地鐵屏蔽門CAN總線故障排查流程

一、地鐵屏蔽門控制系統(tǒng)——CAN總線的應用

本文引用地址：http://2s4d.com/article/202003/411159.htm

目前地鐵采用了自動化的技術(shù)來實現(xiàn)全方位的控制，地鐵綜合控制系統(tǒng)包括ATC（列車自動控制）、SCADA（電力監(jiān)控系統(tǒng)）、BAS（環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)）、FAS（火災報警系統(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，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，每個車站的都會配備一套PSC，由兩套相同、相互獨立的子系統(tǒng)組成；

·   PSA（遠方報警盤）：用于監(jiān)控屏蔽門狀態(tài)、診斷屏蔽門故障及運行狀態(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，供工作人員向各DCU發(fā)出開關(guān)門指令，實現(xiàn)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(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，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總線的錯誤處理機制，可以保證網(wǎng)絡中任何一個節(jié)點發(fā)生故障時，不會影響到整個網(wǎng)絡的運行，也便于定位錯誤節(jié)點。同時，也因為CAN-bus總線的報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通信錯誤，將直接導致地鐵屏蔽門發(fā)生故障，嚴重會導致地鐵列車系統(tǒng)無法正常運行，甚至威脅乘客生命安全。那么，當故障發(fā)生時該如何入手解決？或者如何避免屏蔽門故障發(fā)生呢？下文做簡單介紹。

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(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出現(xiàn)導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(guī)范，收發(fā)器應靠近接口擺放；

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；

·   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+進行設(shè)備分支組網(wǎng)。

波特率與支線距離關(guān)系

三、PSC與DCU通訊故障——總線電容過大

在設(shè)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(jié)點內(nèi)部電容，都會影響整個網(wǎng)絡的通訊，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的波形，電容越大邊沿越緩，容易導致位采樣錯誤。

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；

·   更換成低電容導線；

·   使用CANBridge+進行波形整頓。

·   查看波特率的設(shè)定問題，從SJW入手。

終端電阻與電壓幅值關(guān)系

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)境較為復雜，內(nèi)部線路眾多，加上人流量過大，遇到高峰期時，容易出現(xiàn)夾人夾包、強行開門等現(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被干擾，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抗干擾的能力，保證通訊質(zhì)量，可以參考以下方案：

·   保證每個DCU節(jié)點都電氣隔離，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，加強雙絞程度，可以有效的屏蔽共模干擾；

·   增加信號保護器，提高抗浪涌脈沖能力；

   增加磁環(huán)、共模電感等保護電路。

上述內(nèi)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(jié)點一個一個往上接，直到發(fā)生錯誤為止。或者使用致遠電子研發(fā)的CANScope分析儀，接入到地鐵控制系統(tǒng)中，從CAN底層進行分析，可以更方便去定位錯誤節(jié)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(fā)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(fā)與測試的專業(yè)工具，集海量存儲示波器、網(wǎng)絡分析儀、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(jié)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(wǎng)絡黑匣子-CANDTU

為了方便工程師，能夠?qū)崟r的檢測CAN設(shè)備或系統(tǒng)的運行情況，廣州致遠電子有限公司推出CAN網(wǎng)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，并可標配存儲介質(zhì)為32G高速SD卡，可以進行長時間記錄、條件記錄、預觸發(fā)記錄和定時記錄等多種模式。

同時，CANDTU可以實時采集的CAN總線數(shù)據(jù)和定位信息，實時云端曲線，提供CAN報文數(shù)據(jù)可視化分析，通過4G通信實時上傳到指定的云端服務器上。另外，用戶可以直接對車輛進行標準的UDS診斷，云端操作更加方便快捷；用戶可通過手機等終端登錄云，可靈活配置CAN通道、LIN通道等，實時查看汽車北斗/GPS軌跡定位，對設(shè)備實時定位監(jiān)控，實現(xiàn)用戶終端的人工智能大數(shù)據(jù)處理。

圖 9  CANDTU產(chǎn)品示意圖一、地鐵屏蔽門控制系統(tǒng)——CAN總線的應用