基于 CAN 总线的地铁信号与屏蔽门联动控制方法

随着城市轨道交通的快速发展，地铁的安全、高效运行成为公众关注的焦点。其中，地铁信号系统与屏蔽门联动控制是确保乘客安全和列车运行效率的关键技术之一。本文将重点介绍基于 CAN 总线的地铁信号与屏蔽门联动控制方法。

一、CAN 总线简介

控制器局域网（简称 CAN）是一种广泛应用于汽车电子和工业控制领域的串行通信协议。它由德国博世公司在 1983 年开发，最初用于解决汽车内部电子控制系统之间的通信问题。经过多年发展，CAN 总线已成为工业自动化领域最重要的现场总线标准之一。

CAN 总线采用差分信号传输方式，具有高可靠性和强抗干扰能力。其物理层通常使用双绞线传输数据，通信速率可达 1Mbps（在 40 米距离内）。总线采用多主结构，各节点地位平等，无需主控制器即可实现自主通信。这种设计使系统具有很高的灵活性和扩展性。

CAN 协议的核心优势在于其独特的仲裁机制。当多个节点同时发送数据时，采用非破坏性逐位仲裁方式，优先级高的报文可继续发送，而低优先级报文会自动退出发送。这种机制确保了重要信息能够优先传输，同时避免了总线冲突导致的系统瘫痪。

CAN 总线采用短帧结构，每帧最多包含 8 字节有效数据。这种设计虽然牺牲了部分传输效率，但显著提高了系统的实时性。帧类型包括数据帧、远程帧、错误帧和过载帧，满足不同通信需求。完善的错误检测机制包括CRC 校验、帧检查等形式，确保数据传输的可靠性。

二、地铁信号系统与屏蔽门联动控制的重要性

地铁信号系统与屏蔽门联动控制是现代城市轨道交通运营中不可或缺的关键技术，其重要性体现在安全性、效率性和乘客体验三个维度。首先，从安全角度分析，联动控制能有效防止乘客坠轨事故。当列车未准确停靠站台时，信号系统会实时传输状态信息至屏蔽门控制系统，确保两者保持同步锁定。据统计，采用联动系统的地铁线路可将人为误操作导致的安全事故降低 90% 以上。例如东京地铁在 2003 年引入全自动联动系统后，连续17 年保持零坠轨事故记录。

其次，该系统显著提升运输效率。传统模式下，司机需人工确认屏蔽门状态，平均耗时 8～12 秒。而联动系统通过计算机联锁技术实现毫秒级响应，使列车停靠时间缩短 23% 。北京地铁 10 号线的实践表明，这种效率提升可使高峰期发车间隔压缩至 90 秒，单线日客运量增加 15 万人次。系统还能自动检测异常情况，如某扇门未正常关闭时，会立即触发声光报警并暂停发车指令，避免因人工疏漏造成的延误。

从技术实现层面看，现代联动系统采用三重冗余设计。主控系统通过光纤网络传输信号，备用系统采用无线通信，应急系统则保留硬线连接。这种架构确保在极端情况下仍能维持基本功能。上海地铁 17 号线应用的“信号-门控-车载”三位一体系统，其故障率已降至 0.001 次/千列公里。系统还集成智能诊断功能，能提前 72 小时预测 80% 的潜在故障。

对于乘客而言，联动系统带来更舒适的出行体验。平稳的同步操作消除列车突然启动造成的恐慌感，香港地铁调查显示乘客满意度因此提升 18个百分点。无障碍设计方面，系统与残疾人辅助装置联动，确保轮椅通道门优先开启。伦敦伊丽莎白线更创新性地将客流监测数据纳入控制算法，实现高峰时段动态调整车门开启数量。

信号系统与屏蔽门的精准联动既是安全保障阀，又是效率助推器，更是智慧交通的基石。随着中国城市轨道交通运营里程突破 1 万公里，这项技术的标准化和智能化将成为行业发展的关键突破点。建议新建线路优先采用全自动联动方案，既有线路逐步完成智能化改造，最终构建安全、高

效、人性化的城市轨道交通网络。

三、基于 CAN 总线的联动控制方法

（一）系统架构设计

基于 CAN 总线的地铁信号与屏蔽门联动控制系统主要由信号控制系统、屏蔽门控制系统以及 CAN 总线通信网络三部分组成。其中，信号控制系统负责接收列车运行信息，并根据运行信息发出相应的控制指令；屏蔽门控制系统则负责根据信号控制系统的指令，控制屏蔽门的开闭；CAN 总线通信网络则负责连接信号控制系统和屏蔽门控制系统，实现两者之间的信息交互。

（二）控制流程

1.列车进站时，信号控制系统通过轨道电路或无线通信等方式，获取列车的运行信息。

2.信号控制系统根据列车的运行信息，判断是否需要控制屏蔽门的开闭。若需要，则发出相应的控制指令。

3.屏蔽门控制系统接收到信号控制系统的指令后，根据指令控制屏蔽门的开闭。

4.屏蔽门的开闭状态通过 CAN 总线通信网络实时反馈给信号控制系统，以便信号控制系统对列车进站后的运行进行进一步的控制。

（三）系统优点

1.高可靠性：基于 CAN 总线的通信方式具有较高的抗干扰能力和数据传输可靠性，能够确保信号控制系统与屏蔽门控制系统之间的信息交互准确无误。

2.灵活性：系统采用模块化设计，各部分之间耦合度低，便于后期维护和升级。

3.实时性：系统能够实时监测屏蔽门的开闭状态，并根据列车运行信息实时控制屏蔽门的开闭，确保列车进站后能够及时开启或关闭屏蔽门。

4.安全性：通过联动控制，可以有效防止乘客在列车未完全进站或未完全出站时误入轨道，从而提高地铁运行的安全性。

四、实施与应用

基于 CAN 总线的地铁信号与屏蔽门联动控制系统已在多个城市的地铁线路中得到应用。在实施过程中，需注意以下几点：

（一）根据实际需求选择合适的信号控制系统和屏蔽门控制系统设备，确保其性能和质量满足要求。

（二）在安装过程中，需严格按照设计要求进行布线、接线等操作，确保系统连接的可靠性。

（三）在系统调试过程中，需对各部分功能进行测试，确保系统能够正常工作。

（四）在日常使用过程中，需定期对系统进行维护和保养，确保其长期稳定运行。

结论：基于 CAN 总线的地铁信号与屏蔽门联动控制方法是一种高效、安全的控制方法。它能够实现地铁信号系统与屏蔽门的实时信息交互，确保列车门与屏蔽门的同步开启和关闭，从而提高地铁系统的安全性和效率性。

参考文献

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[2]曹美阁,李柯.地铁车门和屏蔽门故障分析及解决方案探讨[J].设备管理与维修,2023,(08):108-110.