2020年03月19日 | 地铁屏蔽门CAN总线故障排查流程

地铁是人们出行的重要交通工具，随着地铁线路全面铺设，人们对于地铁的安全性能越来越关注，尤其是地铁屏蔽门的可靠性，那么在复杂的地铁控制系统中，如何进行地铁屏蔽门 CAN 总线故障排查呢？本文将做详细介绍。

一、地铁屏蔽门控制系统——CAN 总线的应用

目前地铁采用了自动化的技术来实现全方位的控制，地铁综合控制系统包括 ATC（列车自动控制）、SCADA（电力监控系统）、BAS（环境监控系统）、FAS（火灾报警系统）、PSD（屏蔽门 / 安全门系统）等，这些系统在全线形成网络，由控制中心统一分级控制。

其中，地铁屏蔽门系统 PSD 是基于 CAN 总线实现的，如图 1 所示该系统包括以下子单元：

图 1  地铁屏蔽门控制系统示意图

PSC（中央接口盘）：屏蔽 / 安全门控制系统的核心部分，每个车站的都会配备一套 PSC，由两套相同、相互独立的子系统组成；

PSA（远方报警盘）：用于监控屏蔽门状态、诊断屏蔽门故障及运行状态等；

PSL（就地控制盘）：设置在每侧站台的列车始发端站台上，如图 2 所示，用于系统级控制失效时，供工作人员向各 DCU 发出开关门指令，实现站台级控制，；

DCU（门控单元）：滑动门电机的控制装置，每个屏蔽门都配置一个门控单元。安全门每对滑动门有两个 DCU（主、从）。

图 2  地铁 PSL 示意图

从上述介绍中，我们可以发现，地铁屏蔽门系统是由 PSC 通过 CAN 总线来直接控制 DCU 门单元，同时，由 PSA 来监控 DCU 的开关状态，并通过 CAN 总线来反馈给 PSC。由于 CAN-bus 总线的错误处理机制，可以保证网络中任何一个节点发生故障时，不会影响到整个网络的运行，也便于定位错误节点。同时，也因为 CAN-bus 总线的报文是以广播的方式发送到总线上，可以保证屏蔽门的安全关闭或打开，提高安全稳定性。

如果 PSC 与 DCU 之间出现 CAN 通信错误，将直接导致地铁屏蔽门发生故障，严重会导致地铁列车系统无法正常运行，甚至威胁乘客生命安全。那么，当故障发生时该如何入手解决？或者如何避免屏蔽门故障发生呢？下文做简单介绍。

二、PSC 与 DCU 通讯故障——总线分支过长 / 过多

从图 1 地铁控制拓扑图可以知道，地铁屏蔽门一旦发生故障，我们可以考虑是否是由于 PSC 和 DCU 之间布线不规范造成的。 如图 3 所示，是用 CANScope 分析仪抓取的总线支线过长产生的波形。PSC 与 DCU 之间的总线分支过长会出现导致上升沿和下降沿产生“台阶”现象，容易出现位宽度失调，从而造成 PSC 和 DCU 之间的通讯错误。

这种情况可以参考以下解决方案：

图 3  总线支线过长波形

PSC 与 DCU 之间使用如图 4 所示的标准“手牵手”的接口布线规范，收发器应靠近接口摆放；

图 4  “手牵手”布线规范

 如图 5 所示，根据不同的波特率，指定不同分支距离规范；

图 5  波特率与支线距离关系

按照分支越长，匹配电阻越小，匹配电阻在 120-680 欧之间，总并联电阻在 30-60 欧之间的原则；

可以使用 CANBridge+进行设备分支组网。

三、PSC 与 DCU 通讯故障——总线电容过大

在设计 PSC 与 DCU 通讯电路时，应考虑到电容的影响，无论是线间电容还是节点内部电容，都会影响整个网络的通讯，造成屏蔽门故障。如图 6 所示是 CANScope 分析仪采集到电容过大时的波形，电容越大边沿越缓，容易导致位采样错误。

可以参考以下解决方案：

图 6  电容过大产生的波形

减小终端电阻，加快电容放电，如图 7 所示；

图 7  终端电阻与电压幅值关系

更换成低电容导线；

使用 CANBridge+进行波形整顿。

查看波特率的设定问题，从 SJW 入手。

五、PSC 与 DCU 通讯故障——总线干扰过大

地铁控制系统现场环境较为复杂，内部线路众多，加上人流量过大，遇到高峰期时，容易出现夹人夹包、强行开门等现象，给地铁屏蔽门造成很大的干扰，所以在 PSC 与 DCU 构成的总线上不可避免的总会被干扰，这也是导致屏蔽门通讯失败的重要原因之一。

为了更好的提高 PSC 和 DCU 抗干扰的能力，保证通讯质量，可以参考以下方案：

保证每个 DCU 节点都电气隔离，可以使用隔离 CAN 收发器 CTM1051；

屏蔽门之间的总线使用屏蔽双绞线，加强双绞程度，可以有效的屏蔽共模干扰；

增加信号保护器，提高抗浪涌脉冲能力；

增加磁环、共模电感等保护电路。

上述内容，提到一些简单的错误解决方案，不过，在解决错误时，最难的是如何找到错误。通常，最简单的办法就是将 DCU 节点一个一个往上接，直到发生错误为止。或者使用致远电子研发的 CANScope 分析仪，接入到地铁控制系统中，从 CAN 底层进行分析，可以更方便去定位错误节点及通过波形分析错误原因。

六、CANScope 总线综合分析仪系列

地铁屏蔽门发送通讯故障时，很难去定位错误原因，这时，工程师们可以考虑使用 CANScope 分析仪去快速诊断定位。如图 8 所示，CANScope 总线综合分析仪是一款综合性的 CAN 总线开发与测试的专业工具，集海量存储示波器、网络分析仪、误码率分析仪、协议分析仪及可靠性测试工具于一身，并把各种仪器有机的整合和关联；重新定义 CAN 总线的开发测试方法，可对 CAN 网络通信正确性、可靠性、合理性进行多角度全方位的评估；帮助用户快速定位故障节点，解决 CAN 总线应用的各种问题。

图 8  CANScope 分析仪示意图

七、CAN 网络黑匣子 -CANDTU

为了方便工程师，能够实时的检测 CAN 设备或系统的运行情况，广州致远电子有限公司推出 CAN 网络总线“黑匣子”，我们称之为 CANDTU，如图 9 所示，CANDTU 集成有 2 路或 4 路符合 ISO11898 标准的独立 CAN-bus 通道，并可标配存储介质为 32G 高速 SD 卡，可以进行长时间记录、条件记录、预触发记录和定时记录等多种模式。

同时，CANDTU 可以实时采集的 CAN 总线数据和定位信息，实时云端曲线，提供 CAN 报文数据可视化分析，通过 4G 通信实时上传到指定的云端服务器上。另外，用户可以直接对车辆进行标准的 UDS 诊断，云端操作更加方便快捷；用户可通过手机等终端登录云，可灵活配置 CAN 通道、LIN 通道等，实时查看汽车北斗 /GPS 轨迹定位，对设备实时定位监控，实现用户终端的人工智能大数据处理。

图 9  CANDTU 产品示意图