INTERBUS現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)及其發(fā)展

2005年5月，INTERBUS現場(chǎng)總線(xiàn)正式成為我國行業(yè)標準JB/TIO308.8《測量和控制數字數據通信工業(yè)控制系統用現場(chǎng)總線(xiàn)類(lèi)型8：INTERBUS《規范》。INTERBUS是世界上開(kāi)發(fā)最早的現場(chǎng)總線(xiàn)，早在1984年就由德國Phoenix Contact公司研發(fā)，并得到Interbus Club國際組織支持。由于該總線(xiàn)的快速發(fā)展和廣泛使用，INTERBUS 已先后成為DIN19258德國標準、EN50254歐洲標準和IEC61158現場(chǎng)總線(xiàn)國際標準。INTERBUS在全球有1000多家總線(xiàn)設備生產(chǎn)商，提供多達2500種產(chǎn)品。到目前為止，INTERBUS現場(chǎng)總線(xiàn)在世界各地的節點(diǎn)安裝突破750萬(wàn)，在各種現場(chǎng)總線(xiàn)中名列第二。

1、INTERBUS系統結構與規范

INTERBUS是數字的串行通信系統，用于控制系統（如何編程序控制器）與工業(yè)傳感器和執行器類(lèi)現場(chǎng)設備之間的通信。INTERBUS總線(xiàn)使用中央主——從訪(fǎng)問(wèn)方式和樹(shù)狀拓撲結構，用于所連接的主站系統應用與從站應用程序之間數據的交換，其系統結構圖示于圖1。INTERBUS協(xié)議給用戶(hù)提供了兩個(gè)數據傳輸通道：過(guò)程數據通道和參數通道。組合兩種通道形成混合的網(wǎng)絡(luò )通信結構。從主站開(kāi)始的網(wǎng)段是第一網(wǎng)段（一組從站），同時(shí)該網(wǎng)段可通過(guò)總結耦合器擴展更多網(wǎng)段。從站和總線(xiàn)耦合器不帶地址，它們的地址是由其在環(huán)中的位置決定。

圖1 INTERBUS系統結構

對于INTERBUS系統來(lái)說(shuō)，整個(gè)系統是由互相連接的總線(xiàn)段構成。INTERBUS總線(xiàn)可分為三種不同的總線(xiàn)段，即遠程總線(xiàn)段、本地總線(xiàn)段和Interbus環(huán)路段。每個(gè)遠程總線(xiàn)段開(kāi)始于一個(gè)遠程總線(xiàn)終端模塊，一個(gè)遠程總線(xiàn)的最大長(cháng)度為400米（銅纜），整個(gè)INTERBUS系統的總長(cháng)可達12.8公里。如果遠程總線(xiàn)需要供電，則稱(chēng)為安裝遠程總線(xiàn)，即傳輸數據，也傳輸電源；每個(gè)遠程總線(xiàn)終端模塊都引出一個(gè)由本地總線(xiàn)模塊組成的本地總線(xiàn)段，本地總線(xiàn)主要用在控制柜內，并給變送器和執行器提供附加電源；Interbus環(huán)路段是可以直接應用于IP65現場(chǎng)的本地總線(xiàn)段，它采用兩芯無(wú)屏蔽導線(xiàn)，總線(xiàn)供電。一個(gè)環(huán)路可帶63個(gè)模塊，總長(cháng)為200米。根據用戶(hù)的不同要求，利用以上不同的Interbus總線(xiàn)段可以構成能夠滿(mǎn)足各種實(shí)際需要的現場(chǎng)總索線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )結構。INTERBUS系統規范見(jiàn)表1。

表1 典型INTERBUS系統規范

從表中可以看出INTERBUS數據的安全性得到充分保護。

2、INTERBUS協(xié)議

INTERBUS通信協(xié)議完全遵照ISO/0SI開(kāi)放系統互連模型，并符合IEC61158現場(chǎng)總線(xiàn)三層參考模型。INTERBUS參考模型包括物理層、數據鏈路層和應用層，其中，為了提高傳輸效率，數據鏈路層（DLL）、由媒體訪(fǎng)問(wèn)控制（MAC）、基本鏈路層（BLL）和外圍設備數據鏈路（PDL）等三個(gè)子層構成，該數據鏈路層產(chǎn)生了等時(shí)(Isochrones)、集總幀(Summation frame)傳輸協(xié)議，具體見(jiàn)圖2。

圖2 集總幀傳輸協(xié)議

INTERBUS總線(xiàn)系統是一個(gè)數據環(huán)結構。主站開(kāi)始第一個(gè)網(wǎng)段，從站被連接到網(wǎng)段。數據從主站傳送到所有從站，從站從前面的設備接收數據并把數據傳送給下一個(gè)設備，從站將集總幀送給它的輸入數據取出，在該處插入其將要傳出的數據，旁路通過(guò)其它數據。對總線(xiàn)上每個(gè)從站來(lái)說(shuō)，根據它在幀中的數據寬度確定一個(gè)固定的時(shí)間片。數據包順序按照連接從站的物理順序。周期數據（過(guò)程數據和非周期數據（參數數據）同時(shí)傳輸。從站的參數數據在集總幀中使用固定長(cháng)度為2、4和個(gè)八位位組，較長(cháng)的報文（PDU）由數據鏈路層分割，這就是INTERBUS總線(xiàn)專(zhuān)有的PCP (Peripherals Communication Protocol) 外圍設備通信協(xié)議，PCP最后再把所有的信息片段組合起來(lái)，形成一個(gè)完整的信息。