INTERBUS總線技術(shù)介紹

　　今天，作為現(xiàn)場總線、PC-Based、工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的先導(dǎo)，菲尼克斯又率先提出了FIELDBUS+ETHERNET這一新型自動化方案，構(gòu)造了完善的工業(yè)企業(yè)管理控制網(wǎng)絡(luò)，致力于中國自動化事業(yè)的發(fā)展。隨著現(xiàn)場總線技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)中，八種總線(FF的H1、FF-HSE、Profibus、INTERBUS、P-NET、WorldFIP、ControlNet、SwiftNet)均列入國際標(biāo)準(zhǔn)，形成多種總線共同競爭的局面。

　　INTERBUS作為IEC61158標(biāo)準(zhǔn)之一，廣泛地應(yīng)用于制造業(yè)、機(jī)器加工等行業(yè)中，用于從傳感器/執(zhí)行器到計(jì)算機(jī)控制站的信號連接，是一種開放的串行總線系統(tǒng)。INTERBUS總線協(xié)議于1984年推出，其主要技術(shù)開發(fā)者為德國的PhoenixContact公司，1986年開始在汽車制造中成功使用后，很快在各種行業(yè)中得到大量的使用，目前全球使用量達(dá)750萬節(jié)點(diǎn)。

　　1.1INTERBUS總線結(jié)構(gòu)

　　INTERBUS總線包括遠(yuǎn)程總線網(wǎng)絡(luò)和本地總線網(wǎng)絡(luò)，兩種網(wǎng)絡(luò)傳送相同的信號但電平不同。遠(yuǎn)程總線網(wǎng)絡(luò)用于遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳送,采用RS-485傳輸，遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)采用全雙工方式進(jìn)行通訊，通訊速率為500k/s。本地總線網(wǎng)絡(luò)連接到遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)上，網(wǎng)絡(luò)上的總線終端BT(BUSTerminal)上的BK模塊負(fù)責(zé)將遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為本地網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。

　　INTERBUS總線上的主要設(shè)備有總線終端BT(BUSTerminal)上的BK模塊、I/O模塊和安裝在PC或PLC等上位主設(shè)備中的總線控制板。總線控制板是INTERBUS總線上的主設(shè)備，用于實(shí)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(shí)現(xiàn)在總線控制板和傳感器/執(zhí)行器之間的接收和數(shù)據(jù)傳輸，可處理的數(shù)據(jù)類型包括機(jī)械制造和流程工業(yè)的所有標(biāo)準(zhǔn)信號。

　　1.2INTERBUS總線的協(xié)議特點(diǎn)

　　(1)物理層

　　結(jié)構(gòu)：硬件數(shù)據(jù)環(huán)，所有設(shè)備在組態(tài)時自動編址。

　　距離：分布式，最長距離可達(dá)12.8km，系統(tǒng)安裝費(fèi)用低。

　　傳輸介質(zhì)：雙絞線、光纜、紅外線等，網(wǎng)絡(luò)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(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用邏輯需要的時間快數(shù)倍。

　　錯誤校驗(yàn)：每次網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接都進(jìn)行CRC校驗(yàn)，傳輸數(shù)據(jù)更可靠、正確。

(3)應(yīng)用層

　　診斷：可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障定位，實(shí)現(xiàn)更多的正常工作時間，減少維護(hù)費(fèi)用，提高可靠性。

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

　　I/O的擴(kuò)展性：可聯(lián)接254個遠(yuǎn)程站點(diǎn)，4096個I/O有更好的系統(tǒng)適應(yīng)性。

　　(4)連通性

　　開放性：1000多家廠商提供2500多種兼容設(shè)備，可供選擇的供應(yīng)商多，能為系統(tǒng)提供最優(yōu)的配置。

　　標(biāo)準(zhǔn)：DIN19258EN50254IEC61158，系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一

　　(5)INTERBUS總線數(shù)據(jù)傳輸

　　INTERBUS的數(shù)據(jù)傳輸類似于一個遠(yuǎn)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(luò)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(jìn)移出是同時進(jìn)行的(全雙工模式)。INTERBUS數(shù)據(jù)是完全幀傳送的。兩種幀類型：ID周期幀和數(shù)據(jù)周期幀。ID周期幀在INTERBUS總線系統(tǒng)初始化時須讀取，以產(chǎn)生過程映像。在ID周期幀成功執(zhí)行后，INTERBUS總線設(shè)備內(nèi)部切換到數(shù)據(jù)寄存器，只執(zhí)行數(shù)據(jù)幀，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。

　　INTERBUS作為一種基于現(xiàn)場的總線系統(tǒng)，在I/O網(wǎng)絡(luò)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(shí)現(xiàn)互聯(lián)，I/O層(I/Olevel)、現(xiàn)場層(fieldlevel)、控制層(controllevel)使用INTERBUS系統(tǒng)，上層管理層(managementlevel)通過以太網(wǎng)相連接并和internet相聯(lián)，從而用戶可通過PC機(jī)撥號上網(wǎng)，對遠(yuǎn)方的INTERBUS網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備進(jìn)行操作并獲取設(shè)備的數(shù)據(jù)信息。

2.INTERBUS總線控制系統(tǒng)構(gòu)成

　　電解鋁生產(chǎn)是典型的流程型生產(chǎn)模式，生產(chǎn)工程是否穩(wěn)定直接影響到電解鋁生產(chǎn)的順利進(jìn)行。因此在電解鋁的生產(chǎn)中，必須實(shí)時檢測生產(chǎn)工藝參數(shù)，以保證生產(chǎn)計(jì)劃安全高效地完成。青海鋁廠把INTERBUS現(xiàn)場總線系統(tǒng)用于陽極組裝及殘極處理車間。該車間長216m，為電解車間制備新陽極組，即將電解槽上卸下的殘極運(yùn)至本車間，經(jīng)裝站掛到積放式懸掛輸送機(jī)(以下簡稱懸鏈)上，由懸鏈吊運(yùn)殘極依次通過電解質(zhì)清理、殘極拋丸處理、殘極壓脫、磷鐵環(huán)壓脫、導(dǎo)桿矯直、鋼爪清刷、涂石墨、導(dǎo)桿清刷、澆鑄磷生鐵等流水作業(yè)站，組裝出新的陽極組。懸鏈生產(chǎn)線是該車間的主體，電解槽上換下的殘極在該生產(chǎn)線裝站掛到懸鏈上。懸鏈上裝有約120組小車，小車上吊運(yùn)著殘極，沿懸鏈前進(jìn)，在不同作業(yè)站進(jìn)行處理，最后在卸站下線進(jìn)入澆鑄工作區(qū)，經(jīng)澆鑄后成為合格的新陽極組。

　　由于本工程的現(xiàn)場I/O檢測點(diǎn)數(shù)量多，且分布廣、距離遠(yuǎn)、現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境惡劣。該廠由于地處西北，冬天溫度可達(dá)零下20度，PLC的防護(hù)等級比較低，一般工作溫度為零度至40度，很難滿足現(xiàn)場惡劣環(huán)境的要求。如將PLC放在控制室內(nèi)采用傳統(tǒng)的集中式控制，將耗費(fèi)大量的控制電纜和電纜橋架，并且極大增加敷設(shè)電纜和安裝橋架的工程量，同時給調(diào)試帶來很大的不便，并對日后的維護(hù)產(chǎn)生很大的困難。

　　針對于上述情況，為了適應(yīng)現(xiàn)場環(huán)境、工藝和便于維護(hù)的要求，選擇一種控制子站數(shù)目多，布線簡單、維護(hù)方便、工作溫度范圍適應(yīng)現(xiàn)場環(huán)境、系統(tǒng)安全可靠，診斷功能強(qiáng)大的系統(tǒng)。INTERBUS系統(tǒng)除了可以連接菲尼克斯自己的控制器以外，還可以連接ROCKWELL，SIEMENS，SCHNEIDER等公司的PLC，采用一根總線電纜連接、總傳輸距離長達(dá)12.8KM，工作溫度范圍為零下25度到零上55度，強(qiáng)大的診斷功能給維護(hù)帶來極大的方便。