电梯CAN1

电梯系统CANopen高层协议——CiA DSP 417*

马福军周巧仪刘兵

（浙江建设职业技术学院城建系）

摘要：为了推进国内电梯技术的进步，介绍了一种新型电梯通讯协议，电梯系统CANopen高层协议——CiA DSP 417子协议，基于CiA DSP 417子协议的电梯系统，可以大大提高电梯控制系统控制性能，实现电梯部件即插即用的特性。介绍内容包括CiA DSP 417子协议的由来及国内外应用状况；CiA DSP 417子协议文件的组成及各组成部分内容的具体说明。最后例举了CiA DSP 417子协议在电梯外召通讯中的实现过程。

关键词：电梯；CANopen；CiA DSP 417子协议

1 引言

CANopen 协议基于CAN总线的高层应用层协议，它是为标准的嵌入式网络开发的具有灵活配置能力的开放式协议[1]。现在已经成为国际标准CENELELC EN-50325-4。CAN器件只提供了开放系统互联模型（ISO/OSI）中物理层和数据链路层功能[2]，完成系统组态、设备互联和兼容功能必须由应用层协议来完成。

目前国内大部分企业如上海三菱、奥的斯、日立等仍然沿用RS485串行总线协议，但该总线性能较低、没有统一标准。电梯系统通讯要求数据传输实时性高，现场抗干扰能力强，系统可靠性要好[3]。基于CAN总线和CANopen－CiA DSP 417电梯高层应用层协议，可以很好的满足电梯通讯的需求。

CANopen在发布后，获得了广泛承认，尤其是在欧洲。目前被广泛应用于智能楼宇、嵌入式系统、车载设备和装载机械等[4]。CiA DSP 417电梯设备子协议就是CANopen在电梯领域的应用体现。在欧洲，有许多厂商已经开发出基于CiA DSP 417电梯设备子协议的电梯控制产品。例如，德国奔克的BP306电梯控制系统；德国威特的WLC-4000电梯控制器；迅达公司基于CANopen的系列电梯部件[5]，而国内对CiA DSP 417电梯设备子协议还处于认识阶段。世界著名的控制器芯片制造商Atmel和CIA（CAN in Automation）国际组织于2006年4月18日～21日在廊坊举办的中国国际电梯展览会展览期间联合宣传推广正在欧洲兴起的最新CanOpen控制总线协议DSP417。因此，本文就CiA DSP 417电梯设备子协议做了研究，希望推动CiA DSP 417电梯设备子协议的进一步研究和应用。

2 CiA DSP 417电梯设备子协议概述

在德国，CAN技术被一些主要的电梯制造商所应用已经有些年了，2002年德国的一些中型电梯企业决定使用CanOpen来提升CAN技术在电梯中的应用，其目的是实现电梯部件的即插即用，就像PC配件一样，大家都遵守开放的标准协议，提高产品的竞争性，降低产品垄断，由此诞生了CiA DSP 417电梯设备子协议。使用该标准协议，可使单台电梯的最高楼层达到254层，电梯群控数量最大达到8台。

2003年，在德国奥克斯堡国际电梯展览会上，首款基于CANopen DSP 417的电梯控制器样机被展出，它通过CANopen网络方便的将电梯控制各部件集成在一起。这种电梯控制器可以在很少的参数设置下工作运行。这对一些小中型电梯制造商极具吸引力，因为他们不需要依赖特定的电梯部件供应商。

CiA DSP 417电梯设备子协议可以通过CiA （CAN in Automation）国际组织获得。如果不是CiA 会员，则可以向CiA组织购买协议文件。

3 CiA DSP 417电梯设备子协议各组成部分内

容说明[6]

CiA DSP 417电梯设备子协议文件总共由四个部

2009年第2期自动化与信息工程21

* 基金项目:浙江省建设厅基金项目(编号07049) 资助分组成。其中DSP 417-3和DSP 417-4是CiA DSP 417电梯设备子协议文件的主要构成部分。

（1）DSP 417-1：缩略语定义和物理层内容说明

该子文件主要有以下几个方面内容：

①应用CiA DSP 417电梯设备子协议时应同时参考的标准规范。如CiA301，CiA302等；

②缩略语及其定义。如COB-ID，SDO等；

③应用CiA DSP 417电梯设备子协议时，对CAN收发器模型，波特率，接插件等做了推荐要求。

④总线节点号分配：由硬件或制造厂商设定；

⑤系统错误处理：系统出现硬件设备故障，总线将优先处理系统故障信息，而且处理方法可选，如停止设备运行或保持运行状态等。

（2）DSP 417-2：电梯虚拟设备定义及其应用对象分配

CiA DSP 417电梯设备子协议定义了许多电梯虚拟设备，这是该子协议应用的基础，同时也使得电梯控制硬件设计得到简化，因为硬件的通用性得到提高。CiA DSP 417电梯设备子协议总计定义了11个虚拟设备，如虚拟召唤控制器、虚拟输入模块、虚拟输出模块、虚拟轿门控制器、虚拟轿门模块、虚拟光幕模块、虚拟轿厢位置模块等。一个物理设备可以包含多个虚拟设备，但一个虚拟设备不能同时分配给几个物理设备。这是虚拟设备和物理设备之间的包含关系。每个虚拟设备支持若干应用对象，应用对象分为强制执行和可选应用对象，其属性可以是只读、或读写、或只写。

例如虚拟召唤控制器设备。先描述该虚拟设备的功能。虚拟召唤控制器接收召唤请求并作出响应。召唤控制器发送命令给轿厢驱动控制器和门控制器虚拟设备。该虚拟设备支持的应用对象如表1所示。

（3）DSP 417-3：预定义通讯对象

在该子文件中，主要定义了电梯硬件设备下的MPDO和虚拟电梯设备的PDO通讯对象。PDO（过程数据对象）是CAN的一种通讯对象，对电梯控制而言，它主要传输电梯运行中的实时控制数据。

预定义PDO通讯对象包括两个方面：PDO通讯参数和PDO映射参数。PDO通讯参数是接收或发送PDO对象时的通讯控制参数，如该PDO发送时的COB-ID、发送该PDO时是否有禁止时间，PDO发送方式是异步还是同步等。PDO映射参数是指发送该PDO的应用对象值，因此PDO映射直接映射对象字典。例如召唤控制器虚拟设备，当该虚拟设备要设置数据输出时，就要发送一个PDO。具体情况如表2、表3所示。

表1 虚拟召唤控制器设备支持的应用对象

索引号对象名称强制/可选属性

6001h 电梯号强制可读

6010h 虚拟输入强制可读

6011h虚拟输出强制只读

6012h虚拟传感可选可读

6302h门位置可选可读

6383h电梯位置强制可读

6390h电梯速度可选可读

6391h电梯加速可选可读

表2 虚拟召唤控制器发送PDO通讯参数

索引子索引内容默认

00h 支持的最大子索引无

01h PDO使用的COB-ID 400h 1900h

02h发送类型255d 表3 虚拟召唤控制器发送PDO映射参数

索引子索引号内容默认值

00h 映射对象数量1 1B00h

01h虚拟输出映射 6011 00 30h DSP 417-3定义了所有电梯虚拟设备的TPDO （Transmit PDO）和RPDO（Receive PDO），定义的电梯台数达8台。显然DSP 417-3使电梯CAN通讯协议标准化程度大大提高。

（4）DSP 417-4：对象字典描述

电梯对象字典的描述，实际上是对电梯应用对象的说明。在DSP 417-4子文件中描述了8台电梯的应用对象，对象索引号从6000h到9FFFh。所有虚拟设备涉及到的应用对象都被详细说明。对象字典是CiA DSP 417电梯设备子协议的核心，电梯控制用的应用参数都反映在对象字典中。对对象字典的把握有助于

22马福军 周巧仪 刘兵：电梯系统CANopen高层协议——CiA DSP 417

该协议的应用水平。

例如对象字典中对象电梯序号（lift number），其对象字典中的索引号为6001h。这个应用对象为召唤控制器虚拟设备、轿门控制器虚拟设备等8个虚拟设备应用。该对象情况如表4、表5所示。

表4 电梯序号对象说明

索引号6001h

名称电梯序号

对象码Var

数据类型8位无符号数

分类有条件分类

表5 电梯序号对象参数描述

属性可读写

PDO映射无

取值范围01h~80h

默认值01h

关于对象字典结构表达形式详细内容可查阅相关资料。

4 基于CiA DSP417电梯设备子协议通讯原理

电梯设备子协议通讯遵循CiA DS 301 V4.02规范——Canopen application layer and communication profile June 2002。该规范定义了4类通讯模式[7]，分别为网络管理对象NMT，服务数据对象SDO，过程数据对象PDO和特殊功能对象。在CAN 2.0B技术规范之下，完成上述4类通讯对象的通讯，完成电梯实时控制和电梯CAN总线网络的管理。

网络管理对象NMT：NMT面向节点并按照主/从结构方式通讯。通过NMT服务，可以使节点初始化、被启动、被监视、被复位或被停止。

服务数据对象SDO：该对象主要对网络节点进行参数配置，它可以传送大于8字节的配置信息，通讯方式采用客户/服务器方式。

过程数据对象PDO：PDO被映射到CAN帧，传送8字节的实时控制信息。PDO传送采用生产者/消费者模式，启动PDO发送可以有多种触发方式，如内部事件、远程请求、外部时钟和同步报文。

特殊功能对象：为了使网络系统设备同步、处理网络紧急事件和网络设备提供公共时间帧，DS301规范定义了对应上述三个网络功能需求的特殊功能对象。

CiA DSP417协议符合CANopen协议的一个子协议，本身比较复杂。下面以电梯串行外召通讯为例来说明CiA DSP417协议实现的一般过程。笔者在实验研究时，电梯主控制器采用PHILIPS公司的基于ARM7核的微处理器LPC2292，LPC2292内部自带两路CAN控制器，硬件上只需添加CAN收发器即可，CAN收发器为PHILIPS公司的TJA1050。厅外召唤控制器采用的微处理器为ATmega8处理器。通讯部分，选用的CAN控制器是MCP2515，采用的CAN 收发器为MCP2551。通讯电缆和接插件符合CiA3031规范[8]。电梯外召CAN通讯流程图如图1所示。

电梯CAN分布式网络系统上电后，进行网络节点（主控制器节点、外召控制器节点）初始化，即节点复位，包括硬件复位、应用程序复位、通讯参数复位。

在预操作状态，完成电梯实时过程数据PDO的

图1 电梯外召CAN通讯流程图

2009年第2期自动化与信息工程23COB-ID分配，使用预定义连接集分配COB-ID简便效率高，但缺乏灵活性；使用SDO服务动态分配可以优化标识符分配。在预操作状态还要进行节点虚拟设备参数配置，如电梯号（lift1~4）、电梯门号（如door1～4）、节点通讯参数。完成COB-ID分配和节点虚拟设备参数配置由配置应用程序完成。

CAN网络进入运行状态后，网络的任务主要是传输电梯控制实时数据和网络状态监控（节点和通讯状态）。主控制器获取外召控制器信息，如召唤信息，是通过向各外召控制器发送远程帧来启动外召控制器发送PDO，传输召唤信息。主控制器通过内部事件可主动发送电梯状态信息数据PDO给各外召控制器节点。例如，当NODE-ID为10的厅外召唤控制器有上行召唤信号时，它将发送COB-ID为0x48A数据域为0x8111，0x05010102的6字节数据，传输类型为255，属于设备子协议特定事件。其中字节0（0x02）表示标准厅外召唤请求，字节1（0x01）表示上行召唤，字节2（0x01）表示来自1号梯，字节3（0x05）表示召唤楼层为5楼，字节4（0x11）表示召唤源与目标门都为A门，字节5（0x81）表示有召唤请求且按钮具有自锁功能。由于PDO是预先定义的，因此主控制器接收到该PDO时也能解释这些数据并执行呼叫登记。

4类通讯对象的通讯语法可参考CANopen协议介绍[9]。5 结语

采用电梯专用的标准的CANopen高层应用层协议CiA DSP417电梯设备子协议，将不仅克服传统电梯通讯缺点，而且使各厂商的产品相互兼容，方便用户选购，减小产品市场垄断，无疑CiA DSP417电梯设备子协议在我国电梯技术领域得到广泛应用。

参考文献

[1] Armin von collrepp,田新柏.CANopen 概述[J].国内外机电

一体化技术,2006,14(2):78~82

[2] 饶运涛,邹继军,王进勇,等.现场总线CAN原理和应用技术

[M].北京:北京航空航天大学出版社,2007.8:21

[3] 曹建忠,方华,罗飞,等.基于CAN总线的电梯楼层控制的设计

与实现[J].电梯工业,2005,21(10):24~26

[4] 孙健,陶维青.CAN应用层协议CANopen浅析[J].仪器仪表

标准化与计量,2006,46(2):22~24

[5] Holger Zeltwanger(CiA). CANopen lifts people[J].CAN

newsletter, 2004, 23(1):8~12

[6] CAN in Automation. DSP417, CiA Draft Standard Proposal

417-1,2,3,4 V1.0.1[S]. Germany: CAN in Automation , 2003.7 [7] CAN in Automation . CiA DS 301 V4.02, Canopen

application layer and communication profile [S]. Germany: CAN in Automation , 2002.6

[8] CAN in Automation. CiA DR 303-1 V1.1, Cabling and

connector pin assignment[S]. Germany: CAN in Automation , 2001.4

[9] H.Boterenbrood.CANopen:high-level protocol for CAN-bus[Z].

NIKHIF, Amsterdam. March 20, 2000:1~22

A Summary of CANopen Higher Protocol in Lift—CiA DSP 417

Ma Fujun Zhou Qiaoyi Liu Bing

（Zhejiang College of Construction, Urban Construction Department）

Abstract: A new type lift protocol, CANopen Higher Protocol in lift—CiA DSP 417 is introduced in the paper. The lift system based on CiA DSP 417 protocol can greatly improve lift’s properties and realize characteristics of plug-and-play. The origin of CiA DSP 417 protocol and application situation is introduced and is illustrated. An example is cited to show realizing process of CiA DSP 417 protocol in lift landing call communication.

Key words: Lift; CANopen; CiA DSP 417 Protocol

作者简介：

马福军，男，1969年生，副教授/高级工程师，主要从事电梯控制技术与楼宇智能技术研究。

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