MBUS资料研究汇总样本.docx
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MBUS资料研究汇总样本
M-BUS资料研究汇总
北京同州铭远科技有限公司 -3-31
当前国内集中供热、采暖系记录量收费逐渐展开，热力站中重要计量装置就是热量表。
热量表是一种以微解决器和高精度传感器为基本机电一体化仪表，与建筑业过去已经普遍使用计量表，例如水表、电表、煤气表相比，它有着更复杂设计和更高技术含量。
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温度和流量，再通过密度和热焓值补偿及积分计算而得到热量值。
随着电子和通信技术发展，各种消耗量仪表（涉及热量表）从“人工抄读”逐渐发展到“远程控制抄读”，后者是消耗量仪表技术逻辑发展与延伸。
热量表普通提供RS-485、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MBus（Meter-Bus）是一种专门为热量表远程数据传播设计总线合同，它是测量仪表数据传播数字化一种重要技术，已经广泛应用于热量计量领域，并成为欧洲热量计量原则一某些（欧洲原则EN1434-3）。
除了热计量领域，它也可用于连接其她各种消耗量仪表、传感器、执行器。
为了满足寻常使用，一种先进总线系统必要满足如下某些经济和技术方面规定：
容量大，可扩展，鲁棒性、成本低、用电量少、传播速度。
M-Bus总线合同在这些方面能获得最佳性价比，欧洲能源计量领域知名公司，如斯伦贝谢、卡卢姆普、真兰等公司生产热量表大多遵循EN1434-3技术原则，支持MBus合同，这使得MBus合同成为事实上行业原则。
随着MBus技术发展，其应用将逐渐扩展到报警系统、照明系统等更辽阔领域。
远程终端较好地支持了MBus合同，实现了与国外先进仪表产品无缝连接，可以通过MBus总线接口读取热力站内安装热量表重要测量值，涉及累积热量、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、控制和计费提供根据。
1.1 MBus总线合同概述
MBus总线是一种主从式半双工传播总线，采用主叫/应答方式通信，即只有处在中心地位主站（Master）发出询问后，从站（Slave）才干向主站传播数据，如图1-1 所示。
图1-1 MBus总线构造
MBus重要特点如下：
1. 两线制总线，不分正负极性，施工简朴；
2. 采用独特电平特性传播数字信号，抗干扰能力强，传播距离长；
3. 可以选取远程总线供电，减少维护成本；
4. 总线型拓扑构造，扩展以便，组网成本低；
5. 任一从站故障不影响整个总线功能
6. 专门设计报文格式，满足能耗计量仪表联网和远程读数需要；
MBus总线合同体系构造建立在ISO/OSI参照模型上，由下至上定义了物理层，数据链路层和应用层（参见表1-1）。
表1-1 MBus总线合同与OSI参照模型
OSI
MBus
功能
物理层
MBus
电缆、拓扑构造、Bit流表达传播、电气特性
数据链路层
IEC870-5
传播参数、数据报格式、寻址、数据完整性
网络层
MBus
扩展寻址（可选）
传播层
－
会话层
－
表达层
－
应用层
MBus
定义数据构造、数据类型、功能代码等
物理层负责主从站间bit流传播，数据链路层负责主从站间无差错传送以帧（Frame）为单位数据，应用层拟定主从站间所传送数据意义以满足顾客需要。
对于扩展MBus网络（超过250个从站）还定义了网络层以提供扩展寻址功能。
其中物理层、应用层和扩展网络层采用MBus自定义合同，而数据链路层则采用国际电工委员会IEC870-5传播合同。
1.2 MBus合同栈
1.2.1 MBus物理层
图1-2 基于MBus远程抄表系统
原则上MBus可以任一种拓扑构造建立网络，如星型、环形、总线型等，但普通MBus采用总线型拓扑构造。
典型MBus系统如图1-2 所示，由一种主站、若干个从站和两根连接电缆构成。
主站是一种智能控制器，可为MBus总线提供电源，与从站进行通信，保存从站测量数据，还可以运用各种既有通讯手段与异地计算机联网构成一种完备远程管理计量系统。
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切换。
两线电缆普通采用原则电话双绞线，没有正负极性之分。
MBus物理层bit流传播具备独特电平特性（如表1-2 ）。
主站到从站bit流传播通过总线电平切换实现，而从站到主站bit流传播通过电流调制实现。
定义逻辑“1”为MARK，逻辑“0”为SPACE。
表1-2 MBus物理层bit流表达
Bit
Bit流表达
Bit流传播方向
逻辑“1”（MARK）
22V≤Vmark≤42V
主站到从站
0mA≤Imark≤1.5mA
从站到主站
逻辑“0”（SPACE）
12V≤Vspace≤Vmark-10V
主站到从站
Imark+11mA≤Ispace≤Imark+20mA
从站到主站
主站向从站发送逻辑“1”（MARK）时，总线电压为Vmark（≤42V），发送逻辑“0”（SPACE）时，电压下降10V以上，降到Vspace（≥12V）；从站向主站发送逻辑“1”时，从站所取电流为Imark（≤1.5mA），发送逻辑“0”时，从站MBus接口会在Imark上加上脉冲电流11-20mA，形成Ispace。
MBus合同规定总线处在空闲状态时用逻辑“1”表达，即总线电压维持在Vmark，而每个从站取电流Imark≈1.5mA，即两线制总线上总电流等于Imark*从站总数。
这样无论总线处在空闲状态还是数据传播状态，总线电压不低于Vspace，每个从站所取电流不不大于Imark，这个电流就可用作从站电源。
可见在MBus正常运营状态下，总线可以持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，仪表安装位置也可以比较随意。
MBus总线上bit流传播过程如图1-3 所示。
图1-3 MBus总线上bit流传播
虚线左边时间段是主站到从站bit流传播，总线电压在Vspace和Vmark间切换，从站电流维持Imark不变；虚线右边时间段是从到主bit流传播，从站所取电流在Imark和Ispace间切换，总线电压基本维持Vmark不变，但由于MBus电源输出阻抗存在，使得电流增大时总线电压略有减小。
这表白数据传播过程中任意时刻MBus总线上要么传播电压信号，要么传播电流信号，因此MBus只能工作在主从半双工方式下。
主站通过检测总线上与否浮现11-20mA脉冲电流拟定接受“0”还是“1”；从站接受数据时，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照电压与否相差10V以上来拟定接受“0”还是“1”。
TI公司MBus接口芯片TSS721A采用就是这种动态电平辨认逻辑，它动态参照电压由从站接入位置处Vmark对芯片内一种电容充电获得。
该电容充放电电流之比约为40，在波特率不不大于300状况下只要在传播bit流中每11位至少浮现一种“1”（Vmark），就可以保证动态参照电压始终维持在Vmark附近。
1.2.2 MBus数据链路层
MBus数据链路层以国际电工委员会IEC870-5（遥控装置和系统传播合同）为基本，规定了MBus信号传播方式、字节表达、帧格式以及主从站连接过程等。
依照物理层特点，MBus采用半双工、异步串行信号传播方式，波特率为300～9600。
信号格式采用起止式异步合同（IEC870-5-1），以字节为单位进行传播，先传低位bit（LSB）再传高位bit（MSB）。
总线上表达一种字节11位bit流按传播顺序是：
起始位/8bit字节/奇偶校验位/停止位。
由于MBus空闲位（Vmark，Imark）为逻辑“1”，因此起始位定义为逻辑“0”，而停止位定义为逻辑“1”。
这样，一种字节传播过程中涉及起始、数据、校验、停止共11比特，其中至少有一种逻辑“1”，满足MBus从站电平规定。
MBus采用FT1.2异步式字节传播帧格式（IEC870-5-2），由各种字节构成，传播时字节间不容许停顿。
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：
表达起始位；D：
未加阐明均表达一种字节；P：
表达奇偶校验位；E：
表达停止位；发送顺序从左至右，从上至下。
表1-3 单字节帧
S
D
P
E
0
E5H
1
1
表1-4 定长短帧
S
D
P
E
0
10H
1
1
0
C字段
P
1
0
A字段
P
1
0
CS字段
P
1
0
16H
1
1
表1-5 变长长帧
S
D
P
E
0
68H
1
1
0
L字段
P
1
0
L字段
P
1
0
68H
1
1
0
C字段
P
1
0
A字段
P
1
0
CI字段
P
1
0
顾客数据区0～252字节
P
1
0
CS字段
P
1
0
16H
1
1
单字节帧E5H用于接受确认，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数据互换。
后两种格式除了起始字节（如10H，68H）、终结字节（16H）外，还定义了C、A、L、CI和CS字段，变长长帧还封装了一种长达252个字节顾客数据区，各字段意义如下。
C：
控制字段或者叫功能字段，定义了帧功能、数据流向，保证帧对的发送和接受。
依照C字段不同，IEC870-5-2将报文帧命名为不同功能代码，MBus惯用功能代码有SND_NKE（初始化从站）、SND_UD（向从站发送数据）、REQ_UD2（祈求从站发送数据）和RSP_UD（向主站发送数据）。
A：
地址字段，范畴0～255，表达接受数据或发送数据从站地址。
L：
长度字段，记录变长长帧长度信息。
CS：
校验和字段，通过对前面几种字段求和来检查报文帧与否浮现传播错误。
CI：
控制信息字段，重要有两方面功能，一方面是完毕主对从某些配备功能，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字段设定了顾客数据区基本参数，如字节顺序、数据构造等。
MBus通信完全由主站控制，主从站之间按如下两种非平衡式传播规则互换报文帧：
1. Send/Confirm：
SND-NKE<>E5H，主站发送SND-NKE，被呼喊从站以E5H单字节帧确认，用于通信开始或者通信中断后初始化。
SND-UD<>E5H，主站发送SND-UD，被呼喊从站以E5H单字节帧确认，用于主站向从站传播数据或者控制信息，如设定波特率等。
2. Request/Respond：
REQ_UD2<>RSP_UD，主站发送REQ_UD2，被呼喊从站以RSP_UD回答，用于主站采集从站测量数据，如热量、流量等，这些数据位于RSP_UD顾客数据区。
1.2.3 MBus应用层
MBus应用层定义了测量记录数据类型和数据构造。
从站运用这些数据类型和构造将测量记录进行编码解决，并封装在长帧顾客数据区内发送；主站则依照这些数据类型和构造定义，对长帧顾客数据区进行相应解码，从而获取从站测量数据。
因而顾客数据区数据类型和数据构造定义对于MBus应用品有重要意义，MBus在这方面针对消耗量计量仪表测量数据进行了专门设计。
MBus定义了各种数据类型，涉及无符号BCD整型、二进制整型、无符号二进制整型、布尔型、32bit复合型（表达测量类型、物理单位等）、32bit日期时间型、16bit日期型、浮点型。
在这些数据类型基本上，MBus定义了两种数据构造：
固定数据构造和可变数据构造。
长帧顾客数据区事实上就是一种用固定数据构造或可变数据构造表达数据块。
1. 固定数据构造（FixedDataStructure）：
分为6个字段，按顺序分别是：
从站标记号码/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播两个计数器数据，且对测量记录只能进行固定长度编码，因而合用于从站只有一两个测量量场合。
2. 可变数据构造（VariableDataStructure）：
可变数据构造分为4个某些，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前3个字段意义基本类似；数据记录块由若干子数据块构成，子数据块数目以及每个子数据块类型、长度、意义都是可变，每个子数据块保存一种测量数据；厂商数据头是一种标记符（0FH或者1FH），表白自此后来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规则互换数据，不受原则约束，进一步增长了使用灵活性。
可变数据构造能充分满足远程读数需要，合用于从站有各种测量量场合。
对于热力站监控系统来说，可变数据构造中数据记录块保存各个子数据块是最重要，由于它们保存了热量表测量数据。
每个字数据块由三某些构成，按顺序分别是：
数据信息块（DIB）/量值信息块（VIB）/数据编码块（DCB）。
数据信息块由一种或各种字节表达，阐明测量数据编码类型（二进制还是BCD以及数据编码块位数）、数据类别（瞬时值还是平均值等）；量值信息块也是由一种或各种字节表达，阐明测量值量纲和量级；数据编码块保存该测量数值编码。
应用层除了定义测量记录类型和数据构造外尚有其他用途。
事实上最新MBus原则中通过规定许多新CI字段控制字节，并结合顾客数据区存储信息，为顾客提供了许多新功能。
随着MBus合同不断发展，应用层功能将不断扩展和完善，涉及寻址、设定参数、报警以及更为灵活抄表方式等。
1.2.4 MBus从站接口芯片TSS721A
热力站监控系统中，MBus从站（Slave）是各公司生产热量表，其核心某些是一块高度集成控制芯片，它可以完毕流量、温度等物理量测量，并可以进行热量值积分计算。
热量表为了便于远程抄读，普通都提供了MBus接口，热量表核心控制芯片也提供了对MBus合同支持。
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合同组织与TI公司合伙开发MBus合同从站专用接口芯片，遵循EN1434-3原则。
借助TI公司强大技术力量，TSS721A接口芯片实现了MBus合同对物理层各项规定规定，有力地推动了MBus合同推广。
依照MBus总线物理层有关定义，TSS721A从站接口芯片具备检测总线电压（接受数据）和调制总线电流（发送数据）功能，关于TSS721A通信电路原理可以参阅关于文献。
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较好支持。
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