M-BUS资料研究报告汇总.pdf

《M-BUS资料研究报告汇总.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《M-BUS资料研究报告汇总.pdf（6页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、-.-M-BUS 资料研究汇总同州铭远科技 2008-3-31目前我国的集中供热、采暖系统计量收费逐渐展开，热力站中主要的计量装置就是热量表。 热量表是一种以微处理器和高精度传感器为根底的机电一体化仪表， 与建筑业过去已经普遍使用的计量表， 比方水表、 电表、 煤气表相比， 它有着更复杂的设计和更高的技术含量。热量表通过温度和流量两种传感器， 分别测得热载体在进出口的温度和流量， 再经过密度和热焓值的补偿及积分计算而得到热量值。随着电子和通信技术的开展， 各种消耗量仪表 包括热量表 从 “人工抄读逐渐开展到 “远程控制抄读， 后者是消耗量仪表技术的逻辑开展与延伸。 热量表一般提供 RS-485

2、、 Modbus或 MBus 总线接口之一以实现远程抄表和控制功能。仪表总线MBusMeter-Bus是一种专门为热量表远程数据传输设计的总线协议，它是测量仪表数据传输数字化的一种重要技术，已经广泛应用于热量计量领域， 并成为欧洲的热量计量标准的一局部 欧洲标准 EN1434-3 。除了热计量领域，它也可用于连接其他的各种消耗量仪表、传感器、执行器。为了满足日常使用， 一个优秀的总线系统必须满足如下一些经济和技术方面的要求： 容量大，可扩展，鲁棒性、本钱低、用电量少、传输速度。 M-Bus 总线协议在这些方面能获得最正确性价比，欧洲能源计量领域的著名公司， 如斯伦贝、卡卢姆普、真兰等公司生产的

3、热量表大多遵循 EN1434-3 技术标准，支持 MBus 协议，这使得 MBus 协议成为事实上的行业标准。随着 MBus 技术的开展，其应用将逐渐扩展到报警系统、照明系统等更广阔的领域。远程终端很好地支持了 MBus 协议， 实现了与国外先进仪表产品的无缝连接， 可以通过 MBus总线接口读取热力站安装的热量表主要测量值，包括累积热量、累积流量、 瞬时温度、瞬时流量、供水温度、回水温度和供回水温差，从而为监测、控制和计费提供依据。1.1MBus 总线协议概述MBus 总线是一种主从式半双工传输总线， 采用主叫/应答的方式通信，即只有处于中心地位的主站Master发出询问后，从站Slave才

4、能向主站传输数据，如图1-1 所示。图 1-1 MBus 总线构造MBus 的主要特点如下：1.两线制总线，不分正负极性，施工简单；2.采用独特的电平特征传输数字信号，抗干扰能力强，传输距离长；3.可以选择远程总线供电，降低维护本钱；4.总线型拓扑构造，扩展方便，组网本钱低；5.任一从站的故障不影响整个总线的功能6.专门设计的报文格式，满足能耗计量仪表联网和远程读数需要；MBus 总线协议的体系构造建立在 ISO/OSI 参考模型上，由下至上定义了物理层，数据链路层和应用层参见表 1-1。.-可修编-.-表 1-1 MBus 总线协议与 OSI 参考模型OSI物理层数据链路层网络层传输层会话层

5、表示层应用层MBusMBusIEC870-5MBusMBus功能电缆、拓扑构造、Bit 流的表示传输、电气特性传输参数、数据报格式、寻址、数据完整性扩展寻址可选定义数据构造、数据类型、功能代码等物理层负责主从站间的bit 流传输， 数据链路层负责主从站间无过失的传送以帧 Frame为单位的数据， 应用层确定主从站间所传送数据的意义以满足用户的需要。 对于扩展的 MBus网络超过250 个从站还定义了网络层以提供扩展寻址的功能。 其中物理层、应用层和扩展的网络层采用 MBus 自定义的协议，而数据链路层那么采用国际电工委员会 IEC870-5 传输协议。1.2MBus 协议栈1.2.1MBus

6、物理层图 1-2 基于 MBus 的远程抄表系统原那么上 MBus 可以任一种拓扑构造建立网络，如星型、环形、总线型等，但通常MBus 采用总线型拓扑构造。典型的MBus 系统如图 1-2 所示，由一个主站、假设干个从站和两根连接电缆组成。主站是一个智能控制器， 可为 MBus 总线提供电源， 与从站进展通信， 保存从站的测量数据，还可以利用各种现有的通讯手段与异地的计算机联网构成一个完备的远程管理计量系统。 从站是各种计量仪表，如电表、水表、热表、气表等，它们通过MBus 接口并联在总线主电缆上，该接口负责收发总线数据， 控制总线电源和电池电源的切换。 两线电缆通常采用标准双绞线，没有正负极

7、性之分。MBus 物理层 bit 流传输具有独特的电平特征如表1-2 。主站到从站的bit 流传输通过总线电平切换实现，而从站到主站的bit 流传输通过电流调制实现。定义逻辑“1为 MARK，逻辑“0为 SPACE。表 1-2 MBus 物理层 bit 流表示.-可修编-.-Bit逻辑“1MARK逻辑“0SPACEBit 流的表示22VVmark42V0mAImark1.5mA12VVspaceVmark-10VImark+11mAIspaceImark+20mABit 流传输方向主站到从站从站到主站主站到从站从站到主站主站向从站发送逻辑 “1 MARK 时， 总线电压为 Vmark 42V

8、， 发送逻辑 “0 SPACE时，电压下降 10V 以上，降到 Vspace12V；从站向主站发送逻辑“1时，从站所取电流为 Imark1.5mA，发送逻辑“0时，从站的 MBus 接口会在 Imark 上加上脉冲电流 11-20mA，形成 Ispace。MBus 协议规定总线处于空闲状态时用逻辑“1表示，即总线电压维持在Vmark，而每个从站取电流 Imark1.5mA，即两线制总线上的总电流等于 Imark*从站总数。这样无论总线处于空闲状态还是数据传输状态，总线电压不低于Vspace，每个从站所取电流不小于Imark，这个电流就可用作从站电源。可见在MBus 的正常运行状态下，总线可以持

9、续不断地既传信号又供电源， 使终端仪表所用电池成为备用电源， 减少了仪表定期维护、 更换电池等工作量，仪表的安装位置也可以比拟随意。MBus 总线上的 bit 流传输过程如图 1-3 所示。图 1-3 MBus 总线上的 bit 流传输虚线左边的时间段是主站到从站的bit 流传输，总线电压在 Vspace 和 Vmark 间切换，从站电流维持 Imark不变； 虚线右边的时间段是从到主的bit 流传输， 从站所取电流在Imark 和 Ispace间切换，总线电压根本维持Vmark 不变，但由于MBus 电源输出阻抗的存在，使得电流增大时总线电压略有减小。这说明数据传输过程中任意时刻MBus 总

10、线上要么传输电压信号，要么传输电流信号，所以 MBus 只能工作在主从半双工方式下。主站通过检测总线上是否出现 11-20mA 脉冲电流确定接收“0还是“1；从站接收数据时， 由于总线绝对电压会随着距离和总线电流变化而变化， 故通过检测总线电压与动态参考电压是否相差 10V 以上来确定接收“0还是“1。TI 公司的 MBus 接口芯片 TSS721A 采用的就是这种动态电平识别逻辑， 它的动态参考电压由从站接入位置处的Vmark 对芯片的一个电容充电获得。该电容充放电电流之比约为 40，在波特率大于 300 的情况下只要在传输的bit 流中每 11 位至少出现一个“1Vmark，就可以保证动态

11、参考电压始终维持在Vmark附近。1.2.2MBus 数据链路层MBus 数据链路层以国际电工委员会IEC870-5遥控装置和系统传输协议为根底，规定了MBus 的信号传输方式、字节表示、帧格式以及主从站的连接过程等。.-可修编-.-根据物理层的特点，MBus 采用半双工、异步串行信号传输方式，波特率为 3009600。信号格式采用起止式异步协议IEC870-5-1，以字节为单位进展传输，先传低位bitLSB再传高位 bitMSB。总线上表示一个字节的 11 位 bit 流按传输顺序是：起始位/8bit 字节/奇偶校验位/停顿位。由于 MBus 的空闲位Vmark，Imark为逻辑“1，所以起

12、始位定义为逻辑“0，而停顿位定义为逻辑“1。这样，一个字节的传输过程中包括起始、数据、校验、停顿共 11 比特，其中至少有一个逻辑“1，满足 MBus 从站的电平要求。MBus 采用 FT1.2 异步式字节传输帧格式IEC870-5-2，由多个字节组成，传输时字节间不允许停顿。FT1.2 定义了三种帧格式，分别是单字节帧表1-3 、定长短帧表 1-4 和变长长帧表1-5 。其中S：表示起始位；D：未加说明均表示一个字节；P：表示奇偶校验位；E：表示停顿位；发送顺序从左至右，从上至下。表 1-3 单字节帧S0表 1-4 定长短帧S00000D10HC 字段A 字段CS 字段16HP1PPP1E1

13、1111S0000000000D68HL 字段L 字段68HC 字段A 字段CI 字段用户数据区 0252 字节CS 字段16HP1PP1PPPPP1E1111111111DE5HP1E1表 1-5 变长长帧单字节帧 E5H 用于接收确认，定长短帧用于主站向从站发送指令，变长长帧用于主从站间的数据交换。后两种格式除了起始字节如10H，68H、终止字节 16H外，还定义了C、A、L、CI 和 CS 字段，变长长帧还封装了一个长达252 个字节的用户数据区，各字段的意义如下。C：控制字段或者叫功能字段，定义了帧的功能、数据流向，保证帧的正确发送和接收。根据 C 字段的不同，IEC870-5-2 将

14、报文帧命名为不同的功能代码，MBus 常用的功能代码有SND_NKE初始化从站、SND_UD向从站发送数据、REQ_UD2请求从站发送数据和 RSP_UD向主站发送数据。A：地址字段，围 0255，表示接收数据或发送数据的从站地址。L：长度字段，记录变长长帧的长度信息。.-可修编-.-CS：校验和字段，通过对前面几个字段求和来检验报文帧是否出现传输错误。CI：控制信息字段，主要有两方面的功能，一方面是完成主对从的一些配置功能， 如设定波特率、从站地址等；另一方面在从站向主站发送测量数据时，CI 字段设定了用户数据区的根本参数，如字节顺序、数据构造等。MBus 的通信完全由主站控制，主从站之间按

15、以下两种非平衡式传输规那么交换报文帧：1.Send/Confirm：SND-NKEE5H，主站发送SND-NKE，被呼叫从站以E5H 单字节帧确认，用于通信开场或者通信中断后的初始化。SND-UDE5H，主站发送 SND-UD，被呼叫从站以 E5H 单字节帧确认，用于主站向从站传输数据或者控制信息，如设定波特率等。2.Request/Respond：REQ_UD2 RSP_UD，主站发送REQ_UD2，被呼叫从站以RSP_UD 回复，用于主站采集从站的测量数据，如热量、流量等，这些数据位于RSP_UD 的用户数据区。1.2.3MBus 应用层MBus 应用层定义了测量记录的数据类型和数据构造。

16、从站利用这些数据类型和构造将测量记录进展编码处理， 并封装在长帧的用户数据区发送； 主站那么根据这些数据类型和构造的定义，对长帧的用户数据区进展相应的解码， 从而获取从站的测量数据。 因此用户数据区的数据类型和数据构造的定义对于 MBus 的应用具有重要的意义，MBus 在这方面针对消耗量计量仪表的测量数据进展了专门的设计。MBus 定义了多种数据类型，包括无符号BCD 整型、二进制整型、无符号二进制整型、布尔型、32bit 复合型表示测量类型、物理单位等、 32bit 日期时间型、16bit 日期型、浮点型。在这些数据类型的根底上，MBus 定义了两种数据构造：固定数据构造和可变数据构造。长

17、帧的用户数据区实际上就是一个用固定数据构造或可变数据构造表示的数据块。1.固定数据构造Fixed Data Structure：分为 6 个字段，按顺序分别是：从站标识/访问次数/从站状态/测量量类型和单位/计数器 1数据/计数器 2 数据。这种数据构造只能传输两个计数器的数据，且对测量记录只能进展固定长度的编码，因此适用于从站只有一两个测量量的场合。2.可变数据构造Variable Data Structure：可变数据构造分为 4 个局部，按顺序分别是：固定数据头/数据记录块DRB/厂商数据头/厂商自定义数据块。 固定数据头同固定数据构造的前3 个字段的意义根本类似； 数据记录块由假设干子

18、数据块组成，子数据块数目以及每个子数据块的类型、长度、意义都是可变的，每个子数据块保存一个测量数据；厂商数据头是一个标识符0FH 或者 1FH，说明自此以后是厂商自定义数据块； 厂商自定义数据块使得在主从站间可以按照自定义的规那么交换数据，不受标准的约束，进一步增加了使用的灵活性。 可变数据构造能充分满足远程读数的需要，适用于从站有多种测量量的场合。对于热力站监控系统来说，可变数据构造中的数据记录块保存的各个子数据块是最重要的，因为它们保存了热量表的测量数据。 每个字数据块由三局部组成， 按顺序分别是：数据信息块DIB/量值信息块VIB/数据编码块DCB。数据信息块由一个或多个字节表示，说明测

19、量数据的编码类型二进制还是 BCD 以及数据编码块的位数、数据类别瞬时值还是平均值等；量值信息块也是由一个或多个字节表示，说明测量值的量纲和量级； 数据编码块保存该测量数值的编码。应用层除了定义测量记录类型和数据构造外还有其它用途。 实际上最新的 MBus 标准过规定许多新的 CI 字段控制字节，并结合用户数据区存储的信息，为用户提供了许多新的功能。随着 MBus 协议的不断开展，应用层功能将不断扩展和完善，包括寻址、设定参数、报警以.-可修编-.-及更为灵活的抄表方式等。1.2.4MBus 从站接口芯片 TSS721A热力站监控系统中，MBus 从站Slave是各公司生产的热量表，其核心局部

20、是一块高度集成的控制芯片，它可以完成流量、温度等物理量的测量， 并可以进展热量值的积分计算。热量表为了便于远程抄读， 一般都提供了 MBus 接口， 热量表的核心控制芯片也提供了对MBus协议的支持。热量表 MBus 接口电路广泛使用了 TSS721A 收发芯片。TSS721A 接口芯片是 MBus 协议组织与 TI 公司合作开发的 MBus 协议从站专用接口芯片， 遵循 EN1434-3 标准。借助 TI 公司的强大技术力量，TSS721A 接口芯片实现了 MBus 协议对物理层的各项规定要求， 有力地推动了 MBus 协议的推广。 根据 MBus 总线物理层的相关定义，TSS721A 从站接口芯片具备检测总线电压 接收数据 和调制总线电流 发送数据 的功能，关于 TSS721A 的通信电路原理可以参阅有关文献。TSS721A 除了 MBus 通信功能外，还对MBus 总线远程供电和电池供电提供了很好的支持。.-可修编-