”视为subVI，由于LABVIEW 内统一了VISA 设备的函数库，对串口的处理十分方便。在检测上百个I/O口时，PC 其应对信息收集卡实现底层处理，此时能够使用LABVIEW 和其余语言的接口简便的展开。由于C 语言针对底层操作比较灵活，效率很高，所以能够使用LABVIEW 内的CIN（Code Interface Node，代码接口结点）接口进行调用用作对信息收集卡展开底层处理的C 源代码。同理，针对CAN 卡的处理也能够调用以C 编制的代码处理。如此一来，不仅使用了LABVIEW 来产生直观的客户界面，还使用C 语言较好的地层操作体制来实现测试控制主板中的I/O 口与CAN 通信节点。

要形成两路相位差别90°的脉冲，采取信息收集卡上的两大输出端口A、B（每个端口为8 位口）的首位用作两路脉冲的传出，将信号传送至主板中的脉冲信号分析模块。二者出现相位差别90°的脉冲。选择循环向A 端口与B 端口逐次持续传送22001133 与11002233。同理，反向时，A 端口逐次循环传出时1、0、2、3，而对应B 端口时2、0、1、3。

5 结果分析

检测平台和控制主板之间的数据交换是基于串行通信来实现的，为确保测试的稳定性并降低错误率，在串行通信格式中选择了CRC 循环检验。而且，若在通信时持续3 次产生通信错误，那么表示双方通信有问题，强行检测平台退出操作，暂停运行。此外，对各功能块的检测过程都可以详细记录，便于检测完成后了解检测的精准度和主板上每个功能块的稳固性与可靠性。

该检测系统正式投用之后，可以和控制主板顺利通信。由于基于短程的串口通信，而且采取了比较健全的通信机制，主板和检测平台的上位机间通信非常可靠，检测系统可以在一次完全运转过程对控制主板的对应检测位置进行整体检查，且输出测试环节的详实记录结果。如果检测记录结果体现了主板上出现的各种设计错误，就对主板硬件上存在相应问题的地方进行完善，重新测试时最后得到确认。