INTERBUS 現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)及其發(fā)展
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從表中可以看出，INTERBUS現場(chǎng)總線(xiàn)的通信效率高過(guò)52%，Ethernet網(wǎng)絡(luò )的通信效率僅為0.77%。正因為如此，目前正在迅速發(fā)展的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，較多的采用INTERBUS等時(shí)傳輸協(xié)議。
INTERBUS 應用層（AL）提供的服務(wù)負責完成數據的周期發(fā)送（過(guò)程數據通道）和數據非周期發(fā)送（參數通道）。過(guò)程數據通道允許非常有效和高速地傳輸與過(guò)程相關(guān)數據，例如一個(gè)主站和從站之間設定值和實(shí)測值。通常，過(guò)程數據通道發(fā)送的數據結構簡(jiǎn)單，但處于高度動(dòng)態(tài)和更新這中，通過(guò)過(guò)程數據通過(guò)，應用程序直接訪(fǎng)問(wèn)DLL。對數據的周期發(fā)送，INTERBUS使用推廣式發(fā)布者/預定者模式高效地傳送數據，相應的應用關(guān)系協(xié)議機制 （ARPM） 為“網(wǎng)絡(luò )調度意向緩沖 （BNU）” 方式。過(guò)程數據通道并行的參數通道以非周期方式在兩個(gè)通信伙伴間傳送復雜結構數據。在參數通道是傳遞的數據對動(dòng)態(tài)響應無(wú)要求，且傳輸量很小。它通常用于參數的初始化。非周期傳輸采用客戶(hù)/服務(wù)器通信模式，主站和從站都可以做為客戶(hù)或服務(wù)器。為非周期傳輸提供的兩種用戶(hù)ARPM這“具有流量控制的用戶(hù)發(fā)起雙向隊列式” （QUB-FC） 和“透明模式用戶(hù)發(fā)起雙向隊列式”（QUB-TM）。
3．INTERBUS通信行規：
由于現場(chǎng)總線(xiàn)標準是概念性的技術(shù)標準，理認性強、概念抽象、涉及面廣。為了方便用戶(hù)設計的應用工業(yè)網(wǎng)絡(luò )中的現場(chǎng)總線(xiàn)設備，IEC/TC65/SC65C數據通信委員會(huì )最近制定了“IEC61784用于連續的離散制造工業(yè)控制系統現場(chǎng)總線(xiàn)通信行規集”，該標準規定了各類(lèi)通信設備通信協(xié)議棧的選擇規范。在標準中INTERBUS現場(chǎng)總線(xiàn)被規定為第6類(lèi)通信行規族Communication Profile Families (CPF) 6。在JB/T 10308.8《INTERBUS規范》中，首次將通信行規入現場(chǎng)總線(xiàn)標準，以方便國內廣大用戶(hù)。
根據INTERBUS規范，確定了三種預定義的通行行規，每一種通信行規都提供一組完善的規定和附加條件限制，以保證INTERBUS設備能互操作。對一些獨特設備要進(jìn)一步選擇服務(wù)服務(wù)、參數和參數年值。三種被定義通信行規為：
行規6/1：行規6/1定義了一般標準的INTERBUS行規，該行規包括AL、DLL和PHL服務(wù)選擇以及符合INTERBUS應用訪(fǎng)問(wèn)的協(xié)議定義；
行規6/2：行規6/2擴充行規6/1的非周期數據交換能力。它規定通過(guò)AR-Send-Data-AcknowLedge透明訪(fǎng)問(wèn)INERBUS設備，它適合帶有其它協(xié)議棧如TCP/IP的基于TCP/IP應用程序的設備。該協(xié)議棧使用AR-Send-Data-Acknowledge而不影響行規定義；
行規6/3：行規6/3使用一簡(jiǎn)化的服務(wù)組，用于非周期數據交換，適合有限資源的INTERBUS設備。
符合通信行規的主站或從站設備，依據CP標識符合可以進(jìn)一步細分，CP標識符見(jiàn)表3。關(guān)于CPF6通信行規的詳細規定請參見(jiàn)《JB/TI0308.8INTERBUS規范》。
表3 設備CP標識符分配
4．INTERBUS技術(shù)的新發(fā)展：
隨著(zhù)IT技術(shù)發(fā)展，INERBUS現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在擴大應用的實(shí)踐中不斷完善與發(fā)展。
4.1 INTERBUS總線(xiàn)將與PROFINET工業(yè)以太網(wǎng)有機地結合
從2004年4初月開(kāi)始，INERBUS Club決定與Profibus Intenational(PI)聯(lián)手合作開(kāi)發(fā)PROFINET實(shí)時(shí)以太網(wǎng)標準，PROFINET 是基于以太網(wǎng)的自動(dòng)化標準，它構成從I/O級直至管理級的基于組件分布自動(dòng)化系統的體系結構方案，INTERBUS與PROFINET相結合的系統構成示于圖3。從圖中看出，INTERBUS通過(guò)代理服務(wù)器與PROFINET實(shí)時(shí)以以太網(wǎng)絡(luò )相連，用戶(hù)在采用PROFINET方案后，仍使用原有的INERBUS的高效通信協(xié)議對PROFINET是一種補充。因而，INTERUBS與PRKFINET的結合將為許多客戶(hù)提供一種理想方案。
圖3 INTERBUS與PROFINET構成的系統
4.2 INTERBUS與Safety技術(shù)相結合的現場(chǎng)安全總線(xiàn)：
隨著(zhù)現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展，如何將安全信號也引入到現場(chǎng)中來(lái)，構成一體化安全儀表系統，已成為當務(wù)之急，為適應這種需要菲尼克期公司得出一個(gè)經(jīng)濟、可靠的解決方法INTERBUS-Safety，該安全總線(xiàn)采用增加一個(gè)Safe Control控制模塊的方法，使常規的控制器能成為一個(gè)控制和處理安全數據的兼容系統，詳見(jiàn)圖4。Safety Control控制模塊工作在INTERBUS總線(xiàn)中利用總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )來(lái)控制現場(chǎng)總線(xiàn)中安全數據和安全模塊之間的信息傳輸。
圖4 INTERBUS-Safety一體化安全儀表系統
INTERBUS俱樂(lè )部從1999年開(kāi)始進(jìn)行INTERBUS安全總線(xiàn)的研究，2001年得到德國B(niǎo)IA組織EN954-ILKAT4標準的許可證明，并符合IEC61508《電氣/電子/可編程電子安全系統的功能安全》標準的SIL3級別。這種解決方案優(yōu)于其它方案，它將控制系統與安全總線(xiàn)的功能分開(kāi)，控制系統結構清晰簡(jiǎn)單，不影響今后的擴展和修改，成本明顯降低，它代表現場(chǎng)總線(xiàn)的一個(gè)發(fā)展方向。
4.3 IEC61918標準采納INTERBUS安裝與維護豐富的實(shí)踐經(jīng)驗：
INTERBUS 總線(xiàn)安裝與維護十分簡(jiǎn)便，在系統配置策劃、電源選擇、接地與防雷保護、光纜技術(shù)、現場(chǎng)快速連接、以及在線(xiàn)診斷和快速排除故障等方面具有極其豐富的實(shí)踐經(jīng)驗。為了推廣和指導廣大用戶(hù)這方面的工程實(shí)踐，國際電工委員會(huì )SC65C/WG10 工作組正在制定IEC61918《用于現場(chǎng)總線(xiàn)系統的安裝實(shí)踐規范》，進(jìn)入這個(gè)國際標準的現場(chǎng)總線(xiàn)僅有INTERBUS 、PROFIBUS和Control NET三種類(lèi)型。INTERBUS技術(shù)實(shí)踐的主要內容有：
（1）選擇高可靠的供電電源：
在整個(gè)控制系統的設計時(shí)首先需要解決電源的問(wèn)題，所選用的電源應該品種齊全、可靠性高，可滿(mǎn)足瞬態(tài)掉電使用和長(cháng)期缺相使用，輸入端電壓范圍非常寬，足以保證大幅度的電網(wǎng)波動(dòng)時(shí)同樣可以提供安全可靠的輸出；電源工作時(shí)的環(huán)境溫度可高達70℃；電源輸出留有很大的功率密度，以保證在大沖擊電流負載時(shí)可靠啟動(dòng)；同時(shí)具有LED顯示、干接點(diǎn)輸出等三重輸出電壓狀態(tài)報警功能等。菲尼克斯公司QUINT系統開(kāi)關(guān)電源性能安全符合上述要求，Phoenix電源具有抗震、抗沖擊和抗腐蝕的特點(diǎn)，它可以不采用隔離二級管進(jìn)行并聯(lián)，簡(jiǎn)單方便，且保證很高的可靠性。
（2）高水平的接地與防雷保護技術(shù)：
當前，現場(chǎng)總線(xiàn)系統的接地與防雷保護技術(shù)已達到一個(gè)新的水平，在深入研究雷擊電磁脈沖和電涌沖擊產(chǎn)生原因及作用基本原理的基礎上，實(shí)施接地的原則有了較大的改變，防雷及電涌保護有了新的解決方案，同時(shí)研發(fā)了防雷及電涌保護器新的系列產(chǎn)品。在這個(gè)領(lǐng)域，德國菲尼克斯電氣公司的防雷技術(shù)及其TRABTECH系列產(chǎn)品當屬世界領(lǐng)先水平。Phoenix公司TRABTECH防雷及電涌保護器可用于電源系統、過(guò)程控制系統、數據網(wǎng)絡(luò )和標準接口產(chǎn)品、無(wú)線(xiàn)收發(fā)系統及電信通信系統。對于系統接地，菲尼克斯電氣公司提出，均壓等電位連接及其接地系統的連接是電涌保護系統的一個(gè)重要組成部分。均壓等電位連接應盡量接近均壓等電位網(wǎng)絡(luò )。為此建議在已直接連接主均壓等電位連接系統的系統部件之間安裝十字形導電接頭。對于所有接地電纜和均壓等電位連接電纜，等電位匯流條應作為中心連接點(diǎn)安裝。應在規劃階段事先考慮均壓等電位連接，這樣可從技術(shù)上使系統最有效且最經(jīng)濟。
（3）INTERBUS具有極強的診斷功能：
INTERBUS總線(xiàn)有很強的監視診斷功能，總線(xiàn)監控功能監視整個(gè)網(wǎng)絡(luò )系統的運行狀態(tài)，同時(shí)也提供總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的變結構功能，能即時(shí)根據設計要求，關(guān)斷和連接總線(xiàn)的某個(gè)子總線(xiàn)段。監控功能是現場(chǎng)安裝、調試、診斷和維護的有力工具。具體功能是識別和確定安裝錯誤和部件錯誤，診斷功能不僅能找出故障，而且不需要專(zhuān)用工具，就能將故障排除。INTERBUS模塊具有輸入/輸出的狀態(tài)顯示，在調試時(shí)可設置輸出狀態(tài)，并可以保存某些智能設備的參數。INTERBUS為用戶(hù)的現場(chǎng)診斷提供硬件和軟件手段，其DSC控制器硬件具有中央診斷顯示，能精確顯示故障的定位，故障類(lèi)型，使操作人員能快速判斷，即時(shí)排除，大大提高工作效率。INTERBUS提供的CMD和Diag+軟件是加速現場(chǎng)調試和快速診斷的有力工具。
由于INTERBUS現場(chǎng)總線(xiàn)具有上述各種創(chuàng )新的技術(shù)，它可以實(shí)現從現場(chǎng)級到管理級的縱向集成，并能實(shí)現各級的橫向集成，從而構成分布式全集成自動(dòng)化控制系統。正因為如此，INTERBUS現場(chǎng)總線(xiàn)系統在國內已廣泛用于汽車(chē)制造、機械、造紙、冶金、輕工、食品、煙草、以及物流等領(lǐng)域，并成為眾多廠(chǎng)家首選的自動(dòng)化系統之一。
參考文獻：
1. JB/T10308.8-2005《工業(yè)控制系統用現場(chǎng)總線(xiàn)類(lèi)型8：INTERBUS規范》
2. Alexander Busing and Holger Meyer: INTERBUS Practical Manual, Phoenix Contact GmbH@Co.KG.2004
3. INTERBUS Club, Whitepaper INTERBUS Basis, Version 1.01,2004
4. INTERBUS Club, Ethernet and INTERBUS Communication Without Limits
5. Phoenix Contact Gmb H Co.KG.INTERBUS AUTOMATION,2004
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