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基于CAN總線的地鐵屏蔽門系統故障排除方法概述

2020年03月20日 09:27 ? 次閱讀

地鐵是人們出行的重要交通工具,隨著地鐵線路全面鋪設,人們對于地鐵的安全性能越來越關注,尤其是地鐵屏蔽門的可靠性,那么在復雜的地鐵控制系統中,如何進行地鐵屏蔽門CAN總線故障排查呢?本文將做詳細介紹。

含羞草 地鐵屏蔽門控制系統——CAN總線的應用

含羞草 目前地鐵采用了自動化的技術來實現全方位的控制,地鐵綜合控制系統包括ATC(列車自動控制)、SCADA(電力系統)、BAS(環境監控系統)、FAS(火災報警系統)、PSD(屏蔽門/安全門系統)等,這些系統在全線形成網絡,由控制中心統一分級控制。

其中,地鐵屏蔽門系統PSD是基于CAN總線實現的,如圖1所示該系統包括以下子單元:

基于CAN總線的地鐵屏蔽門系統故障排除方法概述

含羞草 圖 1 地鐵屏蔽門控制系統示意圖

含羞草 PSC(中央盤):屏蔽/安全門控制系統的核心部分,每個車站的都會配備一套PSC,由兩套相同、相互獨立的子系統組成;

含羞草 PSA(遠方報警盤):用于監控屏蔽門狀態、診斷屏蔽門故障及運行狀態等;

PSL(就地控制盤):設置在每側站臺的列車始發端站臺上,如圖2所示,用于系統級控制失效時,供工作人員向各DCU發出門指令,實現站臺級控制,;

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)。

基于CAN總線的地鐵屏蔽門系統故障排除方法概述

圖 2 地鐵PSL示意圖

含羞草 從上述介紹中,我們可以發現,地鐵屏蔽門系統是由PSC通過CAN總線來直接控制DCU門單元,同時,由PSA來監控DCU的開關狀態,并通過CAN總線來反饋給PSC。由于CAN-bus總線的錯誤處理機制,可以保證網絡中任何一個節點發生故障時,不會影響到整個網絡的運行,也便于定位錯誤節點。同時,也因為CAN-bus總線的報文是以廣播的方式發送到總線上,可以保證屏蔽門的安全關閉或打開,提高安全穩定性。

含羞草 如果PSC與DCU之間出現CAN通信錯誤,將直接導致地鐵屏蔽門發生故障,嚴重會導致地鐵列車系統無法正常運行,甚至威脅乘客生命安全。那么,當故障發生時該如何入手解決?或者如何避免屏蔽門故障發生呢?下文做簡單介紹。

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,地鐵屏蔽門一旦發生故障,我們可以考慮是否是由于PSC和DCU之間不規范造成的。 如圖3所示,是用CANScope分析儀抓取的總線支線過長產生的波形。PSC與DCU之間的總線分支過長會出現導致上升沿和下降沿產生“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:

基于CAN總線的地鐵屏蔽門系統故障排除方法概述

含羞草 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”的接口布線規范,收發器應靠近接口擺放;

基于CAN總線的地鐵屏蔽門系統故障排除方法概述

含羞草 圖 4 “手牽手”布線規范

如圖5所示,根據不同的波特率,指定不同分支距離規范;

基于CAN總線的地鐵屏蔽門系統故障排除方法概述

含羞草 圖 5 波特率與支離關系

按照分支越長,匹配越小,匹配電阻在120-680歐之間,總并聯電阻在30-60歐之間的原則;

可以使用CANBridge+進行設備分支組網。

PSC與DCU通訊故障——總線電容過大

含羞草 在設計PSC與DCU通訊時,應考慮到電容的影響,無論是線間電容還是節點內部電容,都會影響整個網絡的通訊,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:

基于CAN總線的地鐵屏蔽門系統故障排除方法概述

圖 6 電容過大產生的波形

減小終端電阻,加快電容放電,如圖7所示;

基于CAN總線的地鐵屏蔽門系統故障排除方法概述

圖 7 終端電阻與電壓幅值關系

更換成低電容導線;

含羞草 使用CANBridge+進行波形整頓。

查看波特率的設定問題,從SJW入手。

PSC與DCU通訊故障——總線干擾過大

地鐵控制系統現場環境較為復雜,內部線路眾多,加上人流量過大,遇到高峰期時,容易出現夾人夾包、強行開門等現象,給地鐵屏蔽門造成很大的干擾,所以在PSC與DCU構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,保證通訊質量,可以參考以下方案:

含羞草 保證每個DCU節點都電氣隔離,可以使用隔離CAN收發器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;

含羞草 增加信號保護器,提高抗浪涌脈沖能力;

增加磁環、等保護電路

上述內容,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節點一個一個往上接,直到發生錯誤為止。或者使用致遠電子研發的CANScope分析儀,接入到地鐵控制系統中,從CAN底層進行分析,可以更方便去定位錯誤節點及通過波形分析錯誤原因。

CANScope總線綜合分析儀系列

地鐵屏蔽門發送通訊故障時,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總線開發與測試的專業工具,集海量示波器、網絡分析儀、誤碼率分析儀、協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聯;重新定義CAN總線的開發測試方法,可對CAN網絡通信正確性、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點,解決CAN總線應用的各種問題。

基于CAN總線的地鐵屏蔽門系統故障排除方法概述

含羞草 圖8 CANScope分析儀示意圖

CAN網絡黑匣子-CANDTU

為了方便工程師,能夠實時的檢測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,并可標配存儲介質為32G高速SD卡,可以進行長時間記錄、條件記錄、預觸發記錄和定時記錄等多種模式。

同時,CANDTU可以實時采集的CAN總線數據和定位信息,實時云端曲線,提供CAN報文數據可視化分析,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,對設備實時定位監控,實現用戶終端的人工智能大數據處理。

基于CAN總線的地鐵屏蔽門系統故障排除方法概述

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