基于CAN总线的自动扶梯加热系统

摘 要：基于can总线的自动扶梯加热系统能够实现对各加热部件的实时监控与智能控制，而且能与计算机实现互联，更大程度地保证了室外环境条件下自动扶梯的安全与正常运行。本文首先对目前自动扶梯加热系统做了介绍和分析，然后讲述了基于CAN总线的加热系统以及CAN智能节点的设计原理。

关键词：自动扶梯、加热系统、CAN总线、分布式、智能控制、实时监控

中图分类号：O532+.2 文献标识码：A 文章编号：

前言

随着城市地铁，火车站，过街天桥，露天商业广场建设的高速发展，室外型自动扶梯的需求量也与日俱增。一般室外型自动扶梯都要求安装加热系统，加热系统可使扶梯的零部件温度加热到可以使用的温度，保证扶梯的正常运行。加热系统的好坏直接关系到室外自动扶梯的安全运行，采用温控柜的集中控制系统存在诸多缺陷与不足，而基于CAN总线的分布式控制系统能实现对加热装置的实时监控与智能控制，极大地保证了扶梯的安全与正常运行。

一，目前自动扶梯加热系统的组成与控制原理

室外型自动扶梯所配置的加热器的功率是非常大的，一般由客户提供独立的加热电源。加热系统中包含的加热装置主要有以下几种：

机房加热装置：当机房温度低于4摄氏度就应增加机房加热器，对曳引机、控制柜以及接线盒加热防止冷凝。

梳齿板、梯级加热装置：在室外型自动扶梯的梳齿板、梯级下方应装有加热器，防止雨雪天气下落到梳齿板、梯级上的雨雪产生打滑不便于乘客的安全乘坐。

扶手带加热装置：在室外型自动扶梯的扶手带下方的扶手支架内应加装加热器，防止寒冷天气下扶手带变僵硬，否则不仅需要扶手驱动系统提供较大的驱动力而且也大大降低扶手带的使用寿命。

自动扶梯各个加热装置分布在扶梯的不同位置，而目前的加热控制系统主要是通过温控柜读取置于上下平层的温度信息来集中控制所有加热装置的启动与关闭。其控制原理如图1所示：

图1 传统加热系统控制原理

很显然，这种集中控制方式存在许多缺陷和不足：

温度传感器只放置在靠近上下平层的位置，桁架中段的温度无法精确测量，有可能出现高温烧坏梯级或者低温凝结的情况。

自动扶梯在开启前需手动旁路温度感应器加热到可以使用的温度才能启动扶梯。

所有加热器的通断都是同步进行的，而且加热时间长，降低了接触器和加热器的使用寿命，并且造成很高的能源浪费。

由于加热装置都置于扶梯内部，无法实时监测到各加热部件的运行状况。

二，基于CAN总线的自动扶梯加热系统的控制原理

鉴于目前自动扶梯加热系统存在的诸多缺陷，需要探讨一种全新的控制方式。随着现场总线控制系统（FCS）的飞速发展以及CAN总线（ControlAreaNetwork）在电梯行业的广泛应用，如果将单台或者多台扶梯的各类型加热装置通过CAN总线联系起来就能达到智能控制与实时监控，可很好地解决目前加热系统的不足，其控制原理如图2所示：

图2基于CAN总线的加热系统控制原理

基于CAN总线的加热系统通过在各个加热装置上加装一个CAN节点，而这些CAN节点则挂接在同一CAN-bus上实现物理互连，通过CAN协议实现相互间的通信与控制。 CAN支持多主工作方式，网络上任何节点均可在任意时刻主动向其它节点发送信息，支持点对点、一点对多点和全局广播方式接收/发送数据。它采用总线仲裁技术，当出现几个节点同时在网络上传输信息时，优先级高的节点可继续传输数据，而优先级低的节点则主动停止发送，从而避免了总线冲突。

CAN协议是建立在国际标准组织的开放系统互连模型基础上的，其模型结构只有3层，只取OSI底层的物理层、数据链路层和顶上层的应用层。其信号传输介质为双绞线，通信速率最高可达1Mbps，直接传输距离最远可达10 km，可挂接设备最多可达 110个。当信号传输距离达到10 km时，CAN-bus仍可提供5Kbps的数据传输速率。CAN的信号传输采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8个，因而传输时间短，受干扰的概率低。当节点严重错误时，具有自动关闭的功能以切断该节点与总线的联系，使总线上的其它节点及其通信不受影响，具有较强的抗干扰能力。

三，CAN节点的设计

CAN-bus总线一般为差分信号传输方式，采用双绞线作为物理层，只需要有2根线作为差分信号线（CAN_H、CAN_L）。为了确定接收端的线路压降，避免信号反射，在总线两端需要连接终端电阻。

如图3所示，CAN节点主要由主控制器、CAN控制器、CAN收发器（驱动器）、测温元件、输出控制单元等组成。

图3CAN节点的设计

主控制器是整个节点的控制中心，CAN节点的主控制器一般选用单片机，通过访问CAN控制器来实现对CAN总线的访问，控制具体功能单元实现温度测量或输出控制加热装置的启动与关闭功能。

CAN控制器实现CAN协议的数据链路层和物理层功能，对外具有与主控制器和总线收发器的接口。通过对其编程，主控制器可以设置它的工作方式，控制它的工作状态，进行数据的发送和接收，把应用层建立在它的基础上。(注：当主控制器中具有CAN协议控制部件时，则不需要独立的CAN控制器)

CAN收发器提供CAN控制器与物理总线之间的接口，总线收发器的性能决定了总线接口、总线终端、总线长度和节点数，是影响整个总线网络通信性能的关键因素之一。

基于CAN总线的自动扶梯加热系统运用分布式的CAN总线，通过CAN节点将各个加热装置整合在同一个网络中，另外通过CAN转RS232接口可轻易实现与个人计算机的相互连接与通信。这样计算机除了可以实时监控每个加热装置的运行状态以及其周围的环境温度信息；还可通过预先设定的算法，以点对点、一点对多点或全局广播方式对每个独立的加热装置发送开启与关闭的命令，达到既满足自动扶梯正常运行所需要的温度，又实现了智能控制与降低能源浪费的目的。

结束语

基于CAN总线的自动扶梯加热系统将每个CAN节点与计算机实现联网来实现对各加热部件的实时监控与独立的控制，更大程度地保证了室外环境条件下自动扶梯的安全与正常运行，而且通过智能的控制手段可降低加热装置的能源浪费，具有良好的社会推广价值和市场前景。

参考文献

[1]. 万静华，丁亚军. CAN总线的分布式温度监控网络[J]. 湘潭师范学院学报(自然科学版)，2004，26(3)：46-48.

[2]. 李中华. 基于CAN 总线的分布式温度测控模块设计[J]. 现代电子技术，2007，17：96-97，101.