非接触式IC卡收费系统中的硬件故障分析

　　湖北省黄(石)黄(梅)高速公路是我国“五纵七横”公路规划中的沪蓉国道湖北段的一部分，是湖北省目前建设最完善，技术最先进的高速公路，是我省第一条机电系统高速公路，标志着我省公路管理开始走上现代化、信息化。黄(石)黄(梅)高速公路非接触式IC卡收费系统概况 黄黄高速公路自动化收费系统于1000年12月份正式启动，距今已安全、稳定运行一年。沿线共设八个收费站，42条收费车道。收费方式采取封闭式半自动收费体系，以现金为主要付款方式，以非接触式IC卡为载件，实行“人工收费、计算机管理，闭路电视监视”模式。收费系统分三个层次，即“车道—站—中心”，车道完成收费操作，并将收发卡数据，费收数据和抓拍的未征费车辆图片上传到收费站机房，站机房接收车道送上的信息，分析统计本站的费收情况并上传到中心，中心接收各站的费收数据，汇总分析出全路数据，并管理IC卡和抓拍的图片。

　　非接触式IC卡收费系统结构

　　黄黄高速公路收费系统采用三级管理模式，即：车道—站—中心。车道是信息和收费数据采集的地方，以工控机为数据处理核心，通过外部设备：读写卡机、键盘、摄像机、报警器、视频捕获卡、数据叠加卡等接收数据，并通过费额显示器，显示器、针式打印机、通行灯、自动栏杆等将处理结果显示出来，同时车道集线器将数据传送到站计算机组，站设备负责将每班、每天的数据统计，生成相应的报表，并将数据传送到中心。
　
　　硬件设备故障统计和分析

　　以黄黄高速公路非接触式IC卡收费系统硬件设备故障为例，2001年6月至12月里，共发现并解决大小问题169个，更换各类备件180件次(其中不包括灯泡，风扇，电池)。
　
　　由于车道设备的使用频率最高、所处的环境最恶劣，所以故障率也相对来说较高，这从表中也可以看出，80％的问题都是在车道设备。而在非接触式IC卡收费系统中使用卡机相对来说是一个较复杂的技术，加上使用频繁、机械部件较多，所以车道设备的大部分问题又出现在卡机上(对于车道常见设备故障的处理方法将在后面讨论)。这半年里卡机所换的零部件共81件次，占整个系统更换零部件数量的72.3％。

　　摄像系统、超高报警系统和车道通行灯系统一般情况下不容易损坏，但由于它们常年都曝露在外面，加上交通事故和不可抗拒的自然因素，所以损坏的频率也有点高。在这半年里共损坏车道摄像机3台，亭内摄像机5台(其中被雷击坏2台)，解码器坏5次，长延时录像机坏3次，报警录像机坏2次，亭内摄像机外壳坏5个，超高杆被撞坏2次，红外检测器损坏了2套，浠水站E01道有一次使整个车道通信灯报废。

　　通讯设备和工控机内备件一般不会损坏，但如果受到瞬时大电流冲击也会损坏(此项应与防雷结合处理)。

　　车道常见故障的分析处理方法

　　车道设备是相对独立的一套系统，它能保证在与机房设备联系中断的情况下独立工作一个月。技术柜内的工控机是车道设备的核心，车道上的所有外围设备是在工控机的控制下完成自己的工作的。工控机对相应设备的控制是通过串口控制的。工控机内有一个MOXA串口板，将串口扩展为8口，再通过多串口板来控制各外设。

　　当外围设备不能正常工作时，首先看工控机的指令是否能正常到过相应的设备，这个工作可以通过相应的应用程序检测串口工作状态来实现。

　　如果接收不到正常的指令，就说明是在MOXA板、多串口板、连接线三个环节上出了问题。从实际情况来看，MOXA串口板工作非常稳定，除了遭受强电流冲击发生过故障外没有遇到过问题，所以问题一般出现在多串口板和连接线上。连接线的好坏可以通过检查接线头和利用万用表测试来检查，如果连接线正常，问题就出现在多串口板上了。多串口板上有自己的单片机来处理相应的信息，完成相应的工作。由于车道是24小时不间断工作，所以可能导致单片机工作不正常，以致使指令无法正常传输，这时可以插拔多串口板的电源，让单片机重启，如果还不能恢复正常工作，说明多串口板上的芯片出现了故障，需要更换多串口板。

　　如果指令能正常传输，则是外围设备出现了问题，具体分析如下：

　　一、卡机。卡机是由电源模块、电源板、控制板、步进电机、步进电机驱动器、卡箱触点、读写器、光电管、机械传动部分组成。卡机的控制指令存储在控制板上的89C51芯片上，同样由于长时间不间断工作，可能会导致程序混乱，使卡机不能正常工作，这也可以通过插拔卡机电源来恢复。从日常情况来看，电源模块、电源板和步进电机驱动器是非常稳定的部件，很少出现故障。日常发生的问题主要出现在：光电管脏、卡箱触点氧化导致接触不良、信号线等，这些问题可以加强日常维护，来解决。另外，由于长时间、高强度的使用，令步进电机、读写器、以及控制板上的芯片损坏。卡机中的机械部件，经过近两年的使用已经出现变形、老化的现象，特别是收卡机内的传动盒，里面的橡胶传动轮已经老化变形，造成了吃卡不顺等问题。还有发卡机内的传动小车的托板，由于长期受力，已经有变形的情况出现，并造成发卡不畅。电子元器件也存在老化的现象，最近一段时间卡机控制板和工控机控制板的故障率大大提高，说明元件的寿命已经快到期限。

　　二、自动栏杆。自动栏杆目前最常见的问题在三个：A、动作缓慢；B、车辆过后不能自动落下；C、栏杆不能动。对于问题A，可以先通过栏杆控制器调整抬起和落下的速度，如果不能解决就是栏杆控制器坏了。对于问题B，可以先让车辆检测器复位，如果不能解决就是车辆检测器坏了。对于问题C，可以断开栏杆电源，看看电机是否有问题。

　　三、顶棚灯。与此相关的部件有保险、变压器、灯泡，可依次判断这些部件的好坏来确定问题所在。

　　四、链盘。键盘是收费员用得最多的设备，所出现的问题一般是老化，特别是常用的“有效键”。

　　五、车道摄像机。车道图像是通过车道工控机内视频叠加卡传到监控机房的，如果出现问题可以使用相关的检测工具来判断发生故障的部位。

　　如何降低设备故障发生率有一些故障是元器件本身损坏造成的，我们对这半年来的维修情况进行了分析，除了正常报废和交通事故、自然灾害所造成的设备故障外，其它54％的故障都是可以避免的。

　　一、设备老化和磨损方面的故障占了将近43％。所以，日常维护的好坏起到了至关重要的作用。加强设备维护力量，尽早发现并排除设备隐患和老化方面的问题。各站应配备专职维护员一名，负责处理日常的维护和维修工作，并且要即时实施到位。

　　二、在设备维护方面建议定期做如下事情：首先，保证备件齐全充足；第二，统一更换CPU风扇和控制柜风扇；第三，统一更换卡机控制板电池和工控机主板电池；第四，统一更换UPS后备电池；第五，统—对设备转动部位进行上油。

　　三、保养问题(指施工或维修时由于疏忽而被忽视的一些小问题，如螺丝松动等)方面的故障占了4.73％。加强维护员、维修员的技术水平不仅仅是要求职业技术上的提高，同时也要提高职业素质，严格按照操作程序进行处理。

　　四、故障处理要先抢通后修复，缩短系统中断时间，保证设备连续正常运转。

　　五、雷雨天气，有些车道，广场摄像机被雷击坏，防雷也是重点。

　　六、提高员工的职业素质，让员工规范操作、爱护设备是使系统正常运行和延长使用寿命的最好方法，以上五部分论述，囊括了设备各个方面要素，为保障系统正常运行，除了要及时发现故障、解决故障外，还要对设备故障进行分类统统计建立设备故障档案和使用档案，详细的记录每个设备部件的使用时间，和使用寿命，对于已达到报废期限的部件要提前更换，防止故障的发生。对于任何一套系统，不论其设备是如何的先进，技术是如何的—流，始终都会有故障的发生，找出能够降低故障发生率的有效方法是关键，亦是本文中心要点。