摘要：地鐵是人們出行的重要交通工具,，隨著地鐵線路全面鋪設(shè),，人們對于地鐵的安全性能越來越關(guān)注，尤其是地鐵屏蔽門的可靠性，那么在復(fù)雜的地鐵控制系統(tǒng)中,，如何進行地鐵屏蔽門CAN總線故障排查呢？本文將做詳細(xì)介紹,。

　　一,、地鐵屏蔽門控制系統(tǒng)——CAN總線的應(yīng)用

　　目前地鐵采用了自動化的技術(shù)來實現(xiàn)全方位的控制，地鐵綜合控制系統(tǒng)包括ATC（列車自動控制）,、SCADA（電力監(jiān)控系統(tǒng)）,、BAS（環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)）、FAS（火災(zāi)報警系統(tǒng)）,、PSD（屏蔽門/安全門系統(tǒng)）等,，這些系統(tǒng)在全線形成網(wǎng)絡(luò)，由控制中心統(tǒng)一分級控制,。

　　其中,，地鐵屏蔽門系統(tǒng)PSD是基于CAN總線實現(xiàn)的，如圖1所示該系統(tǒng)包括以下子單元：

　　圖 1  地鐵屏蔽門控制系統(tǒng)示意圖

　　PSC（中央接口盤）：屏蔽/安全門控制系統(tǒng)的核心部分,，每個車站的都會配備一套PSC,，由兩套相同、相互獨立的子系統(tǒng)組成,；

　　PSA（遠(yuǎn)方報警盤）：用于監(jiān)控屏蔽門狀態(tài),、診斷屏蔽門故障及運行狀態(tài)等；

　　PSL（就地控制盤）：設(shè)置在每側(cè)站臺的列車始發(fā)端站臺上,，如圖2所示,，用于系統(tǒng)級控制失效時，供工作人員向各DCU發(fā)出開關(guān)門指令,，實現(xiàn)站臺級控制,，；

　　DCU（門控單元）：滑動門電機的控制裝置,，每個屏蔽門都配置一個門控單元,。安全門每對滑動門有兩個DCU（主、從）,。

　　圖 2  地鐵PSL示意圖

　　從上述介紹中,，我們可以發(fā)現(xiàn),，地鐵屏蔽門系統(tǒng)是由PSC通過CAN總線來直接控制DCU門單元，同時,，由PSA來監(jiān)控DCU的開關(guān)狀態(tài),，并通過CAN總線來反饋給PSC。由于CAN-bus總線的錯誤處理機制,，可以保證網(wǎng)絡(luò)中任何一個節(jié)點發(fā)生故障時,，不會影響到整個網(wǎng)絡(luò)的運行，也便于定位錯誤節(jié)點,。同時,，也因為CAN-bus總線的報文是以廣播的方式發(fā)送到總線上，可以保證屏蔽門的安全關(guān)閉或打開,，提高安全穩(wěn)定性,。

　　如果PSC與DCU之間出現(xiàn)CAN通信錯誤，將直接導(dǎo)致地鐵屏蔽門發(fā)生故障,，嚴(yán)重會導(dǎo)致地鐵列車系統(tǒng)無法正常運行,，甚至威脅乘客生命安全。那么,，當(dāng)故障發(fā)生時該如何入手解決,？或者如何避免屏蔽門故障發(fā)生呢？下文做簡單介紹,。

　　二、PSC與DCU通訊故障——總線分支過長/過多

　　從圖1地鐵控制拓?fù)鋱D可以知道,，地鐵屏蔽門一旦發(fā)生故障,，我們可以考慮是否是由于PSC和DCU之間布線不規(guī)范造成的。 如圖3所示,，是用CANScope分析儀抓取的總線支線過長產(chǎn)生的波形,。PSC與DCU之間的總線分支過長會出現(xiàn)導(dǎo)致上升沿和下降沿產(chǎn)生“臺階”現(xiàn)象，容易出現(xiàn)位寬度失調(diào),，從而造成PSC和DCU之間的通訊錯誤,。

　　這種情況可以參考以下解決方案：

　　圖 3  總線支線過長波形

　　lPSC與DCU之間使用如圖4所示的標(biāo)準(zhǔn)“手牽手”的接口布線規(guī)范，收發(fā)器應(yīng)靠近接口擺放,；

　　圖 4  “手牽手”布線規(guī)范

　　如圖5所示,，根據(jù)不同的波特率，指定不同分支距離規(guī)范,；

　　圖 5  波特率與支線距離關(guān)系

　　按照分支越長,，匹配電阻越小，匹配電阻在120-680歐之間,，總并聯(lián)電阻在30-60歐之間的原則,；

　　可以使用CANBridge+進行設(shè)備分支組網(wǎng),。

　　三、PSC與DCU通訊故障——總線電容過大

　　在設(shè)計PSC與DCU通訊電路時,，應(yīng)考慮到電容的影響,，無論是線間電容還是節(jié)點內(nèi)部電容，都會影響整個網(wǎng)絡(luò)的通訊,，造成屏蔽門故障,。如圖6所示是CANScope分析儀采集到電容過大時的波形，電容越大邊沿越緩,，容易導(dǎo)致位采樣錯誤,。

　　可以參考以下解決方案：

　　圖 6  電容過大產(chǎn)生的波形

　　減小終端電阻，加快電容放電,，如圖7所示,；

　　圖 7  終端電阻與電壓幅值關(guān)系

　　更換成低電容導(dǎo)線；

　　使用CANBridge+進行波形整頓,。

　　查看波特率的設(shè)定問題,，從SJW入手。

　　五,、PSC與DCU通訊故障——總線干擾過大

　　地鐵控制系統(tǒng)現(xiàn)場環(huán)境較為復(fù)雜,，內(nèi)部線路眾多，加上人流量過大,，遇到高峰期時,，容易出現(xiàn)夾人夾包、強行開門等現(xiàn)象,，給地鐵屏蔽門造成很大的干擾,，所以在PSC與DCU構(gòu)成的總線上不可避免的總會被干擾，這也是導(dǎo)致屏蔽門通訊失敗的重要原因之一,。

　　為了更好的提高PSC和DCU抗干擾的能力,，保證通訊質(zhì)量，可以參考以下方案：

　　保證每個DCU節(jié)點都電氣隔離,，可以使用隔離CAN收發(fā)器CTM1051,；

　　屏蔽門之間的總線使用屏蔽雙絞線，加強雙絞程度,，可以有效的屏蔽共模干擾,；

　　增加信號保護器，提高抗浪涌脈沖能力,；

　　增加磁環(huán),、共模電感等保護電路。

　　上述內(nèi)容,，提到一些簡單的錯誤解決方案,，不過,，在解決錯誤時，最難的是如何找到錯誤,。通常,，最簡單的辦法就是將DCU節(jié)點一個一個往上接，直到發(fā)生錯誤為止,?；蛘呤褂弥逻h(yuǎn)電子研發(fā)的CANScope分析儀，接入到地鐵控制系統(tǒng)中,，從CAN底層進行分析,，可以更方便去定位錯誤節(jié)點及通過波形分析錯誤原因。

　　六,、CANScope總線綜合分析儀系列

　　地鐵屏蔽門發(fā)送通訊故障時,，很難去定位錯誤原因，這時,，工程師們可以考慮使用CANScope分析儀去快速診斷定位,。如圖8所示，CANScope總線綜合分析儀是一款綜合性的CAN總線開發(fā)與測試的專業(yè)工具,，集海量存儲示波器,、網(wǎng)絡(luò)分析儀、誤碼率分析儀,、協(xié)議分析儀及可靠性測試工具于一身,，并把各種儀器有機的整合和關(guān)聯(lián)；重新定義CAN總線的開發(fā)測試方法,，可對CAN網(wǎng)絡(luò)通信正確性,、可靠性、合理性進行多角度全方位的評估,；幫助用戶快速定位故障節(jié)點，解決CAN總線應(yīng)用的各種問題,。

　　圖8  CANScope分析儀示意圖

　　七,、CAN網(wǎng)絡(luò)黑匣子-CANDTU

　　為了方便工程師，能夠?qū)崟r的檢測CAN設(shè)備或系統(tǒng)的運行情況,，廣州致遠(yuǎn)電子有限公司推出CAN網(wǎng)絡(luò)總線“黑匣子”,，我們稱之為CANDTU，如圖9所示,，CANDTU集成有2路或4路符合ISO11898標(biāo)準(zhǔn)的獨立CAN-bus通道,，并可標(biāo)配存儲介質(zhì)為32G高速SD卡，可以進行長時間記錄,、條件記錄,、預(yù)觸發(fā)記錄和定時記錄等多種模式,。

　　同時，CANDTU可以實時采集的CAN總線數(shù)據(jù)和定位信息,，實時云端曲線,，提供CAN報文數(shù)據(jù)可視化分析，通過4G通信實時上傳到指定的云端服務(wù)器上,。另外,，用戶可以直接對車輛進行標(biāo)準(zhǔn)的UDS診斷，云端操作更加方便快捷,；用戶可通過手機等終端登錄云,，可靈活配置CAN通道、LIN通道等,，實時查看汽車北斗/GPS軌跡定位,，對設(shè)備實時定位監(jiān)控，實現(xiàn)用戶終端的人工智能大數(shù)據(jù)處理,。

　　圖 9  CANDTU產(chǎn)品示意圖