地铁门禁系统组网方式的应用及分析

付胜华　王宇

摘  要：随着自动化技术的不断进步和地铁运营要求的不断提高，门禁系统已成为地铁行业中不可缺少的子系统。地铁门禁系统属于大型且较集中的门禁系统，它具有门禁点位多、数据通讯量大、数据传输距离远、安全性能要求高等特点，因此地铁门禁系统采取怎样的组网方式，对于系统的稳定性、时效性至关重要。当前門禁系统常见组网方式有两种：RS-485总线方式组网及TCP/IP以太网方式组网，其中以RS-485总线方式组网应用较为广泛，文章就两种组网方式应用进行讨论、分析。

关键词：城市轨道交通;门禁系统;组网

中图分类号：U231.4       文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）09-0128-03

Application and Analysis of Networking Mode of Metro Access Control System

FU Shenghua1，WANG Yu2

（1.Nanchang Rail Transit Group Co.，Ltd.，Nanchang  330038，China;

2.Baosight Software （Chengdu） Co.，Ltd.，Chengdu  610094，China）

Abstract：With the continuous progress of automation technology and the continuous improvement of subway operation requirements，access control system has become an indispensable subsystem in the subway industry. Metro access control system is a large and centralized access control system，which has many access points，large data communication volume，long data transmission distance，high security performance requirements，etc. Therefore，how to network metro access control system is very important for the stability and timeliness of the system. At present，there are two common networking modes of access control system：RS-485 bus networking and TCP/IP Ethernet networking. Among them，RS-485 bus networking is widely used. This paper discusses and analyzes the application of the two networking modes.

Keywords：urban rail transit;access control system;networking

0  引  言

地铁门禁系统构成由四大部分构成：系统通讯网络、中央级门禁系统、车站级门禁系统、现场级门禁系统。其中系统通讯网络贯穿整个门禁系统，对系统正常运行、数据下发、上传等起到纽带作用。在地铁实际运用中，系统通讯网络又细分为两个部分：全线主干网络，即各站点车站机门禁系统之间及到中央级门禁由通信传输网络连接进行全线通讯，现有地铁车站级门禁系统至中央级门禁系统多采用TCP/IP通信网络进行上端组网，通常由通信专业提供100 Mbps主干传输网络;车站级网络，可采用RS-485总线方式、TCP/IP以太网方式将车站内各现场级门禁由就地控制器连接。本文就车站级网络中的RS-485总线方式、TCP/IP以太网方式在门禁系统中的应用进行分析[1]。

1  RS-485总线方式组网

RS-485是异步传输数据接口标准。RS-485总线使用双绞二线制（地铁建设实施多采用1.0的线径），可实现多点双向通信。通过RS-485总线，将控制器通过如图1所示的手拉手串联的方式，实现站级一台门禁主控制器对现场多台门禁就地控制器的管理和通讯，理论上最远就地控制器到车站门禁主控制器的连线距离是1 200米，现场具体实施中一般建议回路线控制在800米以内。使用RS-485双绞线的传输距离与数据传输速度成反比，距离越长，传输速度越慢，最大传输速率为10 Mbps[2]。

因RS-485总线具有布线方便、传输距离远、组网简单和设备成本低等特性，目前门禁系统多采用RS-485组网，总体来说采用RS-485总线方式，优点大于其自身缺点。

RS-485总线回路上可连接的就地控制器数量与各厂家车站门禁主控制器在中RS-485通讯芯片规格型号有关，目前各厂家的门禁系统有所不同，一般支持连接32、64、128台门禁就地控制器（比较熟悉的门禁厂家如TDSi、爱克信、达实、海康威视等），如果具体项目实施中的门禁就地控制器数量超出单条RS-485总线允许数量，则需要另外增加总线回路，以达到就地控制器全部接入同一台门禁主控制器，反之，新设门禁主控制器，组成另一条总线回路。

RS-485组网方式虽然简单，但在项目实施中对施工的接线及工艺规范性要求较高，会直接影响数据通讯质量。RS-485总线多采用手拉手串联结构连接门禁就地控制器，若考虑冗余功能，则需采用环形网络，也可采用双总线方式，不可使用星形网络。

冗余前提下，环形网络与双总线网络对比：环形网络中最远端就地控制器传输距离不能超过600米，双总线网络最远则可以达到RS-485总线的传输理论距离1 200米。

综上所述，可以归纳出门禁系统RS-485总线组网方式的优缺点：

优点：成本较低，单独组网，不会受到其他网络的干扰。

缺点：回路中门禁就地控制器组网数量受到限制，单个门禁主控制器下挂就地控制器数量一般为64台，网络复杂度由就地控制器接入数量决定。另外受RS-485总线传输特性限制，组网范围有限，一般只能在几百米范围内。

RS-485总线数据传输速度相对较慢，对于目前人员数量多、门禁点位多的地铁门禁系统，数据传输时效性会有一定影响。

2  TCP/IP以太网方式组网

TCP/IP以太网方式组网即通过网络线缆将车站门禁交换机与各个门禁就地控制器点对点连接，再由接入交换机接入车站门禁主控制器，以实现车站门禁系统的组网，如图2所示。TCP/IP以太网方式具有传输速度快、稳定性好、兼容性强等优势，门禁系统采用TCP/IP以太网方式可以保证传输高速、系统运行稳定。相对于RS-485总线方式，TCP/IP以太网方式系统结构简单，采用星形网络组网，TCP/IP网络中每个交换机端口只连接一台门禁就地控制器，单个就地控制器产生设备及数据故障不会影响整个门禁系统网络，便于故障排查和设备隔离[3]。

由于网线点对点有效传输距离不能超过80米，制约了接入交换机到各门禁就地控制器覆盖范围，因此TCP/IP组网需根据地铁门禁系统中门禁点的分布情况，按区域增设接入交换机，根据地铁典型车站门禁点分布情况，只需在车站A端和B端设备分别设置接入交换机，并使其互联，再由交换机分别接入各自区域的门禁就地控制器，若交换机之间可根据距离较长，可采用光缆传输。随着实施范围增加，接入交换机数量也应同步增设，因此，采用TCP/IP组网方式的门禁系统不受传输距离限制，可根据组网范围进行调整。

据不完全统计，目前商业性场所的门禁系统，多采用TCP/IP组网方式。比如商用写字楼、商务中心、企业单位办公室等场所，可以利用原有综合布线网络，在此基础上增设门禁系统设备，即可完成系统建设。

地铁项目多为新建项目，不论采用RS-485，还是TCP/IP，都需要新建门禁系统网络环境，但若想门禁系统具备更高速的数据通讯速率、更稳定的通讯质量和更强大的扩展能力，TCP/IP组网方式是首要选择，更好的性能优势弥补前期更多建设成本劣势。

综上所述，可以归纳出门禁系统TCP/IP以太网方式的优缺点：

优点：TCP/IP通讯协议是当前计算机网络通用性标准协议，具备传输速度快、国际标准、兼容性好的优势;TCP/IP通讯速度明显优于RS-485总线传输，每秒上传或者下载记录达100多条，甚至数百条。

缺点：需结合实际情况增设交换机及对应网络线缆，成本会稍高于RS-485总线方式组网，且网络线缆使用寿命短于RS-485总线使用寿命。

3  组网方式综合对比

表1为RS-485与TCP/IP组网方式的综合对比。

随着各城市地铁线路陆续增多，不同厂家的门禁系统逐渐被应用到各线路，对于各线路工作人员权限的管理，逐渐由各线路单独管理转变为通过线网门禁授权系统集中管理，有效减少授权人员数量及授权地点，在管理便捷的同时，对各厂商门禁系统的数据同步稳定性、时效性要求更高。

现有地铁车站级门禁系统多采用RS-485总线方式组网，当通过线网门禁授权系统下发大批量权限数据时，RS-485总线的低传输速率，就会造成授权时间过少、人员权限生效不及时等一系列问题，在用户体验及实际应用中存在较大缺陷。采用TCP/IP以太网方式组网的门禁系统在权限下发的时效性上会有明显改善。

目前建筑智能化技术及大安防技术的迅速发展，地铁门禁系统与其他系统将更加紧密地融合，如ISCS系统（综合监控系统）、FAS系统（火灾自动报警系统）、楼宇自控系统，以及近年来火热推进的智能大安防系统，范围会越来越广，并发挥日益重要的作用。

现阶段与门禁系统关联最紧密的，当属门禁系统与人脸识别系统的融合，众所周知，人脸识别系统是基于大数据，通过人脸数据筛选进行人员匹配，实现门禁联动功能，为达到数据处理时效及准确性，就需要整个数据网络达到既定的传输要求，这是RS-485传输网络无法实现的，只能通过TCP/IP以太網方式实现。

综上所述，采用TCP/IP以太网方式组网的门禁系统，具有通讯速度快、组网不受距离限制、可接入门禁就地控制器数量多、与今后大安防系统融合度大等优点，因此，采用TCP/IP协议作为组网方式的门禁系统将成为地铁门禁项目主流产品。它与采用RS-485总线方式组网的传统门禁系统相比，在传输速度、实时监控、数据传输等方面有很大提升，较RS-485改善了时效性不足的缺点;在组网上突破单条RS-485总线最多接入128台就地控制器的限制，从总线型网络（单总线、双总线、环形总线）改成星形结构，任何一点出现问题都不会对系统产生影响，系统故障也容易查找并排除，使整个系统更加稳定。

4  结  论

纵观当前行业发展，并随着大安防系统的快速推进，门禁系统与人脸识别系统的融合度将会越来越高，同时在地铁项目中，已完成与综合监控系统、火灾报警系统、楼宇自控系统的整合，未来门禁系统的数据处理量将会日益增大，采用TCP/IP组网方式的门禁系统更符合今后的发展需求。

参考文献：

[1] 莫露优.门禁控制系统组网的形式与分析 [J].企业科技与发展，2017（2）：105-107.

[2] 郭亮，李杰锋.门禁控制器通讯方式的选择 [J].中国科技博览，2013（2）：170.

[3] 张洁.TCP/IP组网方式在门禁系统中的应用分析 [EB/OL].（2010-11-05）.http：//security.asmag.com.cn/tech/ 201011/36171.html.

作者简介：付胜华（1965.07—），男，汉族，江西南昌人，高级工程师，本科，研究方向：轨道交通机电系统设计技术;通讯作者：王宇（1986.12—），男，汉族，重庆人，专业工程师，本科，研究方向：地铁门禁系统。