地铁行业ISCS/BAS中Modbus通信协议的应用分析

刘鹏展

沈阳地铁集团有限公司运营分公司 辽宁 沈阳 110141

正文：

引言

在地铁行业中，Modbus通信协议在环境与设备监控系统（BAS）以及集成了其功能的综合监控系统（ISCS）与其所监控/监视的机电设备系统间通信中有着广泛的应用。

1 应用背景

1.1 相关规范对BAS接口的要求

根据《地铁设计规范》要求，ISCS/BAS应对包括隧道风机在内的通风、空调与供暖系统设备以及站台门、电梯、自动扶梯等设备的状态进行监控/监视。而根据规范要求及实际运营需求，上述设备的监控/监视点位往往较多，加之有些监视数据为模拟量，故采取硬件接口已不切合实际，使用通信接口是必然。

另外，BAS与火灾自动报警系统（FAS）接口中明确要求“环境与设备监控系统和火灾自动报警系统之间应设置通信接口”、“火灾自动报警控制盘（FACP）与BAS的主控制器间设置RS485串行通信接”。

1.2 Modbus通信协议的采用

Modbus通信协议是美国莫迪康公司于为其生产的PLC而发布的一款串行通信协议，现已成为行业实际上的标准通信协议。Modbus通信协议具备如下优势：

（1）在工业产品上应用成熟；

（2）协议公开发布且免版税；

（3）易于实施和维护，成本较低；

（4）对各家产品来说，移动原始位及字节没有过多限制。

2 Modbus通信协议概述及在ISCS/BAS上的应用情况

Modbus通信协议是OSI模型中第7层应用层的通信协议，为安装在不同总线或网络间的设备提供“客户机/服务器”通信功能，Modbus通信报文格式与所采用的物理接口形式无关，一般通过以下三种形式实现：

2.1 Modbus TCP形式

采取基于TCP/IP的以太网通信方式，使用502端口。此种形式在地铁ISCS/BAS中，多体现在ISCS/BAS工作站上监控软件的应用，比如施耐德Citect、西门子WinCC OA与本系统内PLC之间的通信，以及与通信乘客信息系统（PIS）等接口系统之间的通信。

2.2 串口形式

主要是通过RS232/422/485、光纤等形式实现通信功能，在地铁ISCS/BAS应用最为广泛，多体现在PLC与隧道风机、送排风机、自动扶梯、电梯、智能低压等设备间的通信，实现对上述的设备的监控/监视。

因为上述ISCS/BAS所监视设备的安装位置分散且距离较远（有些距离超过了100米），所以实际应用中基本采用RS485接口。又因为所监控/监视设备的信息数量较多，所以通信传输模式基本选择RTU模式。另外，RS485的接头方式灵活，普通螺丝端子、RJ45端子、DB9端子均可使用，也是其优势之一。

2.3 Modbus Plus（简称Modbus+或MB+）形式

以双绞线作为通信介质，在地铁ISCS/BAS中，由于Modbus Plus为非公开协议，而接口设备多不支持该协议，所以通常通过加装专用通信转换模块（比如施耐德的BM85网桥，实现Modbus与Modbus Plus之间的协议转换）实现与隧道风机、送排风机、自动扶梯、电梯、智能低压等设备的接口通信。虽然其稳定性好、通信效率较高，但因为其协议不开放，中间须加装转换模块等不便之处，导致其应用越来越少。

3 使用中存在的问题及解决方法

由于Modbus TCP稳定性受现场施工影响较小，所以故障很少，反而是使用RS485通信的设备故障时有发生，主要体现为监控/监视设备的状态突然消失，或通信状态时有时无，此种问题多由如下原因导致：

3.1 通信电缆屏蔽线接线错误

故障原因1：具体体现为屏蔽线未接地或双端接地，以双端接地情况较多；分支电缆接头处的屏蔽线接触不良。

解决方法：保证通信电缆单端接地，同时保证所有主干电缆、分支电缆屏蔽线连接良好；另外，在建设期接口规约中明确单端接地的责任方，以降低故障发生几率。

故障原因2：通信电缆屏蔽线中间存在断点。

解决方法：更换整根通信电缆。由于地铁内施工受限条件较多，应急处理时，可考虑将屏蔽线双端接地，一般可满足临时通信需求。另外，为了保证故障处理效率，在经济条件允许的情况下，提高现场备用通信电缆的数量。

3.2 终端电阻损坏或缺失

在ISCS/BAS中，加装终端电阻情况总体较少；但也存在受现场条件所限而出现一条总线上多个设备集中安装以及末端设备距离较远的情况，此时有可能出现加装终端电阻的情况。

解决方案：恢复终端电阻；如果终端电阻消耗功率较大，可考虑终端电阻与电容组合方案。为了最大可能避免日后此类故障的出现几率、降低故障影响范围（当多个不同或不同类型的设备连接在ISCS/BAS同一串口时）、提高故障处理效率，可考虑为每个监控/监视设备或每类监控/监视设备设置独立串口。

结束语：

Modbus通信协议在地铁ISCS/BAS及其接口产品有着广泛应用，所以ISCS/BAS其维护人员在掌握与接口设备通信规约的同时，更应充分了解Modbus通信协议格式、内容，方能有效的维护ISCS/BAS。鉴于Modbus串口通信相对容易受施工质量影响，故建议在ISCS/BAS建设用户需求书讨论阶段应充分考虑包括总线拓扑形式、备用通信电缆预留在内的与日后维护相关的技术需求。