M шинен протокол. Нови инструменти за изграждане на M-Bus мрежи

Описание на протокола

M-Bus(Meter-Bus) - комуникационен протокол (Европейски стандарт EN 1434/IEC870-5, EN 13757-2 физически и информационни слоеве, EN 13757-3 приложен слой), базиран на стандартна клиент-сървър архитектура. Един от общите протоколи за пренос на данни за редица специфични електронни устройства, като измерватели на електрическа енергия (електромери), измерватели на топлинна енергия (топломери), разходомери за вода и газ, някои изпълнителни механизми и др. Данните се предават към компютърна станция (сървър) директно или чрез M-Bus хъбове, усилватели на сигнала и повторители.

Разлики от Modbus протоколите и стандарта RS-485 - различни нива на логически сигнали, ниска скорост на трансфер на данни (300 - 9600 bps), ниски изисквания към комуникационната линия, възможност за захранване на устройства от M-Bus линия, без изисквания за полярност . Поради редица характеристики, протоколът не е индустриален протокол, той се използва само в устройства, където ниската скорост и дори загубата на част от предаваните данни не са критични. Предимствата на протокола включват минимални изисквания за оборудване, комуникационни линии, простота и бързина на внедряване и инсталиране, което го прави евтин и икономически привлекателен.

Някои параметри на протокола M-Bus

• полудуплексен режим на предаване;
• скорост на трансфер на данни 300-9600 bps (съвместима със стандартните скорости на UART портове на компютри и микроконтролери, които са едновременно източник и приемник на данни);
• логическа единица +36V, ток не повече от 1,5 mA;
• логическа нула 12..24V, ток 10-11mA;
• тип кабел: стандартен телефонен (JYStY N*2*0.8 mm);
• капацитет на линията не повече от 180 nF, съпротивление до 29 ома;
• обхват на предаване, в стандартна конфигурация, до 1000 метра;
• обхватът на подчиненото устройство до повторителя на сигнала е до 350 метра;
• брой устройства на линията до 250.

Логическа единица се предава от ниво 36V, с възможност за консумация от токова линия до 1,5 mA, логическа нула се предава от 24V напрежение на главното устройство. За да предадат логическа нула, подчинените устройства увеличават консумацията на ток до 10-11mA, високата консумация на ток и намаляването на напрежението в главната линия се откриват от устройството като логическа 0. В това предавателният протокол е подобен на 1-Wire, както в начина на предаване на данни, така и във възможността за захранване на устройства от линии.

Бележки за термина M-Bus

Фондация Уикимедия. 2010 г.

Вижте какво е "Meter-Bus" в други речници:

Метър-Бус- За подобно наречени автобусни технологии вижте MBus. M Bus (Meter Bus) е европейски стандарт (EN 13757 2 физически и свързващ слой, EN 13757 3 приложен слой) за дистанционно отчитане на газомери или електромери. M Bus може да се използва и за други типове… … Wikipedia

Буш- Буш… Deutsch Wikipedia

АВТОБУС- Wappen Deutschlandkarte … Deutsch Wikipedia

Напоследък обръщаме много внимание на въпросите за свързване на устройства на трети страни към системата ASUD-248.

Това се дължи на логичното желание за интегриране на инженерни подсистеми, които осигуряват функционирането на обслужваните съоръжения в рамките на единна система за контрол и управление.

Свързаните устройства могат да бъдат например контролери за отопление и вентилация, топломери и водомери, различни сензори, изпълнителни механизми и др.

Устройство на трета страна се свързва към системата ASUD-248 чрез специфичен физически интерфейс, обменът на данни се извършва съгласно набор от правила, поддържани от устройството: протокол.

Те често използват термините M-bus, Modbus, RS-485, Ethernet, компютърна мрежа и др. - някои от които определят физическия интерфейс за свързване на устройства, а други набор от правила за пренос на данни.

Когато общувате с проектантски организации и клиенти, които са изправени директно пред задачата за свързване на устройства на трети страни към ASUD-248, често срещате объркване в дефинициите на „интерфейс“, „протокол“ и свързаните с тях въпроси, например:

• „Modbus интерфейс ли е?“
• „Modbus и M-bus са едно и също нещо“
• "Устройството има RS-485 - може ли да се гарантира, че ще бъде свързано към ASUD?" и така нататък.

Трябва да се отбележи, че по същество термините "интерфейс" и "протокол" изразяват едно и също понятие - описание на процедурата за взаимодействие между два обекта. Този факт, според нас, в областта на разглежданата тема също може да доведе до известна неяснота.

Затова за категоричност ще се съгласим, че под интерфейс разбираме именно физическия (хардуерен) интерфейс - средата за предаване на данни. Под протокола - набор от описани правила за предаване на данни през определен интерфейс.

RS-485

RS-485 е интерфейс. Той определя изискванията към комуникационната линия (кабели), регулира електрическите параметри на комуникационната линия и други параметри, свързани с предаването на сигнал от едно устройство към друго.

RS-485 не казва нищо за правилата за обмен на данни между устройства.

Следователно, самият факт, че устройство на трета страна има RS-485 интерфейс, не е достатъчен, за да гарантира връзка с автоматизираната система за управление. Протоколът за обмен на данни трябва да бъде изяснен.

RS-232

RS-232 също е интерфейс (подобно на RS-485).

Modbus

Modbus е комуникационен протокол, широко използван в индустрията. Той определя правилата за изпращане на данни, когато устройствата си взаимодействат.

Можем да реализираме изпращане и контрол на почти всяко устройство, ако то поддържа този протокол.

Има няколко модификации на този протокол:

• Modbus RTU.
• Modbus TCP/IP.
• Modbus ASCII (в момента не се поддържа в ASUD-248).

Самата дума "Modbus" не казва нищо за интерфейса между устройствата.

Протоколът Modbus може да работи през RS-485/RS-232, компютърна мрежа и други интерфейси.

Следователно, ако е известно, че устройството поддържа протокола Modbus, трябва да изясните какви физически интерфейси има устройството и дали те се поддържат в ASUD-248.

За повече информация относно свързването на устройства, които поддържат Modbus, вж

M-Bus

Ситуацията е малко по-различна с M-Bus.

На първо място, трябва да се отбележи, че въпреки съзвучието в руската транскрипция, M-Bus няма нищо общо с протокола Modbus.

Терминът M-Bus може едновременно да означава както физически интерфейс, така и протокол за пренос на данни.

Обикновено поддръжката на M-Bus се прилага само в измервателни устройства: топломери, електромери, водомери и др.

Ако е посочено, че измервателният уред поддържа M-bus, винаги трябва да изяснявате какво се има предвид:

• само физически интерфейс
• физически интерфейс и протокол (обикновено)
• само протокол.

Тези. Устройството може да поддържа протокола M-bus, но интерфейсът за връзка е например RS-485. Или устройството има M-bus интерфейс, но разработчиците на устройството са внедрили свой собствен протокол за обмен. В този случай, за да се свържете с ASUD-248, е необходимо да се договорите за протокола за обмен.

За повече информация относно свързването на M-Bus вижте

Статията е посветена на комуникационния протокол M‑Bus, предназначен за изграждане на система за измерване на енергия, характеристиките на архитектурната шина M‑Bus и оборудването ADFweb за M‑Bus мрежи.

LLC "Krona", Санкт Петербург

Въпреки цялата ни любов към свободата, ние вече сме свикнали с мрежите, които ни оплитат. Мрежи от асфалтови пътища на земята и кабели във въздуха, невидимият интернет и системи за събиране на данни в производството... И всяка мрежа има свои собствени правила, които ви позволяват да не се обърквате в нейните тънкости, а да я използвате за собствена полза.

Защо е необходим друг M-Bus протокол? Компютърната общност, участваща в процеса на измерване на енергията, се нуждае от собствени „условия за игра“, оптимизирани за вземане на показания от измервателните уреди. За контрол на потреблението на енергийни ресурси е необходима специфична мрежа – възможно най-проста и евтина, позволяваща свързването на много подчинени устройства към главното устройство, простиращо се на няколко километра. Специален протокол обслужва всички тези задачи.

M‑Bus („Meter-Bus“) е европейски стандарт за изграждане на разпределени системи за събиране на данни и търговско измерване на потреблението на енергия (топлоенергия, вода, газ, електричество и др.).

Стандартът M‑Bus е описан и одобрен от нормативни документи EN‑1434–3 (1997), GOST R EN‑143403-2006 от 01.09.06. Днес този стандарт се поддържа от повечето водещи производители на устройства за измерване на енергия и все повече се използва за решаване на проблеми с измерването на енергия в Русия.

Основните предимства на стандарта M‑Bus:

Лесно изграждане на мрежа;

Висока устойчивост на шум;

Дължината на комуникационните линии е до няколко километра;

Просто сегментиране на мрежата;

Голям брой измервателни точки;

Лесно постепенно разширяване на мрежата;

Пасивно захранване за подчинени устройства;

Минимални разходи за инсталиране и експлоатация на оборудването.

M‑Bus архитектура

Средата за предаване на данни за стандарта M‑Bus е медна „усукана двойка“ и няма строги изисквания за мрежовата архитектура. Въпреки това, разработчиците на M-Bus оборудване не препоръчват използването на архитектура тип „пръстен“ или използването на циклични фрагменти за мрежови сегменти.

Но мрежовата архитектура на M‑Bus може едновременно да включва елементи от типологиите „шина“ и „звезда“, което ви позволява да създавате гъвкави и произволни мрежови структури.

Протоколът за обмен на данни между устройствата на M‑Bus мрежата се основава на принципа „един главен – много подчинени“. Всеки мрежов сегмент изисква само едно главно устройство, което изпраща заявки и получава отговори от подчинени устройства (максимум 250 устройства на сегмент). Това напълно елиминира възможността за конфликтни ситуации в сегмента на мрежата M‑Bus.

Всички подчинени устройства са свързани паралелно към главното устройство чрез M‑Bus шина (усукана двойка) и полярността на свързване на устройствата към шината няма значение.

Предаването на данни чрез M‑Bus се извършва в сериен режим и в двете посоки. Шината поддържа номиналното ниво на напрежение от главното устройство, за да осигури захранване на подчинените устройства. За да предаде бит данни, главното устройство променя нивото на напрежение в шината, което се възприема от всички подчинени устройства. След като разпознае своя адрес в заявката, оторизираното подчинено устройство предава битове данни, променяйки тока, консумиран от M‑Bus. Тези промени се четат от главното устройство.

Физическата дължина на M‑Bus е ограничена от активното съпротивление на проводниците, което поради консумацията на ток на подчинените устройства намалява захранващото напрежение в мрежата, когато се отдалечава от главното устройство. Скоростта на пренос на данни в мрежите M‑Bus е ограничена от електрическия капацитет на шината и варира от 300 до 9600 бода. Ограничението за броя на Slave устройствата в един мрежов сегмент се определя от мощността на източника на напрежение на Master устройството и максималните възможности за адресиране - до 250 устройства.

Но въпреки всички предимства на протокола, използването му в системи за диспечерски контрол на автоматизирани системи за управление на процеси и ASKUE доскоро беше трудно поради следните причини:

На пазара имаше малък избор от оборудване за изграждане на M‑Bus мрежи;

Това оборудване беше твърде скъпо;

Липсваше справочна и техническа документация.

Тази ситуация се промени с появата на вътрешния пазар на оборудване на компанията ADFweb, която е специализирана в производството на оборудване за работа с индустриални протоколи. В края на 2010 г. компанията представи линия оборудване за M‑Bus мрежи. Информацията за тези устройства е представена в таблици 1 и 2.

Група от компании (GK) "Teplopribor" (Teplopribory, Prompribor, Heat control и др.)- това са уреди и автоматика за измерване, наблюдение и регулиране на параметрите на технологичните процеси (разходомер, топлорегулатор, топломер, контрол на налягане, ниво, свойства и концентрация и др.).

На цена на производител се доставят продукти както от собствено производство, така и от наши партньори - водещи заводи - производители на КИП, контролно оборудване, системи и оборудване за управление на технологични процеси - автоматизирани системи за управление на процеси (много са налични на склад или могат да бъдат произведени и изпратени в най-кратки срокове) .

Изпращане с M-Bus и RS485

По-долу са дадени два сравнителни примера на спецификации за диспечиране на топломери на жилищна сграда чрез кабелна верига, използваща M-Bus и RS485 интерфейси:

1. Търговска оферта с M-bus

Обект - многофамилна жилищна сграда с 53 ултразвукови топломера TSU-Du20:
1 вход 10 етажа 1 етаж нежилищни помещения от 2 до 9 етаж по 6 апартамента по 2 водомера на апартамент на 10 етаж 6 апартамента по 2 водомера на апартамент

Тип	Кол	Единична цена, търкайте.	Сума, търкайте.
Ethernet конвертор	1	9 350,00	9 350,00
Захранване IP	1	3 630,00	3 630,00
Mbus/RS485 конвертор	1	7 160,00	7 160,00
Обща сума:			20 140,00
С ДДС 18%			3 072,20

Обща сума за CP с компютър: 410 662,00 RUB.

Изпращане на база Mbus

2. Търговско предложение с RS485 за обекта

Обектът е жилищна сграда с 53 броя ултразвукови топломери TSU-Du20:
многожилищна сграда, 1 вход, 10 етажа, 1 етаж нежилищни помещения, 6 апартамента от 2 до 9 етаж, по 2 водомера на апартамент, 6 апартамента на 10 етаж, по 2 водомера на апартамент.

Тип	Кол	Единична цена, търкайте.	Сума, търкайте.
Ethernet конвертор	2	9 350,00	18 700,00
Захранване IP	2	3 360,00	7 260,00
Обща сума:			25 960,00
С ДДС 18%			3 960,00

Обща сума за CP с компютър: 451 462,00 RUB.
* — Системният блок (компютър-PC) се доставя по заявка на клиента.

RS485 базирано диспечиране

Допълнителна информация за интерфейси и протоколи

1. Разлика между M-Bus и ModBas

M-Bus интерфейс (Meter-Bus)- стандарт на физически слой за полева шина, базирана на асинхронен интерфейс. Това име също се отнася до комуникационния протокол, използван за комуникация между устройства в тази шина. Интерфейсът M-bus се използва главно за измервателни устройства за електрическа енергия (електромери), топлинна енергия (топломери), разходомери за вода и газ.

Modbus протокол- отворен комуникационен протокол, базиран на архитектура master-slave. Широко използван в индустрията за организиране на комуникация между електронни устройства. Може да се използва за предаване на данни чрез серийни комуникационни линии, RS-485, RS-422, RS-232 и TCP/IP мрежи (Modbus TCP). Има и нестандартни реализации, които използват UDP.
"MODBUS" и "MODBUS Plus" не трябва да се бъркат. MODBUS Plus е патентован протокол, собственост на Schneider Electric. Физическият слой е уникален, подобен на Ethernet 10BASE-T, полудуплекс върху една усукана двойка, скорост 1 Mbit/s. Транспортният протокол е HDLC, върху който е указано разширение за предаване на MODBUS PDU.

2. Разлика между интерфейсите RS485/RS422 и RS232 и USB

а) RS-485 интерфейс

Интерфейс RS-485 (препоръчителен стандарт на английски език 485), EIA-485 (English Electronic Industries Alliance-485) е стандарт за физически слой за асинхронен интерфейс. Регулира електрическите параметри на полудуплексна многоточкова диференциална комуникационна линия от типа „обща шина“.

Стандартът RS-485 придоби голяма популярност и се превърна в основа за създаването на цяло семейство индустриални мрежи, широко използвани в индустриалната автоматизация.
Стандартът RS-485 използва единична усукана двойка проводници за предаване и получаване на данни, понякога придружена от плетено екраниране или общ проводник.
Предаването на данни към RS485 се осъществява чрез диференциални сигнали. Разликата в напрежението между проводници с еднакъв поляритет означава логическа единица, разликата на другата полярност означава нула.

Тъй като интерфейсите RS485/422 са реализирани на диференциални комуникационни линии, тяхната шумоустойчивост е много добра. Обикновено се използват кабелни инсталации с характерен импеданс от 120 ома. Съответстващите резистори трябва да бъдат поставени в краищата на линиите. RS485 линиите могат да бъдат с дължина до 1 километър.

RS422 интерфейсе "олекотена" версия на RS485. Той има намалени изходни токове на трансмитера и следователно по-малък капацитет на натоварване. За подобряване на тези параметри се използват повторители на данни.

Интерфейсът RS485 реализира основния принцип на обмен на данни. Може да адресира до 63 порта. Строго погледнато, RS422 е радиален интерфейс, но много производители на оборудване го допълват с възможност за магистрална връзка и частична съвместимост с RS485 (с намалени параметри на товароносимост).

б) RS232 интерфейс

RS232 интерфейсизградени върху еднополярни линии за данни. Следователно неговата производителност и максимална дължина на кабела са малки. RS232 се използва за свързване на периферно оборудване за управление на компютри. RS232 е радиален интерфейс, така че в него няма понятие за адрес. Тези фактори спомагат за подобряване на ефективността на интерфейса към системите за събиране на данни и периферното оборудване.

в) USB интерфейс

USB (USB, английски Universal Serial Bus - „универсална серийна шина“) е сериен интерфейс за свързване на периферни устройства към компютри. USB интерфейсът стана широко разпространен и всъщност се превърна в основния интерфейс за свързване на периферни устройства към битово цифрово оборудване.

USB интерфейсът позволява не само обмен на данни, но и захранване на периферно устройство. Мрежовата архитектура ви позволява да свържете голям брой периферни устройства дори към устройство с един USB конектор.

Развитието на високите технологии опростява работата на съвременните услуги, включително в сектора на комуналните услуги. Необходимостта човек да взема показания от измервателните уреди и да ги предава на контролния пункт е напълно елиминирана чрез въвеждане на системата m-bus, която организира пълноценен модерен контролен център, който автоматично получава показанията. Стандартът е одобрен от регулаторната документация от 1997 г. EN-1434-3 и GOST от 2006 г. EN-1434-3-2006. Системата е широко разпространена в Източна и Западна Европа. С негова помощ е възможно да се вземат показания от измервателни уреди за вода, топлина, газ и електричество в жилищни и промишлени сгради.

Организиране на диспечерска мрежа за отчитане на измервателните уреди

Европейски стандарт m-bus - система за събиране на данни от уреди за измерване на енергия. С помощта на този стандарт е възможно да се организира събирането на данни за консумацията, записана от измервателни уреди от стотици устройства. За целта се полагат кабелни системи - m-bus шини, към които се свързва устройството.

Системата m-bus има ясни предимства, които позволяват да се използва за създаване на подходящи диспечерски мрежи:

• стабилно предаване на информация от голям брой неинициативни източници на разстояния до няколко километра;
• системата е евтина и не изисква големи разходи за нейното инсталиране и експлоатация;
• системата лесно се преструктурира и допълва с нови източници на данни;
• позволява пълна моментна снимка на реалното състояние на показанията на измервателните уреди, като се вземат данни едновременно от много източници;
• показанията могат лесно да се вземат от инструменти, разположени на труднодостъпни места;
• Системата може да бъде оптимизирана според изискванията на клиента.

M-bus протокол

Данните се предават през системата с помощта на шумоустойчив протоколм— автобус. Този протокол се използва в схемата "един главен - много подчинени". Всеки мрежов сегмент използва един главен, който изпраща заявки и получава отговори от всяко устройство. Тази схема ви позволява да избягвате конфликти в мрежата. Данните се предават по шината в сериен режим. За да предаде бит данни, главният променя напрежението на шината. Всяко от устройствата слуша този сигнал, научавайки кое от тях получава заявката. Устройството, до което се осъществява достъп, предава битове данни в отговор, променяйки напрежението на шината, които се четат от главния.

M-bus master

m-bus master е централното устройство, което контролира работата на мрежата. Компютър или друго устройство може да действа като m-bus master, запазвайки данни от устройства и изпращайки сигнали за извличане на данни. m-bus master също захранва устройствата чрез кабелна връзка. Системата може допълнително да включва различни сензори (налягане, температура, дим), които също се захранват от m-bus master.

Автобус и хъб в m-bus мрежата

В m-bus мрежата е възможно да се събират данни от голям брой устройства. Въпреки това е невъзможно да се постави кабел от сървъра до всяко от устройствата, така че мрежата използва m-bus хъб, който свързва много устройства и след това се свързва директно към компютъра на диспечера или към интернет. Хъбът действа и като архиватор. Без него системата m-bus взема текущи показания на брояча, но с хъб е възможно да се вземат показания, записани от устройството. Това устройство се управлява от компютъра на диспечера и организира прехвърлянето на данни от устройствата, съхранява информацията от тях и ги изпраща чрез сигнал към контролния компютър. Има модели концентратори за 25, 60 или 250 абоната. Хъбовете могат да действат като повторител, така че е възможно да се изгради мрежа от няколко хъба, подчинени на които са изградени други хъбове, които имат свои абонати.

Данните се предават по медна усукана двойка - m-bus. Устройството може да бъде свързано към шината с помощта на телефонен кабел 2x0,75 mm2, чиято дължина може да бъде 1-5 метра. В зависимост от отдалечеността на диспечерския компютър се използва RS232/USB интерфейс за свързване на хъба към компютър или модем. Ограниченията на дължината на преносните кабели се дължат на нарастващото съпротивление на проводника в зависимост от увеличаването на дължината. Промяната на нивото на напрежение на шината, което е сигнал по време на предаване на данни, е трудно. Броят на свързващите подчинени устройства също е ограничен. Максималният брой може да бъде 250. Колко бързо се прехвърлят данните в мрежата зависи от електрическия капацитет на шината. Обикновено тя е в диапазона 300-9600 bps.

Ретранслаторите, използвани за разширяване на мрежа, обикновено предоставят визуална информация за претоварването на мрежата. Уредите имат индикация, чрез която можете да определите режима на работа и възможността за добавяне на устройства. Например, на Hydro-Center 60/250/Memory повторител, индикацията на m-bus може да бъде в следните режими:

• зеленият цвят означава до половината натоварване на гумата;
• жълто - натоварването на шината надвишава 100%, устройството работи, но се издава предупреждение, че добавянето на повече устройства към мрежата е неприемливо;
• червено - това е критично претоварване на устройството. Трябва да се рестартира и да се провери за обслужване.

Конвертори за m-bus мрежа

Мрежовият интерфейс m-bus използва напрежение от 36V. Свързаните в мрежата устройства, оборудвани с други интерфейси (например RS232, RS485), работят при различни стойности на напрежението, така че пред тях трябва да се инсталират специални преобразуватели. Преобразуване на нива на напрежение. Пример за такова устройство е преобразувателят m-bus 10. Този преобразувател m-bus ви позволява да свържете до 10 измервателни устройства. Работи в мрежата като майстор. Устройството съдържа индикаторни диоди, които показват състоянието на захранването и режима на пренос на данни. Конверторите се използват и в системи, където е необходимо да се преобразуват и предават данни от мрежа, която работи в m-bus, към система, която предава телеметрични данни, например SCADA. Като такова устройство се използва NPE-Modbus.

Измервателни уреди с възможност за предаване на данни по мрежа

Устройствата за измерване на енергия, използвани в m-bus системите, са оборудвани със специален модул. Топломери, които включват такъв модул, могат да бъдат два вида. При първия тип m-bus модулът е вграден в устройството, при втория е допълнителен. Модулът е печатна платка, която поддържа функция за пренос на данни. Наличието на такъв модул трябва да бъде отбелязано в паспорта на устройството. Проводниците на шината са свързани към винтовите клеми на измервателния уред. Максималният възможен диаметър на свързаните проводници е 2,5 mm, а напрежението на шината е не повече от 50V.