絕對(duì)值傳感器與電梯控制柜的接口

目前所用的各種絕對(duì)值傳感器，其測(cè)量值都是通過(guò)一個(gè)與電梯控制系統(tǒng)連接的數(shù)據(jù)接口來(lái)輸出，然后，控制系統(tǒng)計(jì)算目前的位置并向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出恰當(dāng)?shù)闹噶睢y(cè)量系統(tǒng)本身就是位置傳感系統(tǒng)開(kāi)發(fā)者所面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)之一，至少可以說(shuō)提供位置數(shù)據(jù)傳輸給控制系統(tǒng)的高性能接口很重要。這是一個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)槿藗兯玫碾娞菘刂聘拍罡魇礁鳂?，而且各自采用不同的?shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和接口。不幸的是，與行業(yè)的其它分支相比，電梯技術(shù)中的數(shù)據(jù)協(xié)議依然停留在不成熟階段，專利產(chǎn)品占居主導(dǎo)地位，市場(chǎng)上的數(shù)據(jù)接口品種數(shù)量繁多，魚(yú)龍混雜。

多功能產(chǎn)品：
　　
施邁賽集團(tuán)已經(jīng)開(kāi)發(fā)并推出了一種定位系統(tǒng)USP系統(tǒng)（圖1），其設(shè)計(jì)理念完全不同于常用的絕對(duì)值傳感器。位置參數(shù)值無(wú)需任何物理接觸就可以登記了，利用的是壓在一種專用信號(hào)導(dǎo)線上的聲音聲音脈沖的傳播時(shí)間。即使在最惡劣的條件下，無(wú)磨損測(cè)量系統(tǒng)可靠性極高。優(yōu)點(diǎn)之一就是可以節(jié)省安裝傳感器的費(fèi)用。安裝人員只需在井道里安裝專門(mén)用信號(hào)導(dǎo)線和計(jì)算裝置，在轎廂上安裝發(fā)射裝置（將脈沖傳遞到信號(hào)導(dǎo)線上），并根據(jù)所用控制系統(tǒng)類型用簡(jiǎn)單的示教方法對(duì)各層粘進(jìn)行編程。這就大大簡(jiǎn)化了定位系統(tǒng)的安裝工作。
　　
可用于原裝電梯，也可用于電梯改造
　　
USP既可用于新電梯設(shè)備，也可用于改造項(xiàng)目，因?yàn)榘惭b該系統(tǒng)無(wú)需進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整。但是，根據(jù)電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)商的觀點(diǎn)，這樣的使用范圍會(huì)帶來(lái)更多的挑戰(zhàn)，因?yàn)檫€必須設(shè)計(jì)接口以便與老式控制系統(tǒng)（包括機(jī)電式控制系統(tǒng)）匹配。
　　
為了能夠覆蓋這些應(yīng)用領(lǐng)域，使控制工程師能夠全程體驗(yàn)非接觸式位置登記系統(tǒng)的優(yōu)越性，USP提供了三種不同形式的數(shù)據(jù)接口：

SSI,
UART
CANopen.

通過(guò)SSI接口進(jìn)行的同步數(shù)據(jù)傳輸
　　
SSI接口用于同步數(shù)據(jù)傳輸?？刂蒲b置在一條線上采用了一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，帶有一個(gè)固定數(shù)量的時(shí)鐘脈沖。絕對(duì)值傳感器通過(guò)返回一個(gè)數(shù)據(jù)位來(lái)響應(yīng)每個(gè)時(shí)鐘脈沖（圖2）。從硬件層面上看，SSI接口用一個(gè)RS422接口來(lái)實(shí)現(xiàn)，有兩個(gè)數(shù)據(jù)通道和一個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)，每個(gè)通道各有一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，兩個(gè)通道的運(yùn)行方向相反。所以，B通道傳輸?shù)男盘?hào)與A通道方向相反（圖3），這樣就可以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃浴?/p>

SSI：信號(hào)傳輸中有許多變量選擇
　　
數(shù)據(jù)線輸出數(shù)據(jù)信號(hào)有很多種可能性。第一，先要傳輸最高位（MSB模式）或者最低位（LSB）。數(shù)據(jù)傳輸可以是24或25位格式，數(shù)據(jù)形式可以采用二進(jìn)制編碼或者格雷碼。此外，有單一和雙重讀取過(guò)程，所有數(shù)據(jù)信息可以一次傳輸，也可以做成兩個(gè)數(shù)據(jù)包，一個(gè)緊接著另一個(gè)傳輸。所以，USP所用SSI接口是一個(gè)系列，許多廠家制造的控制系統(tǒng)都可以與之連接。

UART：兩個(gè)協(xié)議供選擇
　　
異步雙向接口是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的UART，如個(gè)人計(jì)算機(jī)里的串行端口。這里的硬件問(wèn)題還是用RS422接口來(lái)解決。在數(shù)據(jù)通訊過(guò)程中，控制系統(tǒng)利用查詢命令來(lái)調(diào)出絕對(duì)值傳感器上的測(cè)量值。傳感器的應(yīng)答方式就是連續(xù)傳輸目前的測(cè)量值。
　　
和其它的串行接口一樣，這里也有許多可調(diào)節(jié)項(xiàng)。USP接口的出廠設(shè)置就是：1個(gè)起始位，9個(gè)數(shù)據(jù)位（第9位通常為“0”）， 無(wú)奇偶校驗(yàn)，1個(gè)停止位，傳輸速率為38.4k波特。下面的協(xié)議也可以選用：1個(gè)起始位（圖4），8個(gè)數(shù)據(jù)位（第9位通常為“0”）， 無(wú)奇偶校驗(yàn)，1個(gè)停止位，傳輸速率為19.2 k波特和38.4k波特。

新產(chǎn)品：USP最新硬件協(xié)議（CANopen）接口
　　
CAN（控制器區(qū)域網(wǎng)）串行數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)是二十世紀(jì)八十年代為汽車進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸而開(kāi)發(fā)的。CAN參數(shù)中對(duì)于物理層和數(shù)據(jù)安全層都有說(shuō)明。硬件協(xié)議（CANopen）電梯的概念是以CAN硬件層為基礎(chǔ)的，經(jīng)修改專門(mén)適用于電梯工程要求。CANopen的應(yīng)用層可以用CIA（自動(dòng)化技術(shù)用CAN）和DSP417出版的DS301規(guī)定來(lái)說(shuō)明（圖5）。

圖5 CAN基本結(jié)構(gòu)圖解。最新CANopen接口現(xiàn)已用于USP系統(tǒng)
　　
ISO 11 898（CAN 高速）標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于總線布線做了說(shuō)明。這里推薦使用特性阻抗為108-132歐姆的雙絞線，線的最大長(zhǎng)度取決于數(shù)據(jù)傳輸速率。CAN電纜兩端必須配有120歐姆的終端電阻。
　　
CAN有別于其它總線系統(tǒng)，因?yàn)樗鼜?qiáng)調(diào)的不是各個(gè)模件，而是要識(shí)別消息。這些消息都分配有一個(gè)優(yōu)先級(jí)值，這樣就可以迅速傳輸時(shí)序要求嚴(yán)格的數(shù)據(jù)。這里設(shè)計(jì)有多主控概念以便各總線模塊能夠獨(dú)立發(fā)送數(shù)據(jù)，但也必須是在需要的前提下按要求發(fā)送數(shù)據(jù)。施買(mǎi)賽公司自2005年11月以來(lái)提供的USP系統(tǒng)都配有最先進(jìn)的CANopen接口。

并行接口與選層模擬器：機(jī)會(huì)實(shí)際無(wú)限
　　
只要老電梯需要改造，并行接口就可以作為備用模塊派上用場(chǎng)。有了接口上的可編程開(kāi)關(guān)輸出，就可以與各種繼電器電梯控制系統(tǒng)連接，所以，對(duì)于電梯和控制工程師來(lái)說(shuō)，選擇使用USP的范圍就很廣。基于這一點(diǎn)，電梯改造工程一開(kāi)始就可以拋開(kāi)固有的機(jī)電控制系統(tǒng)，因?yàn)檫x層模擬器模塊可以提供需要控制的信號(hào)，可以認(rèn)為具有Hartmann選層器的各種功能。
　　
測(cè)試與記錄接口
　　
施買(mǎi)賽公司還在進(jìn)一步開(kāi)發(fā)更新型的新定位與控制系統(tǒng)項(xiàng)目：現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行完診斷工作后，記錄控制系統(tǒng)與位置傳感器之間的通訊數(shù)據(jù)流就非常重要。由于數(shù)據(jù)傳輸速率很高，短時(shí)間內(nèi)就會(huì)積累大量的數(shù)據(jù)。此外，可以使用的數(shù)據(jù)計(jì)量系統(tǒng)實(shí)時(shí)讀取、處理和存儲(chǔ)這樣的數(shù)據(jù)流也很成問(wèn)題。
　　
這就是施買(mǎi)賽公司在最近幾個(gè)月開(kāi)發(fā)可以記錄類似數(shù)據(jù)的診斷計(jì)算機(jī)（圖7）的原因，這種計(jì)算機(jī)可以根據(jù)用戶的需求來(lái)配備。有了這樣的測(cè)試計(jì)算機(jī)，就可以為USP接口（SSI, UART, CAN）編寫(xiě)地址并進(jìn)行查詢。計(jì)量裝置可以直接確定傳感器的地址，充當(dāng)主單元，并以均勻的時(shí)間間隔來(lái)查詢位置值。但是，也可以記錄控制系統(tǒng)與絕對(duì)值傳感器之間現(xiàn)行通訊數(shù)據(jù)。而且，兩種不同的傳感器系統(tǒng)可以同時(shí)查詢，例如有一個(gè)傳感器用作測(cè)量參照，即使兩個(gè)傳感器在不同的接口上工作或者掃描速度不同。

數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)，然后進(jìn)行評(píng)價(jià)。測(cè)量到的值可以用圖示的方法表示，這樣就可以區(qū)別分析其中的不同事件。對(duì)于外部事件（如在故障狀態(tài)下產(chǎn)生電氣輸出）的觸發(fā)響應(yīng)也可以用這種方法來(lái)記錄，這樣，發(fā)生故障時(shí)判斷就簡(jiǎn)化了。
關(guān)于未來(lái)的運(yùn)作
　　
顯而易見(jiàn)，潛在的接口及其調(diào)節(jié)方法各式各樣。要實(shí)現(xiàn)每一種可能的接口參數(shù)就要花費(fèi)很大的人力和物力進(jìn)行開(kāi)發(fā)，而且花費(fèi)多少不是個(gè)定數(shù)，這卻是施買(mǎi)賽電梯技術(shù)部樂(lè)于接受的挑戰(zhàn)。好多接口都已經(jīng)根據(jù)用戶的具體需求開(kāi)發(fā)出來(lái)了。除此之外，我們也希望電梯行業(yè)能夠在將來(lái)達(dá)成一致，采用通用的標(biāo)準(zhǔn)化接口。也許CANopen Lift就代表著未來(lái)這樣一個(gè)機(jī)遇。