地鐵門禁系統通信故障淺析

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的維護好壞對于地鐵輕軌工作區域的人和設備的安全起著至關重要的作用。由于地鐵或輕軌存在站點分散、站內門禁點多等特點，故障率居高一直困擾著專業維護人員，尤其對于一些疑難故障。但是就這些故障而言，經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.門禁系統介紹

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

圖1 5號線門禁系統結構圖

如圖1所示，在管理層面，中心門禁主備服務器設置在控制中心，負責整條線門禁系統的授權、數據下載等操作，門禁客戶端設置在各站的車控室，負責本站門禁點的操作。門禁客戶端和門禁服務器接入PIS萬兆以太網實現對所有門禁點的管理。

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

在設備層面，D-NET將讀卡控制器RC-2-I連接到網絡控制器NC-100。設備層網絡采用RS485并行總線連接，并采用環形的拓撲結構，以實現雙向RS485通道的保護。該網絡最多可由8個RC-2-I組成。

3.車站門禁系統D-NET通道故障

3.1 故障現象

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

表1 跳接電阻開關屬性

3.2 處理方法及技術分析

故障處理前，了解車站門禁系統D-NET的組網結構很關鍵。如圖2所示，D-NET網絡是由8個RC-2-I通過RS485線纜并接構成。與此同時，為了起到雙向保護的作用，該網絡采用了環形，這樣的結構更有利于從順時針、逆時針兩個方向保護D-NET網絡上的RC-2-I連接不中斷。

圖2 D-NET網絡連接圖

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，結合故障現象分析后，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，發現每個RC-2-I在順時針、逆時針方向的通道狀態都是正常的，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，但更換后故障現象依舊存在。

為了徹底查明原因，在進一步翻閱相關技術資料后，發現RS485網絡中存在阻抗不連續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，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進入另一種介質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。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據收發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，經常采用加偏置電阻的方法。

針對于本故障，已經能夠確定該D-NET長度在300米以下并且采用的環形結構，不會受到阻抗不連續的影響。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，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。通過了解以上阻抗開關的屬性，在對房間5、6、7的RC-2-I高偏置電阻的開關12接通后，客戶端上相應的RC-2-I的狀態出現并且恢復正常，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

綜上所述，門禁系統的通信可靠性將影響到整個系統的穩定性，這種通信可靠性也與設備所處環境有關。本文中淺析的典型故障，并不是單純的設備及線路故障，而是設備在使用過程中與實際應用環境不相適應而產生的問題。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，并做相應調整兼容后就能消除。本文的故障分析判斷方法很值得相關專業人員借鑒。

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