M-BUS協(xié)議基礎(chǔ)知識

目前我國的集中供熱、采暖系統(tǒng)計量收費逐漸展開，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(chǔ)的機電一體化儀表，與建筑業(yè)過去已經(jīng)普遍使用的計量表，比如水表、電表、煤氣表相比，它有著更復(fù)雜的設(shè)計和更高的技術(shù)含量。熱量表通過溫度和流量兩種傳感器，分別測得熱載體在進出口的溫度和流量，再經(jīng)過密度和熱焓值的補償及積分計算而得到熱量值。

隨著電子和通信技術(shù)的發(fā)展，各種消耗量儀表（包括熱量表）從“人工抄讀”逐漸發(fā)展到“遠程控制抄讀”，后者是消耗量儀表技術(shù)的邏輯發(fā)展與延伸。熱量表一般提供RS-485、Modbus或MBus總線接口之一以實現(xiàn)遠程抄表和控制功能。儀表總線MBus（Meter-Bus）是一種專門為熱量表遠程數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計的總線協(xié)議，它是測量儀表數(shù)據(jù)傳輸數(shù)字化的一種重要技術(shù)，已經(jīng)廣泛應(yīng)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儀表、傳感器、執(zhí)行器。

為了滿足日常使用，一個優(yōu)秀的總線系統(tǒng)必須滿足如下一些經(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總線協(xié)議在這些方面能獲得最佳性價比，歐洲能源計量領(lǐng)域的著名公司，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)議成為事實上的行業(yè)標準。隨著MBus技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用將逐漸擴展到報警系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等更廣闊的領(lǐng)域。

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

1.1MBus總線協(xié)議概述

MBus總線是一種主從式半雙工傳輸總線，采用主叫/應(yīng)答的方式通信，即只有處于中心地位的主站（Master）發(fā)出詢問后，從站（Slave）才能向主站傳輸數(shù)據(jù)，如圖1-1所示。

圖1-1MBus總線結(jié)構(gòu)

MBus的主要特點如下：

1.兩線制總線，不分正負極性，施工簡單；

2.采用獨特的電平特征傳輸數(shù)字信號，抗干擾能力強，傳輸距離長；

3.可以選擇遠程總線供電，降低維護成本；

4.總線型拓撲結(jié)構(gòu)，擴展方便，組網(wǎng)成本低；

5.任一從站的故障不影響整個總線的功能

6.專門設(shè)計的報文格式，滿足能耗計量儀表聯(lián)網(wǎng)和遠程讀數(shù)需要；

MBus總線協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)建立在ISO/OSI參考模型上，由下至上定義了物理層，數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層（參見表1-1）。

表1-1MBus總線協(xié)議與OSI參考模型

物理層負責主從站間的bit流傳輸，數(shù)據(jù)鏈路層負責主從站間無差錯的傳送以幀（Frame）為單位的數(shù)據(jù)，應(yīng)用層確定主從站間所傳送數(shù)據(jù)的意義以滿足用戶的需要。對于擴展的MBus網(wǎng)絡(luò)（超過250個從站）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(yīng)用層和擴展的網(wǎng)絡(luò)層采用MBus自定義的協(xié)議，而數(shù)據(jù)鏈路層則采用國際電工委員會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(tǒng)

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

主站是一個智能控制器，可為MBus總線提供電源，與從站進行通信，保存從站的測量數(shù)據(jù)，還可以利用各種現(xiàn)有的通訊手段與異地的計算機聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成一個完備的遠程管理計量系統(tǒng)。從站是各種計量儀表，如電表、水表、熱表、氣表等，它們通過MBus接口并聯(lián)在總線主電纜上，該接口負責收發(fā)總線數(shù)據(jù)，控制總線電源和電池電源的切換。兩線電纜通常采用標準電話雙絞線，沒有正負極性之分。

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流傳輸通過總線電平切換實現(xiàn)，而從站到主站的bit流傳輸通過電流調(diào)制實現(xiàn)。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，總線電壓為Vmark（≤42V），發(fā)送邏輯“0”（SPACE）時，電壓下降10V以上，降到Vspace（≥12V）；從站向主站發(fā)送邏輯“1”時，從站所取電流為Imark（≤1.5mA），發(fā)送邏輯“0”時，從站的MBus接口會在Imark上加上脈沖電流11-20mA，形成Ispace。

MBus協(xié)議規(guī)定總線處于空閑狀態(tài)時用邏輯“1”表示，即總線電壓維持在Vmark，而每個從站取電流Imark≈1.5mA，即兩線制總線上的總電流等于Imark*從站總數(shù)。這樣無論總線處于空閑狀態(tài)還是數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)，總線電壓不低于Vspace，每個從站所取電流不小于Imark，這個電流就可用作從站電源?？梢娫贛Bus的正常運行狀態(tài)下，總線可以持續(xù)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總線上的bit流傳輸過程如圖1-3所示。