M-BUS協(xié)議基礎知識

目前我國的集中供熱、采暖系統計量收費逐漸展開(kāi)，熱力站中主要的計量裝置就是熱量表。熱量表是一種以微處理器和高精度傳感器為基礎的機電一體化儀表，與建筑業(yè)過(guò)去已經(jīng)普遍使用的計量表，比如水表、電表、煤氣表相比，它有著(zhù)更復雜的設計和更高的技術(shù)含量。熱量表通過(guò)溫度和流量?jì)煞N傳感器，分別測得熱載體在進(jìn)出口的溫度和流量，再經(jīng)過(guò)密度和熱焓值的補償及積分計算而得到熱量值。

隨著(zhù)電子和通信技術(shù)的發(fā)展，各種消耗量?jì)x表（包括熱量表）從“人工抄讀”逐漸發(fā)展到“遠程控制抄讀”，后者是消耗量?jì)x表技術(shù)的邏輯發(fā)展與延伸。熱量表一般提供RS-485、Modbus或MBus總線(xiàn)接口之一以實(shí)現遠程抄表和控制功能。儀表總線(xiàn)MBus（Meter-Bus）是一種專(zhuān)門(mén)為熱量表遠程數據傳輸設計的總線(xiàn)協(xié)議，它是測量?jì)x表數據傳輸數字化的一種重要技術(shù)，已經(jīng)廣泛應用于熱量計量領(lǐng)域，并成為歐洲的熱量計量標準的一部分（歐洲標準EN1434-3）。除了熱計量領(lǐng)域，它也可用于連接其他的各種消耗量?jì)x表、傳感器、執行器。

為了滿(mǎn)足日常使用，一個(gè)優(yōu)秀的總線(xiàn)系統必須滿(mǎn)足如下一些經(jīng)濟和技術(shù)方面的要求：容量大，可擴展，魯棒性、成本低、用電量少、傳輸速度。M-Bus總線(xiàn)協(xié)議在這些方面能獲得最佳性?xún)r(jià)比，歐洲能源計量領(lǐng)域的著(zhù)名公司，如斯倫貝謝、卡盧姆普、真蘭等公司生產(chǎn)的熱量表大多遵循EN1434-3技術(shù)標準，支持MBus協(xié)議，這使得MBus協(xié)議成為事實(shí)上的行業(yè)標準。隨著(zhù)MBus技術(shù)的發(fā)展，其應用將逐漸擴展到報警系統、照明系統等更廣闊的領(lǐng)域。

遠程終端很好地支持了MBus協(xié)議，實(shí)現了與國外先進(jìn)儀表產(chǎn)品的無(wú)縫連接，可以通過(guò)MBus總線(xiàn)接口讀取熱力站內安裝的熱量表主要測量值，包括累積熱量、累積流量、瞬時(shí)溫度、瞬時(shí)流量、供水溫度、回水溫度和供回水溫差，從而為監測、控制和計費提供依據。

1.1MBus總線(xiàn)協(xié)議概述

MBus總線(xiàn)是一種主從式半雙工傳輸總線(xiàn)，采用主叫/應答的方式通信，即只有處于中心地位的主站（Master）發(fā)出詢(xún)問(wèn)后，從站（Slave）才能向主站傳輸數據，如圖1-1所示。

圖1-1MBus總線(xiàn)結構

MBus的主要特點(diǎn)如下：

1.兩線(xiàn)制總線(xiàn)，不分正負極性，施工簡(jiǎn)單；

2.采用獨特的電平特征傳輸數字信號，抗干擾能力強，傳輸距離長(cháng)；

3.可以選擇遠程總線(xiàn)供電，降低維護成本；

4.總線(xiàn)型拓撲結構，擴展方便，組網(wǎng)成本低；

5.任一從站的故障不影響整個(gè)總線(xiàn)的功能

6.專(zhuān)門(mén)設計的報文格式，滿(mǎn)足能耗計量?jì)x表聯(lián)網(wǎng)和遠程讀數需要；

MBus總線(xiàn)協(xié)議的體系結構建立在ISO/OSI參考模型上，由下至上定義了物理層，數據鏈路層和應用層（參見(jiàn)表1-1）。

表1-1MBus總線(xiàn)協(xié)議與OSI參考模型

物理層負責主從站間的bit流傳輸，數據鏈路層負責主從站間無(wú)差錯的傳送以幀（Frame）為單位的數據，應用層確定主從站間所傳送數據的意義以滿(mǎn)足用戶(hù)的需要。對于擴展的MBus網(wǎng)絡(luò )（超過(guò)250個(gè)從站）還定義了網(wǎng)絡(luò )層以提供擴展尋址的功能。其中物理層、應用層和擴展的網(wǎng)絡(luò )層采用MBus自定義的協(xié)議，而數據鏈路層則采用國際電工委員會(huì )IEC870-5傳輸協(xié)議。

1.2MBus協(xié)議棧

1.2.1MBus物理層

圖1-2基于MBus的遠程抄表系統

原則上MBus可以任一種拓撲結構建立網(wǎng)絡(luò )，如星型、環(huán)形、總線(xiàn)型等，但通常MBus采用總線(xiàn)型拓撲結構。典型的MBus系統如圖1-2所示，由一個(gè)主站、若干個(gè)從站和兩根連接電纜組成。

主站是一個(gè)智能控制器，可為MBus總線(xiàn)提供電源，與從站進(jìn)行通信，保存從站的測量數據，還可以利用各種現有的通訊手段與異地的計算機聯(lián)網(wǎng)構成一個(gè)完備的遠程管理計量系統。從站是各種計量?jì)x表，如電表、水表、熱表、氣表等，它們通過(guò)MBus接口并聯(lián)在總線(xiàn)主電纜上，該接口負責收發(fā)總線(xiàn)數據，控制總線(xiàn)電源和電池電源的切換。兩線(xiàn)電纜通常采用標準電話(huà)雙絞線(xiàn)，沒(méi)有正負極性之分。

MBus物理層bit流傳輸具有獨特的電平特征（如表1-2）。主站到從站的bit流傳輸通過(guò)總線(xiàn)電平切換實(shí)現，而從站到主站的bit流傳輸通過(guò)電流調制實(shí)現。定義邏輯“1”為MARK，邏輯“0”為SPACE。

表1-2MBus物理層bit流表示

主站向從站發(fā)送邏輯“1”（MARK）時(shí)，總線(xiàn)電壓為Vmark（≤42V），發(fā)送邏輯“0”（SPACE）時(shí)，電壓下降10V以上，降到Vspace（≥12V）；從站向主站發(fā)送邏輯“1”時(shí)，從站所取電流為Imark（≤1.5mA），發(fā)送邏輯“0”時(shí)，從站的MBus接口會(huì )在Imark上加上脈沖電流11-20mA，形成Ispace。

MBus協(xié)議規定總線(xiàn)處于空閑狀態(tài)時(shí)用邏輯“1”表示，即總線(xiàn)電壓維持在Vmark，而每個(gè)從站取電流Imark≈1.5mA，即兩線(xiàn)制總線(xiàn)上的總電流等于Imark*從站總數。這樣無(wú)論總線(xiàn)處于空閑狀態(tài)還是數據傳輸狀態(tài)，總線(xiàn)電壓不低于Vspace，每個(gè)從站所取電流不小于Imark，這個(gè)電流就可用作從站電源?？梢?jiàn)在MBus的正常運行狀態(tài)下，總線(xiàn)可以持續不斷地既傳信號又供電源，使終端儀表所用電池成為備用電源，減少了儀表定期維護、更換電池等工作量，儀表的安裝位置也可以比較隨意。MBus總線(xiàn)上的bit流傳輸過(guò)程如圖1-3所示。