电梯通信稳定性的改造

学术论文 2018-04-17 10:46:30
    0 引言
    深圳这座改革开放的前沿城市,在1996.85km2的土地上在用的特种设备高达20.9万台套,其中电梯就有13.5万多台,占全市特种设备的64.6%。随着,深圳轨道交通的快速发展,8条地铁线共计168座车站,全市轨道运营总里程301.1km,深圳地铁已经成为深圳市电梯用量最多的单位。地铁范围内的电梯作为乘客的快速通道,每天都面临大客流的挑战,据调查,3号线布吉站一台电梯每天的运行次数就高达1500次,相当于住宅小区一台高层电梯一个月的运行次数,因此,地铁电梯运行的稳定性至关重要。但由于地铁车站内设备复杂,电梯周围存在大量的干扰(如轨道电流、杂散电流、800兆\400兆通信等),来自上一级供电系统的影响,供电往往不是纯正弦波,而有可能含有高次谐波或尖峰高压成分。控制柜主板与各节点微处理器(如轿内操纵箱、轿顶检修盒、厅门呼梯面板等)的前后通道及其传输线之间都容易窜入干扰信号。自深圳轨道交通二期工程深圳2号线、3号线以及4号线开通以来,电梯困人的数量惊人,对地铁服务质量造成负面影响,与地铁快速出行的理念不匹配。因此,从地铁电梯通信故障着手,解决DC5V通信电梯弊端,提高电梯通信稳定性能势在必行。
    1 深圳地铁的蒂森电梯困人及原因调查统计
    近年来,深圳地铁电梯困人情况频繁发生,分析发现主要集中在深圳地铁2、3、4号线蒂森梯形,以3号线情况最为突出。对3号线蒂森电梯故障展开全面的研究,发现故障基本归为三大类:卡异物、通信故障、其他原因(器件损坏、维保不良和环境因素),分析发现大多数困人均为通信故障,占困人总量的89%。
    2 电梯通信原理
    通信是电梯运行的核心系统,一旦发生故障将直接影响电梯的正常运行。通常电梯的主要通信由本地、井道、轎厢通信部分组成。电梯控制系统分为机房控制器(网关板+PLC)、层站控制器(厅门通信板)和轿厢控制器(轿厢控制板)。并且各控制器不分主从,以相同的方式与总线连接,均为挂在总线上的节点。各节点都可实时向总线发送信号,并接收总线上的信号,从而实现呼梯和显示信号通信。3号线蒂森电梯采用电压为DC5V的CAN-BUS通信方式来实现上述通信过程。
    3 蒂森电梯通信故障原因分析及改进方案
    通信故障作为3号线蒂森电梯能否稳定运行的关键因素,我通过现场测试、现象判断和图纸分析,找到了5个方面的原因:①通信线路连接不良,如通信线插件接头锈蚀。②通信信号受强电影响,主要电梯内强\弱电以及线缆屏蔽层未有效接地。③支撑通信传输的电源不稳定,电压突降引起板件保护。④各板间不匹配,因生产工艺偏差导致各家代工厂生产板件不匹配。⑤can-bus通信线路设计不合理,数据传输途中因叠加或损耗等缘故导致失真。
    其中,第①、②种因素为业内通信故障的常规判断,按这两种常规作法并未解决3号线蒂森电梯通信故障。随后通过观察、分析、摸索和大胆质疑,独立自主发现了上述第③、④、⑤种因素,通过独立研究最终逐条攻克,以下进行详细介绍。
    3.1 支撑通信传输的电源不稳定
    控制柜与轿顶各一个电源模块,给不同板件提供DC5V通信电压(如图1所示)。经测试,只要任何一处电源不稳定就会造成板件保护,引发通信故障。
    改进方案:独立供电模式设计,制约了通信系统的稳定运行,在厂家原设计的基础上,我大胆创新和提高通过改变电原供电电路来提高电源的稳定性。改进后电源电路如图2所示,通过电梯随行电缆备用线,将控制柜与轿顶相对独立的通信电源并接,且采用有效隔离,让其互为冗余。其中一个电源模块发生故障或存在电压波动,另一个电源模块可以直接补给,受电板件将不再受其影响。
    3.2 通信传输路径上各个板件不匹配
    调查发现,3号线蒂森电梯有两个板件供应商,上海天宏和中山卓梅尼,同样的图纸,但生产工艺控制不同,板件间混合搭使用容易出现通信故障。由于电梯安装单位并无意识,安装时两种板件被混搭用在一台梯上。为了论证这个观点,我取了运行情况相对一致的3台电梯进行测试,两台电梯分别使用来自一家供货商的板件,1台电梯使用混搭板件,结果显示,通过一个季度测试混搭板件的电梯通信故障数量是另外两台电梯通信故障总和的两倍。
    改进方案:为了避免3号线蒂森电梯各板件间的匹配问题,对卓梅尼、天宏生产的板件进行规整,一台电梯板件不再混搭出现。
    3.3 CAN-BUS通信线路设计不合理
    目前3号线蒂森电梯使用串行通信技术(如图3所示),是多主结构的CAN-BUS网络通信。通信结构为命令响应式:即总线空闲时,任意节点均可发送数据,其他节点都接收总线上的数据。MS3-C板通信线采用的是串联接法,当前一块MS3-C板(选层板)发生故障时,后面的板块无法与主板通信。MF3板(轿厢顶部楼层板)与LMSI-C板(轿厢称重板)采用的是并联通信,当两路同时接发信号时,总节点容易堵塞或混乱情况,将严重影响与主板的通信。
    改进方案:CAN-BUS通信线改造(如图4所示),把MS3-C板由原来串联改为并联通信方式,由于该通信回路均为MS3-C板,且板间不需要交换信号,原来的串接方式通信信号在每经过一块板就会有一定的消耗,积累下来容易引起通信的失真;在X40接口位置取消MF3板与LMSI-C板的并联方式,把LMSI-C板串联到8MP板(特殊功能板)后端,这样在X40接口位置处就不会造成数据叠加失真。相同板件使用并联与主板通信方式,而不同板件使用串联与主板通信方式。
    效果验证:用示波器对整改前后验证,测量CAN-BUS通信线的CAN-H和CAN-L两个点的电压值。根据CAN-BUS传输的特性,这两个测量点的电压应该是同步相反的,即H为+2.7V时L为-2.7V,两者不同步或者有一处电压绝对值不一样都有问题。改造前电梯在运行一段时间就偶尔会出现问题波形(如图5所示),改造后经过数月的观察问题波形再无出现。
    4 实施效果
    在深圳地铁3号线双龙、布吉、老街、购物公园与福田站对蒂森电梯CAN-BUS通信故障实施上述整改,这5个站3个月内未发生通信故障,而没有整改的站点通信故障频繁发生。事实证明上述独立自主创新整改是有效果,目前也得到厂家的认可,并在深圳地铁2、3、4号线蒂森电梯上实施,效果良好。
    结语
    经过数年的努力研究,深圳地铁3号线电梯通信故障终于解决,电梯稳定性能得到了较大的提高,频繁困人的情况基本消除。整个研究过程,出现过不少的难题和瓶颈,但通过不断学习和分析都顺利解决,我深刻体会到解决问题最好的方式是打破常规和大胆质疑,在这个过程中,我从对通信故障模糊认识到有深刻见解,更体会到实践和创新对解决问题的重要性。
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