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(jìn)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(dòng)化的技術(shù)來實(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/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(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(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）：用于監(jiān)控屏蔽門狀態(tài)、診斷屏蔽門故障及運(yùn)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(shí)，供工作人員向各DCU發(fā)出開關(guān)門指令,，實(shí)現(xiàn)站臺級控制,，；
DCU（門控單元）：滑動(dòng)門電機(jī)的控制裝置,，每個(gè)屏蔽門都配置一個(gè)門控單元,。安全門每對滑動(dòng)門有兩個(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)，地鐵屏蔽門系統(tǒng)是由PSC通過CAN總線來直接控制DCU門單元,，同時(shí),，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(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(cuò)誤,，將直接導(dǎo)致地鐵屏蔽門發(fā)生故障,，嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致地鐵列車系統(tǒng)無法正常運(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(huì)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(cuò)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(jìn)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(jì)PSC與DCU通訊電路時(shí),，應(yīng)考慮到電容的影響,，無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,，造成屏蔽門故障,。如圖6所示是CANScope分析儀采集到電容過大時(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(shí)，容易出現(xiàn)夾人夾包,、強(qiáng)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(huì)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(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,，提到一些簡單的錯(cuò)誤解決方案,，不過，在解決錯(cuò)誤時(shí),，最難的是如何找到錯(cuò)誤,。通常，最簡單的辦法就是將DCU節(jié)點(diǎn)一個(gè)一個(gè)往上接,，直到發(fā)生錯(cuò)誤為止,。或者使用致遠(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)及通過波形分析錯(cuò)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(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總線開發(fā)與測試的專業(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(jìn)行多角度全方位的評估,；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(shí)的檢測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,。
圖 9 CANDTU產(chǎn)品示意圖