實(shí)物保護(hù)門(mén)禁系統(tǒng)架構(gòu)分析及應(yīng)用拓展

吳 洋

（海南核電有限公司 ?？冢?/p>

一、前言

實(shí)物保護(hù)系統(tǒng)是指采用探測(cè)、延遲及反應(yīng)的技術(shù)和能力，阻止破壞核設(shè)施的行為和防止盜竊、搶劫或非法轉(zhuǎn)移核材料活動(dòng)的安全防范系統(tǒng)，由集成管理系統(tǒng)（KSU）、視頻監(jiān)控及報(bào)警系統(tǒng)（DSI）和出入口控制系統(tǒng)（KKK）組成。其中出入口控制系統(tǒng)即是本文所講述的門(mén)禁系統(tǒng)。

門(mén)禁系統(tǒng)集微機(jī)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)和現(xiàn)代安全管理措施為一體，它涉及電子、機(jī)械，光學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、生物技術(shù)等諸多新技術(shù)。是解決重要出入口實(shí)現(xiàn)安全防范管理的有效措施。為核電廠人員、車(chē)輛出入控制管理提供重要保障。

二、門(mén)禁系統(tǒng)分類(lèi)

（1）不聯(lián)網(wǎng)門(mén)禁。即單機(jī)控制型門(mén)禁，就是一個(gè)機(jī)子管理一個(gè)門(mén)，不能用電腦軟件進(jìn)行控制，也不能看到記錄，直接通過(guò)控制器進(jìn)行控制。特點(diǎn)是價(jià)格便宜、安裝維護(hù)簡(jiǎn)單。但不能查看記錄，不適合人數(shù)＞50或人員經(jīng)常流動(dòng)的地方，也不適合門(mén)的數(shù)量＞5的工程。

（2）485聯(lián)網(wǎng)門(mén)禁?？梢院碗娔X進(jìn)行通訊的門(mén)禁類(lèi)型，直接使用軟件進(jìn)行管理，包括卡和事件控制。所以有管理方便、控制集中、可以查看記錄、對(duì)記錄進(jìn)行分析處理等功能。特點(diǎn)是價(jià)格較高、安裝維護(hù)難，但培訓(xùn)簡(jiǎn)單，可以進(jìn)行考勤等增值服務(wù)。適合人多、流動(dòng)大和門(mén)多的工程。

（3）TCP/IP網(wǎng)絡(luò)門(mén)禁。也叫以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)門(mén)禁，是可以聯(lián)網(wǎng)的門(mén)禁系統(tǒng)，但需通過(guò)網(wǎng)絡(luò)線把電腦和控制器進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。除具有485門(mén)禁聯(lián)網(wǎng)的全部?jī)?yōu)點(diǎn)以外，還具有速度更快，安裝更簡(jiǎn)單，聯(lián)網(wǎng)數(shù)量更大，可以跨地域或者跨城聯(lián)網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)。適合安裝在大項(xiàng)目、人員數(shù)量多、對(duì)速度有要求或跨地域的工程中。任何其他復(fù)雜的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)門(mén)禁均由基本架構(gòu)拓展形成。

三、核電廠實(shí)物保護(hù)門(mén)禁系統(tǒng)

核電廠實(shí)物保護(hù)門(mén)禁系統(tǒng)覆蓋面較廣，聯(lián)網(wǎng)設(shè)備較多，對(duì)刷卡響應(yīng)時(shí)間有很?chē)?yán)格的要求（＜3 s）。在國(guó)內(nèi)，各核電廠采用的門(mén)禁設(shè)備雖然不盡相同，但系統(tǒng)多采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)門(mén)禁。針對(duì)核電廠實(shí)物保護(hù)系統(tǒng)在系統(tǒng)可靠性、安全性、冗余性、先進(jìn)性、可擴(kuò)展性、可用性等要求較高的特點(diǎn)，本案采用的是LENEL公司的OnGuard門(mén)禁系統(tǒng)平臺(tái)，其結(jié)構(gòu)及各核心設(shè)備的主要功能如下。

1.門(mén)禁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本案采用的門(mén)禁系統(tǒng)共分3層結(jié)構(gòu)，分別是OnGuard管理層、LNL-3300智能控制器層和LNL1320雙讀卡器接口模塊及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層?？刂破骷肮芾矸?wù)器、工作站采用以太網(wǎng)通信；智能控制器與雙讀卡器接口模塊采用RS485總線協(xié)議通信。由于采用了模塊化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、集中管理存儲(chǔ)、分散控制，因此系統(tǒng)的單一故障或單次外部破壞不會(huì)引起整個(gè)系統(tǒng)的故障，不會(huì)造成數(shù)據(jù)的丟失。

2.LNL-3300智能控制器

（1）設(shè)備概述。LNL-3300智能控制器是LENEL在OnGuard系統(tǒng)中一項(xiàng)高級(jí)門(mén)禁應(yīng)用設(shè)備，能夠通過(guò)單路或雙路與上游主機(jī)通信，通信主端口為固化在主板上的10/100 M以太網(wǎng)端口（RJ45），輔助端口為PORT1，可通過(guò)這兩個(gè)個(gè)端口直接連接OnGuard服務(wù)器。系統(tǒng)中任一臺(tái)管理主機(jī)，可根據(jù)控制器的地址位置對(duì)任一個(gè)控制器中的事件進(jìn)行查詢或進(jìn)行功能授權(quán)。

智能控制器具備兩路下游通信端口（PORT2、PORT3），與下游設(shè)備通信采用RS-485 2-wire（RS485雙絞線）可以用來(lái)連接最多 64臺(tái)設(shè)備， 如LNL-1100、LNL-1200、LNL-1300、LNL-1320、LNL-500B和LNL-500W等模塊。

智能控制器可在線工作，也支持離線模式。在與上游主機(jī)通信中斷時(shí)，不影響其正常工作，至少能存儲(chǔ)5000條事件信息，聯(lián)機(jī)后自動(dòng)上傳至上游主機(jī)。可儲(chǔ)存多達(dá)500 000名持卡人資料和50 000條在線事件。當(dāng)電源丟失時(shí)，控制器有3 V鋰電作為數(shù)據(jù)保持電池，用來(lái)存貯事件信息、讀卡機(jī)編碼及系統(tǒng)設(shè)定數(shù)據(jù)，可保持5年不因斷電而消失。

（2）端口說(shuō)明。

①電源和報(bào)警輸入端口。VIN端口用于接入12 V或24 V直流電源；TMP和FLT是用于防破壞和電源故障監(jiān)控的兩個(gè)專(zhuān)用輸入端口，默認(rèn)與GND端口短接，以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能。

②通信端口。PORT1為上游通信端口，LNL-3300通過(guò)PROT1連接主機(jī)可有兩種方式，分別為RS232和RS-485 2-wire。PORT2、PORT3為下游設(shè)備通信端口，只能使用RS-485 2-wire連接方式，通信最遠(yuǎn)可達(dá)1200 m。

③RJ45接口。LNL-3300智能控制器通過(guò)RJ45接口以TCP/IP形式連接至網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)后臺(tái)運(yùn)行的OnGuard軟件服務(wù)器，處理網(wǎng)絡(luò)上各出入口設(shè)備的狀態(tài)、開(kāi)門(mén)請(qǐng)求、報(bào)警信號(hào)、及故障信號(hào)、出入口事件記錄等。后臺(tái)軟件通過(guò)以太網(wǎng)下載授權(quán)信息、命令信息等。

3.LNL-1320雙讀卡器接口模塊

（1）設(shè)備概述。每個(gè)LNL-1320雙讀卡器接口模塊支持使用標(biāo)準(zhǔn)Wiegand通信方式連接2部門(mén)禁讀卡器、鍵盤(pán)或帶有鍵盤(pán)的讀卡器。連接到雙讀卡器接口模塊的所有讀卡器均支持上鎖、松鎖和離線門(mén)禁控制模式。

雙讀卡器接口模塊在智能控制器和連接到此接口模塊上的讀卡器之間提供了至關(guān)重要的鏈接。每部智能控制器可通過(guò)RS-485雙絞線以多點(diǎn)方式連接多達(dá)32部雙讀卡器接口模塊，其最遠(yuǎn)距離可達(dá)1200 m。為增強(qiáng)通信性能，每部雙讀卡器接口模塊都是單獨(dú)尋址的。包括支持常開(kāi)、常閉、監(jiān)督和非監(jiān)督電路的8個(gè)輸入端口以及支持?jǐn)嚯婇_(kāi)啟或斷電關(guān)閉操作的6個(gè)輸出繼電器端口。

（2）端口說(shuō)明。

①輸入端口。雙讀卡器接口模塊包含8個(gè)輸入端口，可分別用于1號(hào)門(mén)和2號(hào)門(mén)的開(kāi)、關(guān)監(jiān)控，出門(mén)按鈕監(jiān)控及報(bào)警監(jiān)控，并可顯示在OnGuard工作站軟件界面上供工作人員查看門(mén)的狀態(tài)。

②報(bào)警輸入端口。TMP和PFL端口功能與智能控制器的TMP和FLT端口功能基本相同，TMP是用于電源故障監(jiān)控報(bào)警，PFL用于非監(jiān)督狀況下內(nèi)部篡改監(jiān)控報(bào)警，默認(rèn)與GND端口短接，以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能。

③上游通信端口。雙讀卡器接口模塊通過(guò)RS-485雙絞線方式與上游智能控制器連接，但最遠(yuǎn)距離＜1200 m。

④讀卡器接入端口。此端口可以連接兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)Wiegand通信方式的門(mén)禁讀卡器、鍵盤(pán)或帶有鍵盤(pán)的讀卡器，當(dāng)有人刷卡時(shí)，讀卡器可將卡片信息傳入LNL-1320雙讀卡器接口模塊，再通過(guò)通信端口上傳至LNL-3300智能控制器進(jìn)行分析、對(duì)比，若信息正確，則控制其開(kāi)門(mén)，否則，將報(bào)警信息至OnGuard工作站。

⑤輸出端口。雙讀卡器接口模塊的6個(gè)繼電器K1-K6分別與輸出端口RLY1-RLY6相連接，6個(gè)繼電器輸出端口分別為2個(gè)門(mén)禁繼電器輸出端口及4個(gè)輔助繼電器輸出端口。每個(gè)輸出端口都由常開(kāi)點(diǎn)（NO）、公共點(diǎn)（C）和常閉點(diǎn)（NC）組成。

四、核電廠門(mén)禁系統(tǒng)連接方式分析

核電廠門(mén)禁系統(tǒng)通過(guò)LNL3300智能控制器、LNL-1320雙讀卡器接口模塊與電控門(mén)的不同接線方式，可實(shí)現(xiàn)進(jìn)入刷磁卡、出按開(kāi)門(mén)按鈕和進(jìn)、出均刷磁卡兩種通行方式。在核電廠中，第一種一般應(yīng)用于控制區(qū)和保護(hù)區(qū)內(nèi)的電控門(mén)，第二種則用于要害區(qū)內(nèi)的電控門(mén)。

1.進(jìn)入刷磁卡、出按開(kāi)門(mén)按鈕通行方式接線

此種接線是OnGuard系統(tǒng)中默認(rèn)的一種門(mén)禁接線方式，一個(gè)LNL-1320雙讀卡器接口模塊可同時(shí)控制兩個(gè)電控門(mén)的開(kāi)啟，無(wú)需在OnGuard系統(tǒng)平臺(tái)上在另行設(shè)置，端口利用率較高。

2.邏輯控制

系統(tǒng)設(shè)備在默認(rèn)連接狀態(tài)下，門(mén)與讀卡器接入端口、輸入端口、輸出端口之間的邏輯關(guān)系見(jiàn)表1。

（1）輸入端口IN1和IN5默認(rèn)設(shè)置與1號(hào)門(mén)和2號(hào)門(mén)的門(mén)磁相連，可以分別將信息依次通過(guò)LNL1320和LNL3300上傳至系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)而在工作站上，可實(shí)時(shí)顯示各門(mén)的開(kāi)、關(guān)狀態(tài)。

表1 端口邏輯關(guān)系表

（2）輸出端口RLY1和RLY4默認(rèn)設(shè)置與1號(hào)門(mén)和2號(hào)門(mén)的電磁鎖相連，通過(guò)對(duì)電磁鎖的通、斷電控制進(jìn)而控制各門(mén)的開(kāi)啟和閉鎖。

（3）輸入端口IN2和IN6默認(rèn)設(shè)置與1號(hào)門(mén)和2號(hào)門(mén)的開(kāi)門(mén)按鈕相連，可以分別反饋各門(mén)的手動(dòng)開(kāi)門(mén)信號(hào)，LNL-1320接收到來(lái)自此端口的手動(dòng)開(kāi)門(mén)信號(hào)后，可以自動(dòng)控制RLY1或RLY4開(kāi)啟相應(yīng)的電控門(mén)。

（4）讀卡器接入端口READER1和READER2分別用于1號(hào)門(mén)和2號(hào)門(mén)的磁卡信息的錄入，并將信息上傳至LNL3300進(jìn)行比對(duì)，若磁卡信息正確，反饋開(kāi)門(mén)信號(hào)給LNL-1320控制門(mén)的開(kāi)啟，若磁卡信息錯(cuò)誤，將報(bào)警信號(hào)反饋給系統(tǒng)工作站。

3.邏輯控制

（1）一個(gè)LNL-1320只控制一個(gè)電控門(mén)。在默認(rèn)狀況下，一個(gè)LNL-1320也可以控制兩個(gè)門(mén)，在系統(tǒng)工作站上默認(rèn)會(huì)顯示兩個(gè)門(mén)的狀況。為此需將輸入端口IN1和IN5并聯(lián)后與門(mén)磁相連，兩個(gè)輸入端口均上傳此門(mén)的狀態(tài)信息，以防止系統(tǒng)工作站誤報(bào)警。

（2）輸出端口RLY1和RLY4串聯(lián)后與1號(hào)門(mén)的電磁鎖相連，兩個(gè)端口共同控制1號(hào)門(mén)的開(kāi)啟和閉鎖。

（3）讀卡器接入端口READER1和READER2分別用于1號(hào)門(mén)進(jìn)、出磁卡信息的錄入，因RLY1端口與RLY4端口串聯(lián)后與電磁鎖相連，所以當(dāng)進(jìn)讀卡器READER1端口錄入磁卡信息正確時(shí)，LNL1320默認(rèn)控制RLY1端口開(kāi)路，1號(hào)門(mén)電磁鎖失電開(kāi)門(mén)。同理，當(dāng)出讀卡器READER2端口錄入磁卡信息正確時(shí)，LNL-1320默認(rèn)控制RLY4開(kāi)路，1號(hào)門(mén)電磁鎖也會(huì)失電開(kāi)門(mén)。

五、門(mén)禁系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)控制

門(mén)禁系統(tǒng)拓展性非常強(qiáng)，只要充分利用各個(gè)輔助輸入、輸出端口，并在系統(tǒng)平臺(tái)上進(jìn)行“全局輸入輸出配置操作”進(jìn)行關(guān)聯(lián)，即可實(shí)現(xiàn)與其它各種系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)控制，例如，與KZC系統(tǒng)（輻射監(jiān)控系統(tǒng)）的聯(lián)動(dòng)控制。KZC系統(tǒng)設(shè)備一般安裝在核電廠控制區(qū)和保護(hù)區(qū)人員、車(chē)輛出入口處，當(dāng)有人員或車(chē)輛攜帶放射性物質(zhì)通過(guò)時(shí)，KZC系統(tǒng)就會(huì)觸發(fā)報(bào)警，按照管理要求，當(dāng)發(fā)生輻射監(jiān)控報(bào)警時(shí)需要對(duì)其相應(yīng)的門(mén)進(jìn)行自動(dòng)閉鎖控制。若要實(shí)現(xiàn)此功能，需進(jìn)行如下操作：

（1）KZC系統(tǒng)報(bào)警信號(hào)線需與LNL-1320上的一個(gè)輔助輸入端口相連。

（2）在OnGuard系統(tǒng)平臺(tái)上對(duì)LNL1320進(jìn)行設(shè)置。通過(guò)“全局輸入輸出配置操作”將與KZC系統(tǒng)報(bào)警信號(hào)線相連的輔助輸入端口與所對(duì)應(yīng)的繼電器輸出端口進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并設(shè)定動(dòng)作為“閉鎖”，即當(dāng)輔助輸入端口傳來(lái)KZC系統(tǒng)報(bào)警信號(hào)時(shí)，所關(guān)聯(lián)的繼電器輸出端口就會(huì)自動(dòng)閉鎖，任何人刷磁卡均無(wú)法通行，直至在系統(tǒng)工作站手動(dòng)解鎖。

六、常見(jiàn)故障分析及解決方法

以本案講訴的核電廠為例，門(mén)禁系統(tǒng)由門(mén)（電控門(mén)、三角叉門(mén)、雙旋轉(zhuǎn)門(mén)等）、讀卡器、LNL-1320雙讀卡器接口模塊、LNL-3300智能控制器模塊、門(mén)禁交換機(jī)、工作站及連接線纜等部分構(gòu)成。各設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，產(chǎn)生的現(xiàn)象不盡相同，在故障分析時(shí)，可根據(jù)故障現(xiàn)象快速、準(zhǔn)確的找到問(wèn)題所在，減少維修時(shí)間。常見(jiàn)故障分析及解決方法如下。

1.讀卡器指示燈不亮

（1）讀卡器設(shè)備已經(jīng)損壞，需更換。

（2）讀卡器上游的LNL-1320通信故障，需檢查通信線路是否正常。

2.讀卡器刷卡顯示亂碼

（1）讀卡器設(shè)備自身故障，需更換讀卡器。

（2）讀卡器的單根數(shù)據(jù)傳輸線纜松動(dòng)，導(dǎo)致磁卡數(shù)據(jù)傳輸有誤形成亂碼，系統(tǒng)無(wú)法識(shí)別，將線纜緊固即可。

3.某個(gè)門(mén)的進(jìn)、出讀卡器同時(shí)刷卡失效

（1）連接此門(mén)兩個(gè)讀卡器的LNL-1320故障，可嘗試斷電重啟或更換。

（2）此LNL-1320與上游LNL-3300通信故障，需檢查通信線路是否正常。

4.多個(gè)門(mén)的進(jìn)、出讀卡器同時(shí)刷卡失效

（1）控制這些門(mén)的LNL-3300故障，可嘗試將LNL-3300斷電重啟或更換。

（2）此LNL-3300與上游門(mén)禁交換機(jī)通信故障，需檢查通信線路是否正常。

5.三角叉門(mén)、雙旋轉(zhuǎn)門(mén)常開(kāi)

（1）此門(mén)的手動(dòng)控制按鈕設(shè)置了常開(kāi)模式，需改回刷卡通行模式。

（2）門(mén)禁系統(tǒng)工作站對(duì)此門(mén)誤操作為常開(kāi)，需更改為刷卡通行。

（3）門(mén)內(nèi)電磁鎖模塊彈起后卡死無(wú)法回落，需增加潤(rùn)滑油。

6.電控門(mén)常開(kāi)

（1）電控門(mén)上的電子鎖內(nèi)部電源線松動(dòng)導(dǎo)致失電常開(kāi)。

（2）電子鎖上游LNL-1320的RLY輸出端口故障，導(dǎo)致電控門(mén)失電常開(kāi)。

（3）系統(tǒng)工作站對(duì)此電控門(mén)誤操作為常開(kāi)，需更改為刷卡通行。

（4）電控門(mén)若有開(kāi)門(mén)按鈕，還需檢查開(kāi)門(mén)按鈕是否正常。

七、總結(jié)

門(mén)禁系統(tǒng)是核電廠實(shí)物保護(hù)系統(tǒng)的重要組成部分，不僅能控制人員和車(chē)輛按規(guī)定出入被授權(quán)的區(qū)域，也能對(duì)人員和車(chē)輛的類(lèi)型、進(jìn)出時(shí)間以及數(shù)量進(jìn)行記錄與統(tǒng)計(jì)，保證進(jìn)入核電廠的人員和車(chē)輛處于受控狀態(tài)，防止不法分子的非法闖入。此外，門(mén)禁系統(tǒng)通過(guò)有效設(shè)置，還能與其他系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，構(gòu)成一個(gè)完整的防范體系，便于保衛(wèi)控制中心值班人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，快速采取有效措施，阻止不法分子對(duì)核材料與核設(shè)施進(jìn)行破壞，確保核電廠的安全。