地鐵門禁系統(tǒng)通信故障淺析

深圳市地鐵集團有限公司運營總部 靳 帥

1.前言

城市軌道交通門禁系統(tǒng)的維護好壞對于地鐵輕軌工作區(qū)域的人和設(shè)備的安全起著至關(guān)重要的作用。由于地鐵或輕軌存在站點分散、站內(nèi)門禁點多等特點，故障率居高一直困擾著專業(yè)維護人員，尤其對于一些疑難故障。但是就這些故障而言，經(jīng)過不斷的分析與測試，都能找到行之有效的解決辦法。本文主要通過一個典型故障案例，由原理到處理過程做全方位的淺析。

2.門禁系統(tǒng)介紹

深圳地鐵5號線門禁系統(tǒng)主要實現(xiàn)對車站、車輛段、停車場和主變電所的設(shè)備和管理用房、出入口、票務室等重點區(qū)域的自動化出入管理、登記功能，以及車站考勤管理功能。該系統(tǒng)主要由控制中心主備門禁服務器、車站門禁客戶端、網(wǎng)絡控制器(NC-100)、讀卡控制器(RC-2-I)、門禁點設(shè)備(讀卡器、出門按鈕、門磁、自動閉門器、電控鎖)等構(gòu)成。按照網(wǎng)絡的功能層次由上到下劃分為管理層、控制層(C-NET)、設(shè)備層(D-NET)。其主要的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 5號線門禁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

如圖1所示，在管理層面，中心門禁主備服務器設(shè)置在控制中心，負責整條線門禁系統(tǒng)的授權(quán)、數(shù)據(jù)下載等操作，門禁客戶端設(shè)置在各站的車控室，負責本站門禁點的操作。門禁客戶端和門禁服務器接入PIS萬兆以太網(wǎng)實現(xiàn)對所有門禁點的管理。

在網(wǎng)絡層面，兩個NC-100之間采用雙線RS-485鏈路相連，形成了一個高速RS485容錯網(wǎng)絡，每個NC-100有2個控制器間的網(wǎng)絡接口CH1和CH2，CH1和CH2把NC-100串聯(lián)成環(huán)形網(wǎng)。該環(huán)網(wǎng)最大回路長度可達3000米，并且通過主NC-100接入PIS萬兆以太網(wǎng)。

在設(shè)備層面，D-NET將讀卡控制器RC-2-I連接到網(wǎng)絡控制器NC-100。設(shè)備層網(wǎng)絡采用RS485并行總線連接，并采用環(huán)形的拓撲結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)雙向RS485通道的保護。該網(wǎng)絡最多可由8個RC-2-I組成。

3.車站門禁系統(tǒng)D-NET通道故障

3.1 故障現(xiàn)象

某車站門禁系統(tǒng)客戶端上顯示第3個NC-100下的房間5、6、7的RC-2-I狀態(tài)未知且在客戶端信息窗口中重復出現(xiàn)車站門禁D-NET通道故障告警。

表1 跳接電阻開關(guān)屬性

3.2 處理方法及技術(shù)分析

故障處理前，了解車站門禁系統(tǒng)D-NET的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)很關(guān)鍵。如圖2所示，D-NET網(wǎng)絡是由8個RC-2-I通過RS485線纜并接構(gòu)成。與此同時，為了起到雙向保護的作用，該網(wǎng)絡采用了環(huán)形，這樣的結(jié)構(gòu)更有利于從順時針、逆時針兩個方向保護D-NET網(wǎng)絡上的RC-2-I連接不中斷。

圖2 D-NET網(wǎng)絡連接圖

圖3 D-NET故障點位置圖

圖3中所示的故障點位置是在房間5、6、7，結(jié)合故障現(xiàn)象分析后，決定應該從線路、板卡兩個方面入手。首先，通過在客戶端上查看房間1、2、3、4、8中的RC-2-I的通道狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)每個RC-2-I在順時針、逆時針方向的通道狀態(tài)都是正常的，由此可以確定連接房間5、6、7的RC-2-I的RS485線纜沒有出現(xiàn)中斷的情況。然后，為了排除板卡故障，需要同時更換房間5、6、7的RC-2-I的板卡，但更換后故障現(xiàn)象依舊存在。

為了徹底查明原因，在進一步翻閱相關(guān)技術(shù)資料后，發(fā)現(xiàn)RS485網(wǎng)絡中存在阻抗不連續(xù)和阻抗不匹配造成故障的可能性，因為在RS485通信過程中，阻抗不連續(xù)和阻抗不匹配都會導致信號被反射。

由于RS485總線距離長短等因素，信號在總線末端可能突然遇到電纜阻抗很小甚至沒有的情況，從而導致RS485總線阻抗不連續(xù)，信號在這個地方就會引起反射。這種信號反射與光從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)所引起的反射原理是相似的。為了消除這種反射，必須在電纜的末端跨接一個與電纜特性阻抗同樣大小的終端電阻，使電纜的阻抗連續(xù)。由于信號在電纜上的傳輸是雙向的，因此在通信電纜的另一端需跨接一個同樣大小的終端電阻。這里需注意的是，在RS485總線短距離傳輸時可不接終端電阻，即一般在300米以下不需接終端電阻。

引起信號反射的另一個原因是數(shù)據(jù)收發(fā)器與傳輸電纜之間的阻抗不匹配。要減弱反射信號對通信線路的影響，通常采用噪聲抑制和加偏置電阻的方法。在實際應用中，對于比較小的反射信號，為簡單方便，經(jīng)常采用加偏置電阻的方法。

針對于本故障，已經(jīng)能夠確定該D-NET長度在300米以下并且采用的環(huán)形結(jié)構(gòu)，不會受到阻抗不連續(xù)的影響。所以故障的原因暫時判斷為阻抗不匹配。

如表1所示，對于每個RC-2-I板卡，上面都有4個跳接電阻開關(guān)，分別為JP1到JP4，其屬性如表1中所示。其中，JP2和JP4分別是控制線路低偏置電阻和高偏置電阻的開關(guān)。通過了解以上阻抗開關(guān)的屬性，在對房間5、6、7的RC-2-I高偏置電阻的開關(guān)12接通后，客戶端上相應的RC-2-I的狀態(tài)出現(xiàn)并且恢復正常，與此同時D-NET通道告警消失。最終，故障原因確定為這3個房間的RC-2-I與其之間的連接線路阻抗不匹配。

4.總結(jié)

綜上所述，門禁系統(tǒng)的通信可靠性將影響到整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，這種通信可靠性也與設(shè)備所處環(huán)境有關(guān)。本文中淺析的典型故障，并不是單純的設(shè)備及線路故障，而是設(shè)備在使用過程中與實際應用環(huán)境不相適應而產(chǎn)生的問題。對于這類故障的處理，我們需要在了解原理的情況下不斷的推理、試驗，雖然過程復雜，但是卻能夠找到故障的根本原因，并做相應調(diào)整兼容后就能消除。本文的故障分析判斷方法很值得相關(guān)專業(yè)人員借鑒。

[1]汪華.SIMATIC S7系統(tǒng)在調(diào)試中遇到的問題及解決措施[J].水泥,2007(1):52-54.

[2]張琳琳.基于ARM的礦用空壓機電機保護系統(tǒng)的研制[D].山東:山東科技大學,2008.

[3]黃若平,王回綏.崖城氣田ESD系統(tǒng)故障診斷[J].自動化博覽,2011(11):60-64.

[4]管其勇.大型電子皮帶秤遠程控制系統(tǒng)平臺的設(shè)計與實現(xiàn)[D].無錫:江南大學,2009.