地鐵屏蔽門(mén)CAN總線(xiàn)故障排查流程

一、地鐵屏蔽門(mén)控制系統——CAN總線(xiàn)的應用

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

目前地鐵采用了自動(dòng)化的技術(shù)來(lái)實(shí)現全方位的控制，地鐵綜合控制系統包括ATC（列車(chē)自動(dòng)控制）、SCADA（電力監控系統）、BAS（環(huán)境監控系統）、FAS（火災報警系統）、PSD（屏蔽門(mén)/安全門(mén)系統）等，這些系統在全線(xiàn)形成網(wǎng)絡(luò )，由控制中心統一分級控制。

其中，地鐵屏蔽門(mén)系統PSD是基于CAN總線(xiàn)實(shí)現的，如圖1所示該系統包括以下子單元：

圖 1  地鐵屏蔽門(mén)控制系統示意圖

·   PSC（中央接口盤(pán)）：屏蔽/安全門(mén)控制系統的核心部分，每個(gè)車(chē)站的都會(huì )配備一套PSC，由兩套相同、相互獨立的子系統組成；

·   PSA（遠方報警盤(pán)）：用于監控屏蔽門(mén)狀態(tài)、診斷屏蔽門(mén)故障及運行狀態(tài)等；

·   PSL（就地控制盤(pán)）：設置在每側站臺的列車(chē)始發(fā)端站臺上，如圖2所示，用于系統級控制失效時(shí)，供工作人員向各DCU發(fā)出開(kāi)關(guān)門(mén)指令，實(shí)現站臺級控制，；

·   DCU（門(mén)控單元）：滑動(dòng)門(mén)電機的控制裝置，每個(gè)屏蔽門(mén)都配置一個(gè)門(mén)控單元。安全門(mén)每對滑動(dòng)門(mén)有兩個(gè)DCU（主、從）。

從上述介紹中，我們可以發(fā)現，地鐵屏蔽門(mén)系統是由PSC通過(guò)CAN總線(xiàn)來(lái)直接控制DCU門(mén)單元，同時(shí)，由PSA來(lái)監控DCU的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，并通過(guò)CAN總線(xiàn)來(lái)反饋給PSC。由于CAN-bus總線(xiàn)的錯誤處理機制，可以保證網(wǎng)絡(luò )中任何一個(gè)節點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，不會(huì )影響到整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的運行，也便于定位錯誤節點(diǎn)。同時(shí)，也因為CAN-bus總線(xiàn)的報文是以廣播的方式發(fā)送到總線(xiàn)上，可以保證屏蔽門(mén)的安全關(guān)閉或打開(kāi)，提高安全穩定性。

如果PSC與DCU之間出現CAN通信錯誤，將直接導致地鐵屏蔽門(mén)發(fā)生故障，嚴重會(huì )導致地鐵列車(chē)系統無(wú)法正常運行，甚至威脅乘客生命安全。那么，當故障發(fā)生時(shí)該如何入手解決？或者如何避免屏蔽門(mén)故障發(fā)生呢？下文做簡(jiǎn)單介紹。

圖 2  地鐵 PSL 示意圖

二、PSC與DCU通訊故障——總線(xiàn)分支過(guò)長(cháng)/過(guò)多

從圖1地鐵控制拓撲圖可以知道，地鐵屏蔽門(mén)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(xiàn)不規范造成的。 如圖3所示，是用CANScope分析儀抓取的總線(xiàn)支線(xiàn)過(guò)長(cháng)產(chǎn)生的波形。PSC與DCU之間的總線(xiàn)分支過(guò)長(cháng)會(huì )出現導致上升沿和下降沿產(chǎn)生“臺階”現象，容易出現位寬度失調，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(xiàn)支線(xiàn)過(guò)長(cháng)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(xiàn)規范，收發(fā)器應靠近接口擺放；

圖 4  “手牽手”布線(xiàn)規范

·   如圖5所示，根據不同的波特率，指定不同分支距離規范；

·   按照分支越長(cháng)，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)行設備分支組網(wǎng)。

波特率與支線(xiàn)距離關(guān)系

三、PSC與DCU通訊故障——總線(xiàn)電容過(guò)大

在設計PSC與DCU通訊電路時(shí)，應考慮到電容的影響，無(wú)論是線(xiàn)間電容還是節點(diǎn)內部電容，都會(huì )影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的通訊，造成屏蔽門(mén)故障。如圖6所示是CANScope分析儀采集到電容過(guò)大時(shí)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(guò)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(xiàn)；

·   使用CANBridge+進(jìn)行波形整頓。

·   查看波特率的設定問(wèn)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(xiàn)干擾過(guò)大

地鐵控制系統現場(chǎng)環(huán)境較為復雜，內部線(xiàn)路眾多，加上人流量過(guò)大，遇到高峰期時(shí)，容易出現夾人夾包、強行開(kāi)門(mén)等現象，給地鐵屏蔽門(mén)造成很大的干擾，所以在PSC與DCU構成的總線(xiàn)上不可避免的總會(huì )被干擾，這也是導致屏蔽門(mén)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節點(diǎn)都電氣隔離，可以使用隔離CAN收發(fā)器CTM1051；

·   屏蔽門(mén)之間的總線(xiàn)使用屏蔽雙絞線(xiàn)，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。

上述內容，提到一些簡(jiǎn)單的錯誤解決方案，不過(guò)，在解決錯誤時(shí)，最難的是如何找到錯誤。通常，最簡(jiǎn)單的辦法就是將DCU節點(diǎn)一個(gè)一個(gè)往上接，直到發(fā)生錯誤為止?；蛘呤褂弥逻h電子研發(fā)的CANScope分析儀，接入到地鐵控制系統中，從CAN底層進(jìn)行分析，可以更方便去定位錯誤節點(diǎn)及通過(guò)波形分析錯誤原因。

六、CANScope總線(xiàn)綜合分析儀系列

地鐵屏蔽門(mén)發(fā)送通訊故障時(shí)，很難去定位錯誤原因，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(xiàn)綜合分析儀是一款綜合性的CAN總線(xiàn)開(kāi)發(fā)與測試的專(zhuān)業(yè)工具，集海量存儲示波器、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，并把各種儀器有機的整合和關(guān)聯(lián)；重新定義CAN總線(xiàn)的開(kāi)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(hù)快速定位故障節點(diǎn)，解決CAN總線(xiàn)應用的各種問(wèn)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，能夠實(shí)時(shí)的檢測CAN設備或系統的運行情況，廣州致遠電子有限公司推出CAN網(wǎng)絡(luò )總線(xiàn)“黑匣子”，我們稱(chēng)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(jìn)行長(cháng)時(shí)間記錄、條件記錄、預觸發(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(xiàn)數據和定位信息，實(shí)時(shí)云端曲線(xiàn)，提供CAN報文數據可視化分析，通過(guò)4G通信實(shí)時(shí)上傳到指定的云端服務(wù)器上。另外，用戶(hù)可以直接對車(chē)輛進(jìn)行標準的UDS診斷，云端操作更加方便快捷；用戶(hù)可通過(guò)手機等終端登錄云，可靈活配置CAN通道、LIN通道等，實(shí)時(shí)查看汽車(chē)北斗/GPS軌跡定位，對設備實(shí)時(shí)定位監控，實(shí)現用戶(hù)終端的人工智能大數據處理。

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