摘要：INTERBUS現場(chǎng)總線(xiàn)作為一種新的控制方式，發(fā)展迅速，它使用雙絞線(xiàn)、光纖或無(wú)線(xiàn)進(jìn)行數據混合傳輸，傳輸速率恒定為500K或2M，可以與帶INTERBUS接口的各種設備之間進(jìn)行數據通訊。其獨特的環(huán)行數據流方式，使得具有很高的穩定性、傳輸效率和很強的診斷功能，在汽車(chē)、造紙、煙草等制造自動(dòng)化系統中大量使用，具有廣泛的適用性。本文詳述在光電切紙機中使用INTERBUS系統，具有典型意義。

關(guān)鍵詞： INTERBUS   PLC  光電切紙機  組織塊

一、INTERBUS 總線(xiàn)概述
    隨著(zhù)現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的出現和發(fā)展，各種現場(chǎng)總線(xiàn)的市場(chǎng)競爭日趨激烈，在IEC61158國際標準中，八種總線(xiàn)（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(xiàn)共同競爭的局面。
    INTERBUS作為IEC61158標準之一，廣泛地應用于制造業(yè)、機器加工等行業(yè)中，用于從傳感器/執行器到計算機控制站的信號連接，是一種開(kāi)放的串行總線(xiàn)系統。INTERBUS總線(xiàn)協(xié)議于1984年推出，其主要技術(shù)開(kāi)發(fā)者為德國的Phoenix Contact公司，1986年開(kāi)始在汽車(chē)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750萬(wàn)節點(diǎn)。

１、INTERBUS總線(xiàn)結構
    INTERBUS總線(xiàn)包括遠程總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )和本地總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，兩種網(wǎng)絡(luò )傳送相同的信號但電平不同。遠程總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )用于遠距離數據傳送,采用RS-485傳輸，遠程網(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(xiàn)網(wǎng)絡(luò )連接到遠程網(wǎng)絡(luò )上，網(wǎng)絡(luò )上的總線(xiàn)終端BT（BUS Terminal）上的BK模塊負責將遠程網(wǎng)絡(luò )數據轉換為本地網(wǎng)絡(luò )數據。
    INTERBUS總線(xiàn)上的主要設備有總線(xiàn)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(xiàn)控制板?？偩€(xiàn)控制板是INTERBUS總線(xiàn)上的主設備，用于實(shí)現協(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)現在總線(xiàn)控制板和傳感器/執行器之間的接收和數據傳輸，可處理的數據類(lèi)型包括機械制造和流程工業(yè)的所有標準信號。
 
２、INTERBUS總線(xiàn)的協(xié)議特點(diǎn)
（１）物理層
結構：硬件數據環(huán)，所有設備在組態(tài)時(shí)自動(dòng)編址 。
距離：分布式，最長(cháng)距離可達12.8km，系統安裝費用低 。
傳輸介質(zhì)：雙絞線(xiàn)、光纜、紅外線(xiàn)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）數據鏈路層
協(xié)議傳輸：全雙工、集總幀（summation-frame）結構 ，網(wǎng)絡(luò )上的所有I/O可同時(shí)更新數據 。
協(xié)議仲裁：無(wú)仲裁，數據可無(wú)干擾地連續傳送 。
數據吞吐量：在7.8ms內可讀寫(xiě)4096個(gè)數據，I/O數據更新時(shí)間比解決應用邏輯需要的時(shí)間快數倍 。
錯誤校驗：每次網(wǎng)絡(luò )聯(lián)接都進(jìn)行CRC校驗，傳輸數據更可靠、正確 。
（３）應用層
診斷：可實(shí)現網(wǎng)絡(luò )故障定位，實(shí)現更多的正常工作時(shí)間，減少維護費用，提高可靠性 。
協(xié)議的適應性：支持高速的數字量、模擬量和client-sever信息的傳輸，可適應絕大多數的控制要求 。
I/O的擴展性：可聯(lián)接254個(gè)遠程站點(diǎn)，4096個(gè)I/O 有更好的系統適應性 。
（４）連通性
開(kāi)放性：1000多家廠(chǎng)商提供2500多種兼容設備， 可供選擇的供應商多，能為系統提供最優(yōu)的配置 。
標準 ：DIN19258 EN50254 IEC61158 ，系統標準統一
 （５）數據傳輸
INTERBUS的數據傳輸類(lèi)似于一個(gè)遠程距離移位寄存器，數據從總線(xiàn)控制板的數據寄存器移出，經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò )上的BK模塊和I/O模塊，又移入總線(xiàn)控制板的寄存器。也就是說(shuō)，數據從總線(xiàn)控制板上的數據寄存器的移進(jìn)移出是同時(shí)進(jìn)行的（全雙工模式）。INTERBUS數據是完全幀傳送的。兩種幀類(lèi)型：ID周期幀和數據周期幀。ID周期幀在INTERBUS總線(xiàn)系統初始化時(shí)須讀取，以產(chǎn)生過(guò)程映像。在ID周期幀成功執行后，INTERBUS總線(xiàn)設備內部切換到數據寄存器，只執行數據幀，以實(shí)現數據的傳輸。
INTERBUS作為一種基于現場(chǎng)的總線(xiàn)系統，在I/O網(wǎng)絡(luò )中有十分快的通訊速度：254個(gè)I/O時(shí)，距離12.8km時(shí)為15ms，300m時(shí)為3ms。在信息管理層，INTERBUS通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現互聯(lián)，I/O層（I/O level）、現場(chǎng)層（field level）、控制層(control level)使用INTERBUS系統，上層管理層（management level）通過(guò)以太網(wǎng)相連接并和internet相聯(lián)，從而用戶(hù)可通過(guò)PC機撥號上網(wǎng)，對遠方的INTERBUS網(wǎng)絡(luò )的設備進(jìn)行操作并獲取設備的數據信息。

二、在光電切紙機中的應用
    我廠(chǎng)三、四分廠(chǎng)引進(jìn)的光電切紙機使用了INTERBUS現場(chǎng)總線(xiàn)系統。其系統采用光纖作為通訊介質(zhì)，使傳輸速度更快。   
    光電切紙機使用西門(mén)子公司的SIMATIC S5作為上位機，控制變頻調速電動(dòng)機來(lái)進(jìn)行切紙。各設備之間的通訊使用現場(chǎng)總線(xiàn)INTERBUS系統 。光電切紙機分為五個(gè)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(gè)不同的SIMATIC S5 PLC 控制。其特點(diǎn)是
（1） 控制分散：整個(gè)設備內部有15臺電動(dòng)機及上百個(gè)開(kāi)關(guān)和電磁閥,且電動(dòng)機均采用了變頻傳動(dòng)。
（2）中央監控：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(jìn)行數據的顯示和故障信息的顯示并可以根據需要進(jìn)行數據的打印處理。
對于光電切紙控制系統，如果現場(chǎng)信號的連接采用點(diǎn)對點(diǎn)的放線(xiàn)方式，就產(chǎn)生了由于現場(chǎng)設備分散，點(diǎn)對點(diǎn)需要敷設大量控制電纜的問(wèn)題。另外，從控制的角度還有一個(gè)更重要的問(wèn)題――長(cháng)線(xiàn)控制問(wèn)題：一部分控制電纜放線(xiàn)的長(cháng)度過(guò)長(cháng)，會(huì )帶來(lái)控制壓降過(guò)大和交流電容過(guò)高，導致繼電器工作不穩定等問(wèn)題。針對這些問(wèn)題，雖有多種解決方法，但是都不經(jīng)濟。而現場(chǎng)總線(xiàn)系統的使用正好解決了這幾個(gè)問(wèn)題。一根通訊總線(xiàn)貫穿現場(chǎng)將分散在現場(chǎng)的模塊子站聯(lián)成一個(gè)樹(shù)形網(wǎng)絡(luò )，子站的輸入/輸出模塊安裝在控制柜中。
其拓撲結構如下：

 （3）INTERBUS系統在H18柜SIMATIC S5系統中的系統硬件結構，見(jiàn)（圖一）。H10和H1柜中的結構與此相近。

                                圖一
    如圖一所示，SIMATIC S5系統項目下方分別建立了四個(gè)IBS ST 24-LK光電轉換模塊，每個(gè)轉換模塊帶有幾個(gè)I/O模擬和數字的輸入輸出模塊，把現場(chǎng)的數據轉換成光信號，進(jìn)行數據的傳輸。該系統是光電切紙機的門(mén)和搭接控制系統的數據采集部分。由于該部分的傳感器、電磁離合器、光電開(kāi)關(guān)、閥門(mén)現場(chǎng)位置分散，數量較多，所以把每一組光電轉換模塊都安裝在離現場(chǎng)儀表較近的控制柜中，較好的解決了布線(xiàn)問(wèn)題，使布線(xiàn)簡(jiǎn)潔、維修方便，而且較好的解決了由于切紙機系統中使用變頻器所帶來(lái)的頻率干擾問(wèn)題，使系統穩定性大大增強。

三、下面以H18柜為例簡(jiǎn)單的描述一下INTERBUS系統通訊功能在SIMATIC S5系統中的實(shí)現
    OB1是S5的組織塊，是S5系統軟件中的主程序，應用程序通過(guò)模塊化的編程，通過(guò)程序的調用執行。OB21和OB22也是組織塊，其中OB22是PLC電源上電時(shí)加載，即所謂的冷啟動(dòng)，OB21是PLC從STOP狀態(tài)到START狀態(tài)時(shí)加載，即所謂的熱啟動(dòng)。在啟動(dòng)完成之后，交給OB1主程序。我們在OB21和OB22中加入FB210功能塊，調用FB60，使INTERBUS總線(xiàn)和PLC實(shí)現同步，生成和輸入數據塊的基本數據，等待控制器讀取。同時(shí)我們在OB1調用FB66輸入處理程序和FB68輸出處理程序兩個(gè)PHONEX標準功能塊，負責數據的讀寫(xiě)，實(shí)現對遠程數據的處理,同時(shí)由于INTERBUS總線(xiàn)的時(shí)間處理周期和SIMATIC S5 PLC的時(shí)間處理周期不會(huì )完全同步，所以我們在主程序中加入了一個(gè)INTERBUS總線(xiàn)的故障診斷、復位、啟動(dòng)、激活等功能的處理程序，以便使INTERBUS總線(xiàn)系統在SIMATIC S5系統中運行穩定、可靠。其調用格式為下面所述。
OB1 主程序
…
Segment 5
JU FB 66                   調用接收塊程序     
NAME:GET-NOTI              接收程序的名稱(chēng)     
DB:DB209                    接收程序塊使用的數據塊

…
Segment 6
JU FB214
NAME:DSCDIA         
DIDB:14                    診斷數據塊
NSTR:F100.0                啟動(dòng)INTERBUS
AUTO:F0.0                  激活按鈕
RUN:F100.2                 故障信息自動(dòng)應答
PF:F100.3                  INTERBUS正在運行
BUQU:F100.4                外圍設備故障
DTCT:F100.5                診斷功能激活

…
Segment  7
JU FB68
NAME:PUT-ACTV
IBDB:B209
:BE

四、結束語(yǔ)
    在三、四分廠(chǎng)光電切紙機安裝完成之后的生產(chǎn)使用中，INTERBUS系統運行穩定。INTERBUS現場(chǎng)總線(xiàn)系統在應用中有如下的特點(diǎn)：
（1） 維護簡(jiǎn)單   
布線(xiàn)結構清晰、模塊功能明確的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的。再加上總線(xiàn)系統本身具有的高診斷功能，使總線(xiàn)系統易于管理、維護和改造升級。
（2） 節省投資   
a:節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(hù)提供大量的產(chǎn)品，讓客戶(hù)選擇性能價(jià)格最優(yōu)的現場(chǎng)儀表或設備，從而有效地減少了對專(zhuān)用產(chǎn)品的依賴(lài)，減少了備品備件數量，節約了維護采購資金。
c:系統工作穩定、維護簡(jiǎn)單，為生產(chǎn)帶來(lái)了安全和效益上的保證。
（3） 隨著(zhù)總線(xiàn)系統的三元素：控制技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的不斷發(fā)展，INTERBUS總線(xiàn)的先進(jìn)性和經(jīng)濟性得到日益明顯的體現，在控制領(lǐng)域的應用越來(lái)越大。
（4在對實(shí)時(shí)響應、控制參數及結構復雜和控制要求更高的一些控制領(lǐng)域，PHOENIXCONTACT 公司已推出恒定2M的傳輸速率為來(lái)解決這些問(wèn)題。為了滿(mǎn)足未來(lái)工廠(chǎng)控制的需求，PHEONIX CONTACT和SIEMENS 共同推出PROFINET 協(xié)議，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行數據交換，做到一網(wǎng)到底，解決工廠(chǎng)存在的困擾。
   在控制一體化的發(fā)展趨勢下，現場(chǎng)總線(xiàn)已成為控制技術(shù)的發(fā)展方向。目前在國內INTERBUS 總線(xiàn)相對于PROFIBUS，DEVICENT總線(xiàn)的應用還不算太廣泛，但在歐洲，INTERBUS大量使用在汽車(chē)、煙草、造紙、印刷、倉儲、食品、冶金、木材、紡織等行業(yè)。國內在一汽大眾、上海大眾、沈陽(yáng)寶馬、玉溪卷煙、北京卷煙、上海卷煙、首都機場(chǎng)、秦皇島港口等各種行業(yè)中得以大量使用。隨著(zhù)我國國民經(jīng)濟發(fā)展需要和市場(chǎng)需求，以及INTERBUS在中國的推廣，可以預期INTERBUS總線(xiàn)技術(shù)在我國的發(fā)展前景非常廣闊。

參考資料：  INTERBUS 用戶(hù)手冊