一、INTERBUS 總線概述

　　隨著現(xiàn)場總線技術的出現(xiàn)和發(fā)展，各種現(xiàn)場總線的市場競爭日趨激烈，在IEC61158國際標準中，八種總線（FF的H1、FF-HSE、 Profibus、INTERBUS、P-NET、WorldFIP、 ControlNet、SwiftNet）均列入國際標準，形成多種總線共同競爭的局面?，F(xiàn)場總線（Fieldbus）是20世紀80年代末、90年代初國際上發(fā)展形成的，用于過程自動化、制造自動化、樓宇自動化等領域的現(xiàn)場智能設備互連通訊網(wǎng)絡。它作為工廠數(shù)字通信網(wǎng)絡的基礎，溝通了生產(chǎn)過程現(xiàn)場及控制設備之間及其與更高控制管理層次之間的聯(lián)系。它不僅是一個基層網(wǎng)絡，而且還是一種開放式、新型全分布控制系統(tǒng)。這項以智能傳感、控制、計算機、數(shù)字通訊等技術為主要內(nèi)容的綜合技術，已經(jīng)受到世界范圍的關注，成為自動化技術發(fā)展的熱點，并將導致自動化系統(tǒng)結構與設備的深刻變革。國際上許多實力、有影響的公司都先后在不同程度上進行了現(xiàn)場總線技術與產(chǎn)品的開發(fā)?，F(xiàn)場總線設備的工作環(huán)境處于過程設備的底層，作為工廠設備級基礎通訊網(wǎng)絡，要求具有協(xié)議簡單、容錯能力強、安全性好、成本低的特點 :具有一定的時間確定性和較高的實時性要求，還具有網(wǎng)絡負載穩(wěn)定，多數(shù)為短幀傳送、信息交換頻繁等特點。由于上述特點，現(xiàn)場總線系統(tǒng)從網(wǎng)絡結構到通訊技術，都具有不同上層高速數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的特色。

　　InterBus是一個傳感器/調(diào)節(jié)器總線系統(tǒng)，特別適用于工業(yè)用途，能夠提供從控制級設備至底層限定開關的一致的網(wǎng)絡互聯(lián)。它通過一根單一電纜來連接所有的設備，而無需考慮操作的復雜度，并允許用戶充分利用這種優(yōu)勢來減少整體系統(tǒng)的安裝和維護成本。INTERBUS作為IEC61158標準之一，廣泛地應用于制造業(yè)和機器加工行業(yè)中，用于連接傳感器/執(zhí)行器的信號到計算機控制站，是一種開放的串行總線系統(tǒng)。INTERBUS總線于1984年推出，其主要技術開發(fā)者為德國的Phoenix Contact公司。INTERBUS Club是INTERBUS 設備生產(chǎn)廠家和用戶的性組織，目前在17個國家和地區(qū)設立了獨立的Club組織，共有500多個成員。INTERBUS總線包括遠程總線網(wǎng)絡和本地總線網(wǎng)絡，兩種網(wǎng)絡傳送相同的信號但電平不同。遠程總線網(wǎng)絡用于遠距離傳送數(shù)據(jù)，采用RS-485傳輸，網(wǎng)絡本向不供電，遠程網(wǎng)絡采用全雙工方式進行通訊，通訊速率為500k/s.本地總線網(wǎng)絡連接到遠程網(wǎng)絡上，網(wǎng)絡上的總線終端BT（BUS Terminal）上的BK模塊負責將遠程網(wǎng)絡數(shù)據(jù)轉換為本地網(wǎng)絡數(shù)據(jù)。

　　1、INTERBUS總線結構

　　INTERBUS總線包括遠程總線網(wǎng)絡和本地總線網(wǎng)絡，兩種網(wǎng)絡傳送相同的信號但電平不同。遠程總線網(wǎng)絡用于遠距離數(shù)據(jù)傳送，采用RS-485傳輸，遠程網(wǎng)絡采用全雙工方式進行通訊，通訊速率為500k/s.本地總線網(wǎng)絡連接到遠程網(wǎng)絡上，網(wǎng)絡上的總線終端BT的BK模塊負責將遠程網(wǎng)絡數(shù)據(jù)轉換為本地網(wǎng)絡數(shù)據(jù)。

　　INTERBUS總線上的主要設備有總線終端BT（BUS Terminal）上的BK模塊、I/O模塊和安裝在PC或PLC等上位主設備中的總線控制板?？偩€控制板是INTERBUS總線上的主設備，用于實現(xiàn)協(xié)議的控制、錯誤的診斷、組態(tài)的存儲等功能。I/O模塊實現(xiàn)在總線控制板和傳感器/執(zhí)行器之間接收和傳輸數(shù)據(jù)，可處理的數(shù)據(jù)類型包括機械制造和流程工業(yè)的所有標準信號。

　　2、INTERBUS總線的協(xié)議特點

　　（1）物理層

　　結構：硬件數(shù)據(jù)環(huán)，所有設備在組態(tài)時自動編址 .

　　距離：分布式，長距離可達12.8km,系統(tǒng)安裝費用低 .

　　傳輸介質：雙絞線、光纜、紅外線等，網(wǎng)絡可在各種工業(yè)環(huán)境聯(lián)接，并可混合使用 .

　　（2）數(shù)據(jù)鏈路層

　　協(xié)議傳輸：全雙工、集總幀（summation-frame）結構 ,網(wǎng)絡上的所有I/O可同時更新數(shù)據(jù) .

　　協(xié)議仲裁：無仲裁，數(shù)據(jù)可無干擾地連續(xù)傳送 .

　　數(shù)據(jù)吞吐量：在7.8ms內(nèi)可讀寫4096個數(shù)據(jù)，I/O數(shù)據(jù)更新時間比解決應用邏輯需要的時間快數(shù)倍 .

　　錯誤校驗：每次網(wǎng)絡聯(lián)接都進行CRC校驗，傳輸數(shù)據(jù)更可靠、正確 .

　　（3）應用層

　　診斷：可實現(xiàn)網(wǎng)絡故障定位，實現(xiàn)更多的正常工作時間，減少維護費用，提高可靠性 .

　　協(xié)議的適應性：支持高速的數(shù)字量、模擬量和client-sever信息的傳輸，可適應絕大多數(shù)的控制要求 .

　　I/O的擴展性：可聯(lián)接254個遠程站點，4096個I/O 有更好的系統(tǒng)適應性 .

　?。?）連通性

　　開放性：1000多家廠商提供2500多種兼容設備， 可供選擇的供應商多，能為系統(tǒng)提供的配置 .

　　標準 :DIN19258 EN50254 IEC61158 ,系統(tǒng)標準統(tǒng)一

　　（5）數(shù)據(jù)傳輸

　　INTERBUS的數(shù)據(jù)傳輸類似于一個遠程距離移位寄存器，數(shù)據(jù)從總線控制板的數(shù)據(jù)寄存器移出，經(jīng)過網(wǎng)絡上的BK模塊和I/O模塊，又移入總線控制板的寄存器。也就是說，數(shù)據(jù)從總線控制板上的數(shù)據(jù)寄存器的移進移出是同時進行的（全雙工模式）。INTERBUS作為一種基于現(xiàn)場的總線系統(tǒng)，在I/O網(wǎng)絡中有十分快的通訊速度：256個I/O時，距離12.8km時為15ms,300m時為3ms.在信息管理層，INTERBUS通過以太網(wǎng)實現(xiàn)互聯(lián)，I/O層（I/O level）、現(xiàn)場層（field level）、控制層（control level）使用INTERBUS系統(tǒng)，上層管理層（management level）通過以太網(wǎng)相連接并和internet相聯(lián)，從而用戶可通過PC機撥號上網(wǎng)，對遠方的INTERBUS網(wǎng)絡的設備進行操作并獲取設備的數(shù)據(jù)信息。

　　INTERBUS作為一種基于現(xiàn)場的總線系統(tǒng)，在I/O網(wǎng)絡中有十分快的通訊速度：254個I/O時，距離12.8km時為15ms,300m時為3ms.在信息管理層，INTERBUS通過以太網(wǎng)實現(xiàn)互聯(lián)，I/O層（I/O level）、現(xiàn)場層（field level）、控制層（control level）使用INTERBUS系統(tǒng)，上層管理層（management level）通過以太網(wǎng)相連接并和internet相聯(lián)，從而用戶可通過PC機撥號上網(wǎng)，對遠方的INTERBUS網(wǎng)絡的設備進行操作并獲取設備的數(shù)據(jù)信息。

　　二、在光電切紙機中的應用

　　光電切紙機使用西門子公司的SIMATIC S5作為上位機，控制變頻調(diào)速電動機來進行切紙。各設備之間的通訊使用現(xiàn)場總線INTERBUS系統(tǒng) .光電切紙機分為五個部分，放紙架單元、打標單元、橫切刀單元、搭接單元，送紙單元，它們分別位于三組控制柜中，分別由三個不同的 SIMATIC S5 PLC 控制。

　　其特點是

　?。?） 控制分散：整個設備內(nèi)部有15臺電動機及上百個開關和電磁閥，且電動機均采用了變頻傳動。

　?。?）中央監(jiān)控：各部分的工作狀態(tài)要求傳送到中心控制器+H1柜中的PLC S5中，進行數(shù)據(jù)的顯示和故障信息的顯示并可以根據(jù)需要進行數(shù)據(jù)的打印處理。

　　對于光電切紙控制系統(tǒng)，如果現(xiàn)場信號的連接采用點對點的放線方式，就產(chǎn)生了由于現(xiàn)場設備分散，點對點需要敷設大量控制電纜的問題。另外，從控制的角度還有一個更重要的問題――長線控制問題：一部分控制電纜放線的長度過長，會帶來控制壓降過大和交流電容過高，導致繼電器工作不穩(wěn)定等問題。

　　其拓撲結構如下：

　?。?）INTERBUS系統(tǒng)在H18柜SIMATIC S5系統(tǒng)中的系統(tǒng)硬件結構，H10和H1柜中的結構與此相近。

　　SIMATIC S5系統(tǒng)項目下方分別建立了四個IBS ST 24-LK光電轉換模塊，每個轉換模塊帶有幾個I/O模擬和數(shù)字的輸入輸出模塊，把現(xiàn)場的數(shù)據(jù)轉換成光信號，進行數(shù)據(jù)的傳輸。該系統(tǒng)是光電切紙機的門和搭接控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集部分。所以把每一組光電轉換模塊都安裝在離現(xiàn)場儀表較近的控制柜中，較好的解決了布線問題，使布線簡潔、維修方便，而且較好的解決了由于切紙機系統(tǒng)中使用變頻器所帶來的頻率干擾問題，使系統(tǒng)穩(wěn)定性大大增強。

　　三、下面以H18柜為例簡單的描述一下INTERBUS系統(tǒng)通訊功能在SIMATIC S5系統(tǒng)中的實現(xiàn)

　　OB1是S5的組織塊，是S5系統(tǒng)軟件中的主程序，應用程序通過模塊化的編程，通過程序的調(diào)用執(zhí)行。OB21和OB22也是組織塊，其中OB22 是PLC電源上電時加載，即所謂的冷啟動，OB21是PLC從STOP狀態(tài)到START狀態(tài)時加載，即所謂的熱啟動。在啟動完成之后，交給OB1主程序。我們在OB21和OB22中加入FB210功能塊，調(diào)用FB60,使INTERBUS總線和PLC實現(xiàn)同步，生成和輸入數(shù)據(jù)塊的基本數(shù)據(jù)，等待控制器讀取。

　　四、結束語

　　在三、四分廠光電切紙機安裝完成之后的生產(chǎn)使用中，INTERBUS系統(tǒng)運行穩(wěn)定。INTERBUS現(xiàn)場總線系統(tǒng)在應用中有如下的特點：

　?。?） 維護簡單

　　布線結構清晰、模塊功能明確的優(yōu)點是顯而易見的。再加上總線系統(tǒng)本身具有的高診斷功能，使總線系統(tǒng)易于管理、維護和改造升級。

　?。?） 節(jié)省投資

　　a:節(jié)省了大量的控制電纜，降低了投入成本。

　　b:INTERBUS CLUB目前有一千多家，可為客戶提供大量的產(chǎn)品，讓客戶選擇性能價格的現(xiàn)場儀表或設備，從而有效地減少了對專用產(chǎn)品的依賴，減少了備品備件數(shù)量，節(jié)約了維護采購資金。

　　c:系統(tǒng)工作穩(wěn)定、維護簡單，為生產(chǎn)帶來了安全和效益上的保證。

　　（3） 隨著總線系統(tǒng)的三元素：控制技術、計算機技術、網(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展，INTERBUS總線的先進性和經(jīng)濟性得到日益明顯的體現(xiàn)，在控制領域的應用越來越大。

　?。?）在對實時響應、控制參數(shù)及結構復雜和控制要求更高的一些控制領域，PHOENIXCONTACT 公司已推出恒定2M的傳輸速率為來解決這些問題。為了滿足未來工廠控制的需求，PHEONIX CONTACT和SIEMENS 共同推出PROFINET 協(xié)議，通過工業(yè)以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)交換，做到一網(wǎng)到底，解決工廠存在的困擾。

　　隨著科學技術的快速發(fā)展，過程控制領域在過去的兩個世紀里發(fā)生了巨大的變革。150多年前出現(xiàn)的基于5-13psi的氣動信號標準（PCS,Pneumatic Control System氣動控制系統(tǒng)），標志著控制理論初步形成，但此時尚未有控制室的概念；20世紀50年代，隨著基于0-10mA或4-20mA的電流模擬信號的模擬過程控制體系被提出并得到廣泛的應用，標志了電氣自動控制時代的到來，三大控制論的確立奠定了現(xiàn)代控制的基礎，設立控制室、控制功能分離的模式也一直沿用至今；20世紀70年代，隨著數(shù)字計算機的介入，產(chǎn)生了"集中控制"的中央控制計算機系統(tǒng)，而信號傳輸系統(tǒng)大部分是依然沿用4-20mA的模擬信號，不久人們也發(fā)現(xiàn)了伴隨著"集中控制",該系統(tǒng)存在著易失控、可靠性低的缺點，并很快將其發(fā)展為分布式控制系統(tǒng)（DCS,Distributed Control System分布式控制系統(tǒng)）；微處理器的普遍應用和計算機可靠性的提高，使分布式控制系統(tǒng)得到了廣泛的應用，由多臺計算機和一些智能儀表以及智能部件實現(xiàn)的分布式控制是其主要的特征，而數(shù)字傳輸信號也在逐步取代模擬傳輸信號。隨著微處理器的快速發(fā)展和廣泛的應用，數(shù)字通信網(wǎng)絡延伸到工業(yè)過程現(xiàn)場成為可能，產(chǎn)生了以微處理器為，使用集成電路代替常規(guī)電子線路，實施信息采集、顯示、處理、傳輸以及優(yōu)化控制等功能的智能設備。設備之間彼此通信、控制，在、可操作性以及可靠性、可維護性等都有更高的要求。由此，導致了現(xiàn)場總線的產(chǎn)生。

　　在控制一體化的發(fā)展趨勢下，現(xiàn)場總線已成為控制技術的發(fā)展方向。 統(tǒng)一、開放的TCP/IP Ethernet是20多年來發(fā)展成功的網(wǎng)絡技術 ,過去一直認為，Ethernet是為IT領域應用而開發(fā)的，它與工業(yè)網(wǎng)絡在實時性、環(huán)境適應性、總線饋電等許多方面的要求存在差距，在工業(yè)自動化領域只能得到有限應用。事實上，這些問題正在迅速得到解決，國內(nèi)對EPA技術（Ethernet for Process Automation）也取得了很大的進展。