需求分析與技術挑戰(zhàn)

　　地鐵系統具有線路長、車站多、管理人員少的特點。各個車站、車輛段、主變電站以及運營控制中心是地鐵運行的控制管理區(qū)域，大部分房間為無人值班。為確保地鐵正常、安全運營，保證授權人員在受控情況下方便地進入設備管理區(qū)域，防止非授權人員進入限制區(qū)，需要在車站、控制指揮中心、車輛段、停車場主要的設備管理用房設置門禁系統(ACS系統)。

　　已建地鐵系統的門禁系統擴容續(xù)建主要帶來的技術難點是新舊系統的兼容互通。

　　新興城市的地鐵系統則通常為多條線路整體規(guī)劃建設，作為綜合安防管理的核心系統，需求方對門禁系統提出了更多新的需求：基于多條線路的整體平臺規(guī)劃、大型分布式應用、需要具備強大的伸縮擴展能力、實現通訊穩(wěn)定可靠、各類報警信息實時上傳、系統軟件智能化操作等等。

　　優(yōu)化設計思路

　　為適應地鐵的復雜應用環(huán)境，應對大型地鐵門禁系統的新需求，設計需要從立足于高技術起點，結合已有的具體工程實踐，進行優(yōu)化及創(chuàng)新的設計：

　　分布式數據庫，分級管理

　　總體兼容規(guī)劃，滿足后續(xù)線路無縫接入

　　采用新型多總線通訊，實現通訊穩(wěn)定可靠冗余

　　組態(tài)軟件架構，實現操作簡單智能化

　　提供標準接口，滿足綜合監(jiān)控平臺集成聯動

　　高彈性，具備伸縮擴展能力

　　由于篇幅所限，本文集中介紹披克電子公司分布式架構及多總線通訊網絡優(yōu)化。

　　分布式系統優(yōu)化設計

　　地鐵ACS系統主要由ACS系統軟件、操作系統、數據庫等相關軟件及運行以上軟件的服務器、工作站，以及有關控制器、前端設備及通信設備組成。

　　傳統地鐵ACS系統通常采用單一中央數據庫，各個控制器、管理工作站通過內部局域網與中央數據庫進行通訊。這種過于依賴中央數據庫的結構，當局域網通訊故障時，各個管理工作站、控制器進入離線工作狀態(tài)，只能依照原有參數設置進行自行工作，雖然不影響已存儲門禁權限的判斷，但授權變更、遠程維護恢復等都無法操作。傳統地鐵ACS系統的可靠性往往取決于中央服務器、局域網絡的性能，而且通常對于系統擴容及后續(xù)線路的接入都造成技術困難。

　　分布式結構設計，則完全可滿足地鐵ACS系統的應用需求。分布式地鐵ACS系統采用三層結構，在車站、線路、線網級管理中心均設置分布式數據庫，每一層管理中心都依照層次關系，接受上一層管理中心的控制管理，同時根據被賦予的權限進行向下控制管理。系統不再完全依賴于中央數據庫，在網絡故障時，可依照權限進行自行向下管理，網絡恢復時，自行信息同步。系統穩(wěn)定可靠、安全性高，易于維護，自行恢復能力強，可大大提高最終用戶的操作效率。

　　分布式地鐵ACS系統三層結構設備組成如下：

　　1)車站及就地級門禁設備：電磁鎖、門磁開關、讀卡器、開門按鈕、緊急破玻按鈕、就地控制器、門禁網絡控制器等;車站通信管理器、車站級門禁工作站(可與綜合監(jiān)控專業(yè)共享)。

　　2)線路級門禁管理系統：線路級ACS服務器、線路級ACS管理工作站、線路級ACS授權工作站、ACS維修工作站。

　　3)線網級門禁管理系統：線網級ACS服務器、線網級ACS管理工作站、線網級ACS授權工作站、線網級ACS維修工作站。

　　多級控制管理規(guī)劃

　　整個地鐵ACS系統基于TCP/IP協議通訊，可實現多級控制管理。各級控制管理功能規(guī)劃如下：

　　各車站、控制中心、車輛段、停車場各自組成一級門禁控制子系統，進行本地化區(qū)域性的門禁管理和監(jiān)控;在線路控制中心設置線路控制系統，對各區(qū)域子系統進行二級管理。在線網控制中心則設置線網級控制系統，對各線路進行三級管理控制。

　　各區(qū)域子系統都建立有車站級管理工作站(可與綜合監(jiān)控專業(yè)共享)，作為各車站的管理工作站，門禁專業(yè)設置本地通信管理器，擁有獨立的區(qū)域數據庫。本地通信管理器運行支持TCP/IP協議的專業(yè)門禁軟件，在系統中作為Socket通訊服務器，并為本地的車站管理工作站(Socket客戶端)提供可靠的數據、通信、時間管理、統計等服務;保證各車站級依照權限規(guī)劃，可不依賴于外部通信環(huán)境和服務環(huán)境，自成一體，安全可靠的獨立運行。

　　車站級管理工作站，通過綜合監(jiān)控系統提供的TCP/IP網絡與線路級服務器聯網，建立基于IP網絡的雙向數據通道。

　　線路級服務器將分散的各區(qū)域子系統整合在一起，形成一個完全的總體線路數據庫。此總體數據庫涵蓋各站點的門禁管理數據與事件數據，并可完成數據查看、修改、報表制作，線路級服務器通過車站管理工作站Socket通訊接口實現控制站點門禁的功能，實現二級聯網。

　　線網級服務器將各線路子系統整合在一起，形成一個完整的線網級數據庫。對整個線網ACS系統實現全面的聯網管理。

　　多總線結構優(yōu)化設計

　　為保證地鐵ACS系統的通訊可靠性，通訊冗余設計必不可少，目的是在某通訊線路故障時實現自行監(jiān)測和恢復。

　　我國已建的多個地鐵ACS系統參考國外已有系統，利用網絡控制器(主控器)RS-485總線環(huán)網連接就地控制器(分控器)的方式實現通訊冗余。

　　主控器與分控器的環(huán)路總線結構主要防范了環(huán)路中單一故障點風險。例如，潛在故障點B或C發(fā)生時，其他分控器仍可通過另一端正常的總線進行返回通訊。但在潛在故障點A發(fā)生以及潛在故障點B和C同時發(fā)生時，系統不再具備正常通訊能力。

　　創(chuàng)新的多總線結構，進一步發(fā)展了主控制和分控器通訊冗余能力，更加穩(wěn)定可靠。

　　主控器通過雙TCP/IP連接網絡交換機，同時通過4組RS-485總線，每個分控器順序接入雙RS-485總線。在潛在故障點A、B、C、D單個或同時發(fā)生時，系統仍保持完整的通訊能力，且分控器還可擴展選用TCP/IP直接連接網絡，實現真正可靠的多總線通訊冗余。

　　多總線結構并非簡單的通訊端口疊加，而是要實現可靠穩(wěn)定的通訊冗余。系統具備智能通訊監(jiān)控，故障自行恢復的同時，通過虛擬IP技術實現設備在系統中的唯一映射，避免邏輯混淆;采用負載平衡機制，實現多總線同時通訊時傳輸速度翻倍，具有傳統結構無法比擬的優(yōu)勢。

　　應用展望

　　除上述內容外，創(chuàng)新的分布式多總線地鐵ACS系統，還采用三層拓撲軟件架構、組態(tài)設計等新技術，為與綜合監(jiān)控系統集成提供標準可靠的接口，為后續(xù)線路接入搭建標準化的接口平臺，全面滿足地鐵運營方的“更安全、更可靠、更智能”的需求。

　　分布式多總線系統ACS系統不僅適應于軌道交通行業(yè)，還將廣泛應用于機場、銀行、大型集團，具有廣泛的技術發(fā)展前景和市場潛力。