地铁门禁系统通信故障浅析

深圳市地铁集团有限公司运营总部 靳 帅

1.前言

城市轨道交通门禁系统的维护好坏对于地铁轻轨工作区域的人和设备的安全起着至关重要的作用。由于地铁或轻轨存在站点分散、站内门禁点多等特点，故障率居高一直困扰着专业维护人员，尤其对于一些疑难故障。但是就这些故障而言，经过不断的分析与测试，都能找到行之有效的解决办法。本文主要通过一个典型故障案例，由原理到处理过程做全方位的浅析。

2.门禁系统介绍

深圳地铁5号线门禁系统主要实现对车站、车辆段、停车场和主变电所的设备和管理用房、出入口、票务室等重点区域的自动化出入管理、登记功能，以及车站考勤管理功能。该系统主要由控制中心主备门禁服务器、车站门禁客户端、网络控制器(NC-100)、读卡控制器(RC-2-I)、门禁点设备(读卡器、出门按钮、门磁、自动闭门器、电控锁)等构成。按照网络的功能层次由上到下划分为管理层、控制层(C-NET)、设备层(D-NET)。其主要的系统结构如图1所示。

图1 5号线门禁系统结构图

如图1所示，在管理层面，中心门禁主备服务器设置在控制中心，负责整条线门禁系统的授权、数据下载等操作，门禁客户端设置在各站的车控室，负责本站门禁点的操作。门禁客户端和门禁服务器接入PIS万兆以太网实现对所有门禁点的管理。

在网络层面，两个NC-100之间采用双线RS-485链路相连，形成了一个高速RS485容错网络，每个NC-100有2个控制器间的网络接口CH1和CH2，CH1和CH2把NC-100串联成环形网。该环网最大回路长度可达3000米，并且通过主NC-100接入PIS万兆以太网。

在设备层面，D-NET将读卡控制器RC-2-I连接到网络控制器NC-100。设备层网络采用RS485并行总线连接，并采用环形的拓扑结构，以实现双向RS485通道的保护。该网络最多可由8个RC-2-I组成。

3.车站门禁系统D-NET通道故障

3.1 故障现象

某车站门禁系统客户端上显示第3个NC-100下的房间5、6、7的RC-2-I状态未知且在客户端信息窗口中重复出现车站门禁D-NET通道故障告警。

表1 跳接电阻开关属性

3.2 处理方法及技术分析

故障处理前，了解车站门禁系统D-NET的组网结构很关键。如图2所示，D-NET网络是由8个RC-2-I通过RS485线缆并接构成。与此同时，为了起到双向保护的作用，该网络采用了环形，这样的结构更有利于从顺时针、逆时针两个方向保护D-NET网络上的RC-2-I连接不中断。

图2 D-NET网络连接图

图3 D-NET故障点位置图

图3中所示的故障点位置是在房间5、6、7，结合故障现象分析后，决定应该从线路、板卡两个方面入手。首先，通过在客户端上查看房间1、2、3、4、8中的RC-2-I的通道状态，发现每个RC-2-I在顺时针、逆时针方向的通道状态都是正常的，由此可以确定连接房间5、6、7的RC-2-I的RS485线缆没有出现中断的情况。然后，为了排除板卡故障，需要同时更换房间5、6、7的RC-2-I的板卡，但更换后故障现象依旧存在。

为了彻底查明原因，在进一步翻阅相关技术资料后，发现RS485网络中存在阻抗不连续和阻抗不匹配造成故障的可能性，因为在RS485通信过程中，阻抗不连续和阻抗不匹配都会导致信号被反射。

由于RS485总线距离长短等因素，信号在总线末端可能突然遇到电缆阻抗很小甚至没有的情况，从而导致RS485总线阻抗不连续，信号在这个地方就会引起反射。这种信号反射与光从一种介质进入另一种介质所引起的反射原理是相似的。为了消除这种反射，必须在电缆的末端跨接一个与电缆特性阻抗同样大小的终端电阻，使电缆的阻抗连续。由于信号在电缆上的传输是双向的，因此在通信电缆的另一端需跨接一个同样大小的终端电阻。这里需注意的是，在RS485总线短距离传输时可不接终端电阻，即一般在300米以下不需接终端电阻。

引起信号反射的另一个原因是数据收发器与传输电缆之间的阻抗不匹配。要减弱反射信号对通信线路的影响，通常采用噪声抑制和加偏置电阻的方法。在实际应用中，对于比较小的反射信号，为简单方便，经常采用加偏置电阻的方法。

针对于本故障，已经能够确定该D-NET长度在300米以下并且采用的环形结构，不会受到阻抗不连续的影响。所以故障的原因暂时判断为阻抗不匹配。

如表1所示，对于每个RC-2-I板卡，上面都有4个跳接电阻开关，分别为JP1到JP4，其属性如表1中所示。其中，JP2和JP4分别是控制线路低偏置电阻和高偏置电阻的开关。通过了解以上阻抗开关的属性，在对房间5、6、7的RC-2-I高偏置电阻的开关12接通后，客户端上相应的RC-2-I的状态出现并且恢复正常，与此同时D-NET通道告警消失。最终，故障原因确定为这3个房间的RC-2-I与其之间的连接线路阻抗不匹配。

4.总结

综上所述，门禁系统的通信可靠性将影响到整个系统的稳定性，这种通信可靠性也与设备所处环境有关。本文中浅析的典型故障，并不是单纯的设备及线路故障，而是设备在使用过程中与实际应用环境不相适应而产生的问题。对于这类故障的处理，我们需要在了解原理的情况下不断的推理、试验，虽然过程复杂，但是却能够找到故障的根本原因，并做相应调整兼容后就能消除。本文的故障分析判断方法很值得相关专业人员借鉴。

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