M-BUS協議基礎知識

目前我國的集中供熱、采暖系統計量收費逐漸展開，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，與建筑業過去已經普遍使用的計量表，比如水表、電表、煤氣表相比，它有著更復雜的設計和更高的技術含量。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的發展，各種消耗量儀表（包括熱量表）從“人工抄讀”逐漸發展到“遠程控制抄讀”，后者是消耗量儀表技術的邏輯發展與延伸。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據傳輸設計的總線協議，它是測量儀表數據傳輸數字化的一種重要技術，已經廣泛應用于熱量計量領域，并成為歐洲的熱量計量標準的一部分（歐洲標準EN1434-3）。除了熱計量領域，它也可用于連接其他的各種消耗量儀表、傳感器、執行器。

為了滿足日常使用，一個優秀的總線系統必須滿足如下一些經濟和技術方面的要求：容量大，可擴展，魯棒性、成本低、用電量少、傳輸速度。M-Bus總線協議在這些方面能獲得最佳性價比，歐洲能源計量領域的著名公司，如斯倫貝謝、卡盧姆普、真蘭等公司生產的熱量表大多遵循EN1434-3技術標準，支持MBus協議，這使得MBus協議成為事實上的行業標準。隨著MBus技術的發展，其應用將逐漸擴展到報警系統、照明系統等更廣闊的領域。

遠程終端很好地支持了MBus協議，實現了與國外先進儀表產品的無縫連接，可以通過MBus總線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、瞬時溫度、瞬時流量、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總線協議概述

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

圖1-1MBus總線結構

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.總線型拓撲結構，擴展方便，組網成本低；

5.任一從站的故障不影響整個總線的功能

6.專門設計的報文格式，滿足能耗計量儀表聯網和遠程讀數需要；

MBus總線協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（參見表1-1）。

表1-1MBus總線協議與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足用戶的需要。對于擴展的MBus網絡（超過250個從站）還定義了網絡層以提供擴展尋址的功能。其中物理層、應用層和擴展的網絡層采用MBus自定義的協議，而數據鏈路層則采用國際電工委員會IEC870-5傳輸協議。

1.2MBus協議棧

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絡，如星型、環形、總線型等，但通常MBus采用總線型拓撲結構。典型的MBus系統如圖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，保存從站的測量數據，還可以利用各種現有的通訊手段與異地的計算機聯網構成一個完備的遠程管理計量系統。從站是各種計量儀表，如電表、水表、熱表、氣表等，它們通過MBus接口并聯在總線主電纜上，該接口負責收發總線數據，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，而從站到主站的bit流傳輸通過電流調制實現。定義邏輯“1”為MARK，邏輯“0”為SPACE。

表1-2MBus物理層bit流表示

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

MBus協議規定總線處于空閑狀態時用邏輯“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。這樣無論總線處于空閑狀態還是數據傳輸狀態，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。可見在MBus的正常運行狀態下，總線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總線上的bit流傳輸過程如圖1-3所示。