地鐵行業ISCS/BAS中Modbus通信協議的應用分析

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

在地鐵行業中，Modbus通信協議在環境與設備監控系統（BAS）以及集成了其功能的綜合監控系統（ISCS）與其所監控/監視的機電設備系統間通信中有著廣泛的應用。

1 應用背景

1.1 相關規范對BAS接口的要求

根據《地鐵設計規范》要求，ISCS/BAS應對包括隧道風機在內的通風、空調與供暖系統設備以及站臺門、電梯、自動扶梯等設備的狀態進行監控/監視。而根據規范要求及實際運營需求，上述設備的監控/監視點位往往較多，加之有些監視數據為模擬量，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與火災自動報警系統（FAS）接口中明確要求“環境與設備監控系統和火災自動報警系統之間應設置通信接口”、“火災自動報警控制盤（FACP）與BAS的主控制器間設置RS485串行通信接”。

1.2 Modbus通信協議的采用

Modbus通信協議是美國莫迪康公司于為其生產的PLC而發布的一款串行通信協議，現已成為行業實際上的標準通信協議。Modbus通信協議具備如下優勢：

（1）在工業產品上應用成熟；

（2）協議公開發布且免版稅；

（3）易于實施和維護，成本較低；

（4）對各家產品來說，移動原始位及字節沒有過多限制。

2 Modbus通信協議概述及在ISCS/BAS上的應用情況

Modbus通信協議是OSI模型中第7層應用層的通信協議，為安裝在不同總線或網絡間的設備提供“客戶機/服務器”通信功能，Modbus通信報文格式與所采用的物理接口形式無關，一般通過以下三種形式實現：

2.1 Modbus TCP形式

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

2.2 串口形式

主要是通過RS232/422/485、光纖等形式實現通信功能，在地鐵ISCS/BAS應用最為廣泛，多體現在PLC與隧道風機、送排風機、自動扶梯、電梯、智能低壓等設備間的通信，實現對上述的設備的監控/監視。

因為上述ISCS/BAS所監視設備的安裝位置分散且距離較遠（有些距離超過了100米），所以實際應用中基本采用RS485接口。又因為所監控/監視設備的信息數量較多，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，也是其優勢之一。

2.3 Modbus Plus（簡稱Modbus+或MB+）形式

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

3 使用中存在的問題及解決方法

由于Modbus TCP穩定性受現場施工影響較小，所以故障很少，反而是使用RS485通信的設備故障時有發生，主要體現為監控/監視設備的狀態突然消失，或通信狀態時有時無，此種問題多由如下原因導致：

3.1 通信電纜屏蔽線接線錯誤

故障原因1：具體體現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，在建設期接口規約中明確單端接地的責任方，以降低故障發生幾率。

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。由于地鐵內施工受限條件較多，應急處理時，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，在經濟條件允許的情況下，提高現場備用通信電纜的數量。

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；但也存在受現場條件所限而出現一條總線上多個設備集中安裝以及末端設備距離較遠的情況，此時有可能出現加裝終端電阻的情況。

解決方案：恢復終端電阻；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幾率、降低故障影響范圍（當多個不同或不同類型的設備連接在ISCS/BAS同一串口時）、提高故障處理效率，可考慮為每個監控/監視設備或每類監控/監視設備設置獨立串口。

結束語：

Modbus通信協議在地鐵ISCS/BAS及其接口產品有著廣泛應用，所以ISCS/BAS其維護人員在掌握與接口設備通信規約的同時，更應充分了解Modbus通信協議格式、內容，方能有效的維護ISCS/BAS。鑒于Modbus串口通信相對容易受施工質量影響，故建議在ISCS/BAS建設用戶需求書討論階段應充分考慮包括總線拓撲形式、備用通信電纜預留在內的與日后維護相關的技術需求。