地鐵行業(yè)ISCS/BAS中Modbus通信協(xié)議的應(yīng)用分析

劉鵬展

沈陽地鐵集團有限公司運營分公司 遼寧 沈陽 110141

正文：

引言

在地鐵行業(yè)中，Modbus通信協(xié)議在環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）以及集成了其功能的綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS）與其所監(jiān)控/監(jiān)視的機電設(shè)備系統(tǒng)間通信中有著廣泛的應(yīng)用。

1 應(yīng)用背景

1.1 相關(guān)規(guī)范對BAS接口的要求

根據(jù)《地鐵設(shè)計規(guī)范》要求，ISCS/BAS應(yīng)對包括隧道風(fēng)機在內(nèi)的通風(fēng)、空調(diào)與供暖系統(tǒng)設(shè)備以及站臺門、電梯、自動扶梯等設(shè)備的狀態(tài)進行監(jiān)控/監(jiān)視。而根據(jù)規(guī)范要求及實際運營需求，上述設(shè)備的監(jiān)控/監(jiān)視點位往往較多，加之有些監(jiān)視數(shù)據(jù)為模擬量，故采取硬件接口已不切合實際，使用通信接口是必然。

另外，BAS與火災(zāi)自動報警系統(tǒng)（FAS）接口中明確要求“環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)和火災(zāi)自動報警系統(tǒng)之間應(yīng)設(shè)置通信接口”、“火災(zāi)自動報警控制盤（FACP）與BAS的主控制器間設(shè)置RS485串行通信接”。

1.2 Modbus通信協(xié)議的采用

Modbus通信協(xié)議是美國莫迪康公司于為其生產(chǎn)的PLC而發(fā)布的一款串行通信協(xié)議，現(xiàn)已成為行業(yè)實際上的標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議。Modbus通信協(xié)議具備如下優(yōu)勢：

（1）在工業(yè)產(chǎn)品上應(yīng)用成熟；

（2）協(xié)議公開發(fā)布且免版稅；

（3）易于實施和維護，成本較低；

（4）對各家產(chǎn)品來說，移動原始位及字節(jié)沒有過多限制。

2 Modbus通信協(xié)議概述及在ISCS/BAS上的應(yīng)用情況

Modbus通信協(xié)議是OSI模型中第7層應(yīng)用層的通信協(xié)議，為安裝在不同總線或網(wǎng)絡(luò)間的設(shè)備提供“客戶機/服務(wù)器”通信功能，Modbus通信報文格式與所采用的物理接口形式無關(guān)，一般通過以下三種形式實現(xiàn)：

2.1 Modbus TCP形式

采取基于TCP/IP的以太網(wǎng)通信方式，使用502端口。此種形式在地鐵ISCS/BAS中，多體現(xiàn)在ISCS/BAS工作站上監(jiān)控軟件的應(yīng)用，比如施耐德Citect、西門子WinCC OA與本系統(tǒng)內(nèi)PLC之間的通信，以及與通信乘客信息系統(tǒng)（PIS）等接口系統(tǒng)之間的通信。

2.2 串口形式

主要是通過RS232/422/485、光纖等形式實現(xiàn)通信功能，在地鐵ISCS/BAS應(yīng)用最為廣泛，多體現(xiàn)在PLC與隧道風(fēng)機、送排風(fēng)機、自動扶梯、電梯、智能低壓等設(shè)備間的通信，實現(xiàn)對上述的設(shè)備的監(jiān)控/監(jiān)視。

因為上述ISCS/BAS所監(jiān)視設(shè)備的安裝位置分散且距離較遠（有些距離超過了100米），所以實際應(yīng)用中基本采用RS485接口。又因為所監(jiān)控/監(jiān)視設(shè)備的信息數(shù)量較多，所以通信傳輸模式基本選擇RTU模式。另外，RS485的接頭方式靈活，普通螺絲端子、RJ45端子、DB9端子均可使用，也是其優(yōu)勢之一。

2.3 Modbus Plus（簡稱Modbus+或MB+）形式

以雙絞線作為通信介質(zhì)，在地鐵ISCS/BAS中，由于Modbus Plus為非公開協(xié)議，而接口設(shè)備多不支持該協(xié)議，所以通常通過加裝專用通信轉(zhuǎn)換模塊（比如施耐德的BM85網(wǎng)橋，實現(xiàn)Modbus與Modbus Plus之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換）實現(xiàn)與隧道風(fēng)機、送排風(fēng)機、自動扶梯、電梯、智能低壓等設(shè)備的接口通信。雖然其穩(wěn)定性好、通信效率較高，但因為其協(xié)議不開放，中間須加裝轉(zhuǎn)換模塊等不便之處，導(dǎo)致其應(yīng)用越來越少。

3 使用中存在的問題及解決方法

由于Modbus TCP穩(wěn)定性受現(xiàn)場施工影響較小，所以故障很少，反而是使用RS485通信的設(shè)備故障時有發(fā)生，主要體現(xiàn)為監(jiān)控/監(jiān)視設(shè)備的狀態(tài)突然消失，或通信狀態(tài)時有時無，此種問題多由如下原因?qū)е拢?/p>

3.1 通信電纜屏蔽線接線錯誤

故障原因1：具體體現(xiàn)為屏蔽線未接地或雙端接地，以雙端接地情況較多；分支電纜接頭處的屏蔽線接觸不良。

解決方法：保證通信電纜單端接地，同時保證所有主干電纜、分支電纜屏蔽線連接良好；另外，在建設(shè)期接口規(guī)約中明確單端接地的責(zé)任方，以降低故障發(fā)生幾率。

故障原因2：通信電纜屏蔽線中間存在斷點。

解決方法：更換整根通信電纜。由于地鐵內(nèi)施工受限條件較多，應(yīng)急處理時，可考慮將屏蔽線雙端接地，一般可滿足臨時通信需求。另外，為了保證故障處理效率，在經(jīng)濟條件允許的情況下，提高現(xiàn)場備用通信電纜的數(shù)量。

3.2 終端電阻損壞或缺失

在ISCS/BAS中，加裝終端電阻情況總體較少；但也存在受現(xiàn)場條件所限而出現(xiàn)一條總線上多個設(shè)備集中安裝以及末端設(shè)備距離較遠的情況，此時有可能出現(xiàn)加裝終端電阻的情況。

解決方案：恢復(fù)終端電阻；如果終端電阻消耗功率較大，可考慮終端電阻與電容組合方案。為了最大可能避免日后此類故障的出現(xiàn)幾率、降低故障影響范圍（當(dāng)多個不同或不同類型的設(shè)備連接在ISCS/BAS同一串口時）、提高故障處理效率，可考慮為每個監(jiān)控/監(jiān)視設(shè)備或每類監(jiān)控/監(jiān)視設(shè)備設(shè)置獨立串口。

結(jié)束語：

Modbus通信協(xié)議在地鐵ISCS/BAS及其接口產(chǎn)品有著廣泛應(yīng)用，所以ISCS/BAS其維護人員在掌握與接口設(shè)備通信規(guī)約的同時，更應(yīng)充分了解Modbus通信協(xié)議格式、內(nèi)容，方能有效的維護ISCS/BAS。鑒于Modbus串口通信相對容易受施工質(zhì)量影響，故建議在ISCS/BAS建設(shè)用戶需求書討論階段應(yīng)充分考慮包括總線拓?fù)湫问?、備用通信電纜預(yù)留在內(nèi)的與日后維護相關(guān)的技術(shù)需求。