地鐵屏蔽門CAN總線故障排查流程

一、地鐵屏蔽門控制系統——CAN總線的應用

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/202003/411159.htm

目前地鐵採用了自動化的技術來實現全方位的控制，地鐵綜合控制系統包括ATC（列車自動控制）、SCADA（電力監控系統）、BAS（環境監控系統）、FAS（火災報警系統）、PSD（屏蔽門/安全門系統）等，這些系統在全線形成網絡，由控制中心統一分級控制。

其中，地鐵屏蔽門系統PSD是基於CAN總線實現的，如圖1所示該系統包括以下子單元：

 

圖 1  地鐵屏蔽門控制系統示意圖

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

·   PSA（遠方報警盤）：用於監控屏蔽門狀態、診斷屏蔽門故障及運行狀態等；

·   PSL（就地控制盤）：設置在每側站臺的列車始發端站臺上，如圖2所示，用於系統級控制失效時，供工作人員向各DCU發出開關門指令，實現站臺級控制，；

·   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）。

從上述介紹中，我們可以發現，地鐵屏蔽門系統是由PSC通過CAN總線來直接控制DCU門單元，同時，由PSA來監控DCU的開關狀態，並通過CAN總線來反饋給PSC。由於CAN-bus總線的錯誤處理機制，可以保證網絡中任何一個節點發生故障時，不會影響到整個網絡的運行，也便於定位錯誤節點。同時，也因為CAN-bus總線的報文是以廣播的方式發送到總線上，可以保證屏蔽門的安全關閉或打開，提高安全穩定性。

如果PSC與DCU之間出現CAN通信錯誤，將直接導致地鐵屏蔽門發生故障，嚴重會導致地鐵列車系統無法正常運行，甚至威脅乘客生命安全。那麼，當故障發生時該如何入手解決？或者如何避免屏蔽門故障發生呢？下文做簡單介紹。

圖 2  地鐵 PSL 示意圖

二、PSC與DCU通訊故障——總線分支過長/過多

從圖1地鐵控制拓撲圖可以知道，地鐵屏蔽門一旦發生故障，我們可以考慮是否是由於PSC和DCU之間布線不規範造成的。 如圖3所示，是用CANScope分析儀抓取的總線支線過長產生的波形。PSC與DCU之間的總線分支過長會出現導致上升沿和下降沿產生「臺階」現象，容易出現位寬度失調，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

·   PSC與DCU之間使用如圖4所示的標準「手牽手」的接口布線規範，收發器應靠近接口擺放；

圖 4  「手牽手」布線規範

·   如圖5所示，根據不同的波特率，指定不同分支距離規範；

·   按照分支越長，匹配電阻越小，匹配電阻在120-680歐之間，總並聯電阻在30-60歐之間的原則；

·   可以使用CANBridge+進行設備分支組網。

波特率與支線距離關係

三、PSC與DCU通訊故障——總線電容過大

在設計PSC與DCU通訊電路時，應考慮到電容的影響，無論是線間電容還是節點內部電容，都會影響整個網絡的通訊，造成屏蔽門故障。如圖6所示是CANScope分析儀採集到電容過大時的波形，電容越大邊沿越緩，容易導致位採樣錯誤。

可以參考以下解決方案：

圖 6  電容過大產生的波形

·   減小終端電阻，加快電容放電，如圖7所示；

·   更換成低電容導線；

·   使用CANBridge+進行波形整頓。

·   查看波特率的設定問題，從SJW入手。

終端電阻與電壓幅值關係

五、PSC與DCU通訊故障——總線幹擾過大

地鐵控制系統現場環境較為複雜，內部線路眾多，加上人流量過大，遇到高峰期時，容易出現夾人夾包、強行開門等現象，給地鐵屏蔽門造成很大的幹擾，所以在PSC與DCU構成的總線上不可避免的總會被幹擾，這也是導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抗幹擾的能力，保證通訊質量，可以參考以下方案：

·   保證每個DCU節點都電氣隔離，可以使用隔離CAN收發器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幹擾；

·   增加信號保護器，提高抗浪湧脈衝能力；

   增加磁環、共模電感等保護電路。

上述內容，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節點一個一個往上接，直到發生錯誤為止。或者使用致遠電子研發的CANScope分析儀，接入到地鐵控制系統中，從CAN底層進行分析，可以更方便去定位錯誤節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總線開發與測試的專業工具，集海量存儲示波器、網絡分析儀、誤碼率分析儀、協議分析儀及可靠性測試工具於一身，並把各種儀器有機的整合和關聯；重新定義CAN總線的開發測試方法，可對CAN網絡通信正確性、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點，解決CAN總線應用的各種問題。

 

圖8  CANScope分析儀示意圖

七、CAN網絡黑匣子-CANDTU

為了方便工程師，能夠實時的檢測CAN設備或系統的運行情況，廣州致遠電子有限公司推出CAN網絡總線「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標準的獨立CAN-bus通道，並可標配存儲介質為32G高速SD卡，可以進行長時間記錄、條件記錄、預觸發記錄和定時記錄等多種模式。

同時，CANDTU可以實時採集的CAN總線數據和定位信息，實時雲端曲線，提供CAN報文數據可視化分析，通過4G通信實時上傳到指定的雲端伺服器上。另外，用戶可以直接對車輛進行標準的UDS診斷，雲端操作更加方便快捷；用戶可通過手機等終端登錄雲，可靈活配置CAN通道、LIN通道等，實時查看汽車北鬥/GPS軌跡定位，對設備實時定位監控，實現用戶終端的人工智慧大數據處理。

圖 9  CANDTU產品示意圖一、地鐵屏蔽門控制系統——CAN總線的應用