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(duì)于地鐵的安全性能越來(lái)越關(guān)注，尤其是地鐵屏蔽門(mén)的可靠性，那么在復(fù)雜的地鐵控制系統(tǒng)中，如何進(jìn)行地鐵屏蔽門(mén)CAN總線故障排查呢？本文將做詳細(xì)介紹。

地鐵屏蔽門(mén)控制系統(tǒng)——CAN總線的應(yīng)用

目前地鐵采用了自動(dòng)化的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)全方位的控制，地鐵綜合控制系統(tǒng)包括ATC（列車自動(dòng)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(bào)警系統(tǒng)）、PSD（屏蔽門(mén)/安全門(mén)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(jí)控制。

其中，地鐵屏蔽門(mén)系統(tǒng)PSD是基于CAN總線實(shí)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(mén)控制系統(tǒng)示意圖

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

PSA（遠(yuǎn)方報(bào)警盤(pán)）：用于監(jiān)控屏蔽門(mén)狀態(tài)、診斷屏蔽門(mén)故障及運(yùn)行狀態(tài)等；

PSL（就地控制盤(pán)）：設(shè)置在每側(cè)站臺(tái)的列車始發(fā)端站臺(tái)上，如圖2所示，用于系統(tǒng)級(jí)控制失效時(shí)，供工作人員向各DCU發(fā)出開(kāi)關(guān)門(mén)指令，實(shí)現(xiàn)站臺(tái)級(jí)控制，；

DCU（門(mén)控單元）：滑動(dòng)門(mén)電機(jī)的控制裝置，每個(gè)屏蔽門(mén)都配置一個(gè)門(mén)控單元。安全門(mén)每對(duì)滑動(dòng)門(mén)有兩個(gè)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(mén)系統(tǒng)是由PSC通過(guò)CAN總線來(lái)直接控制DCU門(mén)單元，同時(shí)，由PSA來(lái)監(jiān)控DCU的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，并通過(guò)CAN總線來(lái)反饋給PSC。由于CAN-bus總線的錯(cuò)誤處理機(jī)制，可以保證網(wǎng)絡(luò)中任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，不會(huì)影響到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，也便于定位錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)。同時(shí)，也因?yàn)镃AN-bus總線的報(bào)文是以廣播的方式發(fā)送到總線上，可以保證屏蔽門(mén)的安全關(guān)閉或打開(kāi)，提高安全穩(wěn)定性。

如果PSC與DCU之間出現(xiàn)CAN通信錯(cuò)誤，將直接導(dǎo)致地鐵屏蔽門(mén)發(fā)生故障，嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致地鐵列車系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行，甚至威脅乘客生命安全。那么，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)該如何入手解決？或者如何避免屏蔽門(mén)故障發(fā)生呢？下文做簡(jiǎn)單介紹。

PSC與DCU通訊故障——總線分支過(guò)長(zhǎng)/過(guò)多

從圖1地鐵控制拓?fù)鋱D可以知道，地鐵屏蔽門(mén)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(guò)長(zhǎng)產(chǎn)生的波形。PSC與DCU之間的總線分支過(guò)長(zhǎng)會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)致上升沿和下降沿產(chǎn)生“臺(tái)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(cuò)誤。

這種情況可以參考以下解決方案：

圖 3 總線支線過(guò)長(zhǎng)波形

PSC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(zhǎng)，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(jìn)行設(shè)備分支組網(wǎng)。

PSC與DCU通訊故障——總線電容過(guò)大

在設(shè)計(jì)PSC與DCU通訊電路時(shí)，應(yīng)考慮到電容的影響，無(wú)論是線間電容還是節(jié)點(diǎn)內(nèi)部電容，都會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通訊，造成屏蔽門(mén)故障。如圖6所示是CANScope分析儀采集到電容過(guò)大時(shí)的波形，電容越大邊沿越緩，容易導(dǎo)致位采樣錯(cuò)誤。

可以參考以下解決方案：

圖 6 電容過(guò)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(jìn)行波形整頓。

查看波特率的設(shè)定問(wèn)題，從SJW入手。

PSC與DCU通訊故障——總線干擾過(guò)大

地鐵控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較為復(fù)雜，內(nèi)部線路眾多，加上人流量過(guò)大，遇到高峰期時(shí)，容易出現(xiàn)夾人夾包、強(qiáng)行開(kāi)門(mén)等現(xiàn)象，給地鐵屏蔽門(mén)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(huì)被干擾，這也是導(dǎo)致屏蔽門(mén)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(gè)DCU節(jié)點(diǎn)都電氣隔離，可以使用隔離CAN收發(fā)器CTM1051；

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

增加信號(hào)保護(hù)器，提高抗浪涌脈沖能力；

增加磁環(huán)、共模電感等保護(hù)電路。

上述內(nèi)容，提到一些簡(jiǎn)單的錯(cuò)誤解決方案，不過(guò)，在解決錯(cuò)誤時(shí)，最難的是如何找到錯(cuò)誤。通常，最簡(jiǎn)單的辦法就是將DCU節(jié)點(diǎn)一個(gè)一個(gè)往上接，直到發(fā)生錯(cuò)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(jìn)行分析，可以更方便去定位錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)及通過(guò)波形分析錯(cuò)誤原因。

CANScope總線綜合分析儀系列

地鐵屏蔽門(mén)發(fā)送通訊故障時(shí)，很難去定位錯(cuò)誤原因，這時(shí)，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(kāi)發(fā)與測(cè)試的專業(yè)工具，集海量存儲(chǔ)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(cè)試工具于一身，并把各種儀器有機(jī)的整合和關(guān)聯(lián)；重新定義CAN總線的開(kāi)發(fā)測(cè)試方法，可對(duì)CAN網(wǎng)絡(luò)通信正確性、可靠性、合理性進(jìn)行多角度全方位的評(píng)估；幫助用戶快速定位故障節(jié)點(diǎn)，解決CAN總線應(yīng)用的各種問(wèn)題。

圖8 CANScope分析儀示意圖

CAN網(wǎng)絡(luò)黑匣子-CANDTU

為了方便工程師，能夠?qū)崟r(shí)的檢測(cè)CAN設(shè)備或系統(tǒng)的運(yùn)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(dú)立CAN-bus通道，并可標(biāo)配存儲(chǔ)介質(zhì)為32G高速SD卡，可以進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間記錄、條件記錄、預(yù)觸發(fā)記錄和定時(shí)記錄等多種模式。

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