地鐵門禁系統組網方式的應用及分析

付勝華　王宇

摘? 要：隨著自動化技術的不斷進步和地鐵運營要求的不斷提高，門禁系統已成為地鐵行業中不可缺少的子系統。地鐵門禁系統屬于大型且較集中的門禁系統，它具有門禁點位多、數據通訊量大、數據傳輸距離遠、安全性能要求高等特點，因此地鐵門禁系統采取怎樣的組網方式，對于系統的穩定性、時效性至關重要。當前門禁系統常見組網方式有兩種：RS-485總線方式組網及TCP/IP以太網方式組網，其中以RS-485總線方式組網應用較為廣泛，文章就兩種組網方式應用進行討論、分析。

關鍵詞：城市軌道交通;門禁系統;組網

中圖分類號：U231.4? ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：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

地鐵門禁系統構成由四大部分構成：系統通訊網絡、中央級門禁系統、車站級門禁系統、現場級門禁系統。其中系統通訊網絡貫穿整個門禁系統，對系統正常運行、數據下發、上傳等起到紐帶作用。在地鐵實際運用中，系統通訊網絡又細分為兩個部分：全線主干網絡，即各站點車站機門禁系統之間及到中央級門禁由通信傳輸網絡連接進行全線通訊，現有地鐵車站級門禁系統至中央級門禁系統多采用TCP/IP通信網絡進行上端組網，通常由通信專業提供100 Mbps主干傳輸網絡;車站級網絡，可采用RS-485總線方式、TCP/IP以太網方式將車站內各現場級門禁由就地控制器連接。本文就車站級網絡中的RS-485總線方式、TCP/IP以太網方式在門禁系統中的應用進行分析[1]。

1? RS-485總線方式組網

RS-485是異步傳輸數據接口標準。RS-485總線使用雙絞二線制（地鐵建設實施多采用1.0的線徑），可實現多點雙向通信。通過RS-485總線，將控制器通過如圖1所示的手拉手串聯的方式，實現站級一臺門禁主控制器對現場多臺門禁就地控制器的管理和通訊，理論上最遠就地控制器到車站門禁主控制器的連線距離是1 200米，現場具體實施中一般建議回路線控制在800米以內。使用RS-485雙絞線的傳輸距離與數據傳輸速度成反比，距離越長，傳輸速度越慢，最大傳輸速率為10 Mbps[2]。

因RS-485總線具有布線方便、傳輸距離遠、組網簡單和設備成本低等特性，目前門禁系統多采用RS-485組網，總體來說采用RS-485總線方式，優點大于其自身缺點。

RS-485總線回路上可連接的就地控制器數量與各廠家車站門禁主控制器在中RS-485通訊芯片規格型號有關，目前各廠家的門禁系統有所不同，一般支持連接32、64、128臺門禁就地控制器（比較熟悉的門禁廠家如TDSi、愛克信、達實、海康威視等），如果具體項目實施中的門禁就地控制器數量超出單條RS-485總線允許數量，則需要另外增加總線回路，以達到就地控制器全部接入同一臺門禁主控制器，反之，新設門禁主控制器，組成另一條總線回路。

RS-485組網方式雖然簡單，但在項目實施中對施工的接線及工藝規范性要求較高，會直接影響數據通訊質量。RS-485總線多采用手拉手串聯結構連接門禁就地控制器，若考慮冗余功能，則需采用環形網絡，也可采用雙總線方式，不可使用星形網絡。

冗余前提下，環形網絡與雙總線網絡對比：環形網絡中最遠端就地控制器傳輸距離不能超過600米，雙總線網絡最遠則可以達到RS-485總線的傳輸理論距離1 200米。

綜上所述，可以歸納出門禁系統RS-485總線組網方式的優缺點：

優點：成本較低，單獨組網，不會受到其他網絡的干擾。

缺點：回路中門禁就地控制器組網數量受到限制，單個門禁主控制器下掛就地控制器數量一般為64臺，網絡復雜度由就地控制器接入數量決定。另外受RS-485總線傳輸特性限制，組網范圍有限，一般只能在幾百米范圍內。

RS-485總線數據傳輸速度相對較慢，對于目前人員數量多、門禁點位多的地鐵門禁系統，數據傳輸時效性會有一定影響。

2? TCP/IP以太網方式組網

TCP/IP以太網方式組網即通過網絡線纜將車站門禁交換機與各個門禁就地控制器點對點連接，再由接入交換機接入車站門禁主控制器，以實現車站門禁系統的組網，如圖2所示。TCP/IP以太網方式具有傳輸速度快、穩定性好、兼容性強等優勢，門禁系統采用TCP/IP以太網方式可以保證傳輸高速、系統運行穩定。相對于RS-485總線方式，TCP/IP以太網方式系統結構簡單，采用星形網絡組網，TCP/IP網絡中每個交換機端口只連接一臺門禁就地控制器，單個就地控制器產生設備及數據故障不會影響整個門禁系統網絡，便于故障排查和設備隔離[3]。

由于網線點對點有效傳輸距離不能超過80米，制約了接入交換機到各門禁就地控制器覆蓋范圍，因此TCP/IP組網需根據地鐵門禁系統中門禁點的分布情況，按區域增設接入交換機，根據地鐵典型車站門禁點分布情況，只需在車站A端和B端設備分別設置接入交換機，并使其互聯，再由交換機分別接入各自區域的門禁就地控制器，若交換機之間可根據距離較長，可采用光纜傳輸。隨著實施范圍增加，接入交換機數量也應同步增設，因此，采用TCP/IP組網方式的門禁系統不受傳輸距離限制，可根據組網范圍進行調整。

據不完全統計，目前商業性場所的門禁系統，多采用TCP/IP組網方式。比如商用寫字樓、商務中心、企業單位辦公室等場所，可以利用原有綜合布線網絡，在此基礎上增設門禁系統設備，即可完成系統建設。

地鐵項目多為新建項目，不論采用RS-485，還是TCP/IP，都需要新建門禁系統網絡環境，但若想門禁系統具備更高速的數據通訊速率、更穩定的通訊質量和更強大的擴展能力，TCP/IP組網方式是首要選擇，更好的性能優勢彌補前期更多建設成本劣勢。

綜上所述，可以歸納出門禁系統TCP/IP以太網方式的優缺點：

優點：TCP/IP通訊協議是當前計算機網絡通用性標準協議，具備傳輸速度快、國際標準、兼容性好的優勢;TCP/IP通訊速度明顯優于RS-485總線傳輸，每秒上傳或者下載記錄達100多條，甚至數百條。

缺點：需結合實際情況增設交換機及對應網絡線纜，成本會稍高于RS-485總線方式組網，且網絡線纜使用壽命短于RS-485總線使用壽命。

3? 組網方式綜合對比

表1為RS-485與TCP/IP組網方式的綜合對比。

隨著各城市地鐵線路陸續增多，不同廠家的門禁系統逐漸被應用到各線路，對于各線路工作人員權限的管理，逐漸由各線路單獨管理轉變為通過線網門禁授權系統集中管理，有效減少授權人員數量及授權地點，在管理便捷的同時，對各廠商門禁系統的數據同步穩定性、時效性要求更高。

現有地鐵車站級門禁系統多采用RS-485總線方式組網，當通過線網門禁授權系統下發大批量權限數據時，RS-485總線的低傳輸速率，就會造成授權時間過少、人員權限生效不及時等一系列問題，在用戶體驗及實際應用中存在較大缺陷。采用TCP/IP以太網方式組網的門禁系統在權限下發的時效性上會有明顯改善。

目前建筑智能化技術及大安防技術的迅速發展，地鐵門禁系統與其他系統將更加緊密地融合，如ISCS系統（綜合監控系統）、FAS系統（火災自動報警系統）、樓宇自控系統，以及近年來火熱推進的智能大安防系統，范圍會越來越廣，并發揮日益重要的作用。

現階段與門禁系統關聯最緊密的，當屬門禁系統與人臉識別系統的融合，眾所周知，人臉識別系統是基于大數據，通過人臉數據篩選進行人員匹配，實現門禁聯動功能，為達到數據處理時效及準確性，就需要整個數據網絡達到既定的傳輸要求，這是RS-485傳輸網絡無法實現的，只能通過TCP/IP以太網方式實現。

綜上所述，采用TCP/IP以太網方式組網的門禁系統，具有通訊速度快、組網不受距離限制、可接入門禁就地控制器數量多、與今后大安防系統融合度大等優點，因此，采用TCP/IP協議作為組網方式的門禁系統將成為地鐵門禁項目主流產品。它與采用RS-485總線方式組網的傳統門禁系統相比，在傳輸速度、實時監控、數據傳輸等方面有很大提升，較RS-485改善了時效性不足的缺點;在組網上突破單條RS-485總線最多接入128臺就地控制器的限制，從總線型網絡（單總線、雙總線、環形總線）改成星形結構，任何一點出現問題都不會對系統產生影響，系統故障也容易查找并排除，使整個系統更加穩定。

4? 結? 論

縱觀當前行業發展，并隨著大安防系統的快速推進，門禁系統與人臉識別系統的融合度將會越來越高，同時在地鐵項目中，已完成與綜合監控系統、火災報警系統、樓宇自控系統的整合，未來門禁系統的數據處理量將會日益增大，采用TCP/IP組網方式的門禁系統更符合今后的發展需求。

參考文獻：

[1] 莫露優.門禁控制系統組網的形式與分析 [J].企業科技與發展，2017（2）：105-107.

[2] 郭亮，李杰鋒.門禁控制器通訊方式的選擇 [J].中國科技博覽，2013（2）：170.

[3] 張潔.TCP/IP組網方式在門禁系統中的應用分析 [EB/OL].（2010-11-05）.http：//security.asmag.com.cn/tech/ 201011/36171.html.

作者簡介：付勝華（1965.07—），男，漢族，江西南昌人，高級工程師，本科，研究方向：軌道交通機電系統設計技術;通訊作者：王宇（1986.12—），男，漢族，重慶人，專業工程師，本科，研究方向：地鐵門禁系統。