INTERBUS 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其發(fā)展
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從表中可以看出，INTERBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的通信效率高過52%，Ethernet網(wǎng)絡(luò)的通信效率僅為0.77%。正因?yàn)槿绱?，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(yīng)用層（AL）提供的服務(wù)負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)的周期發(fā)送（過程數(shù)據(jù)通道）和數(shù)據(jù)非周期發(fā)送（參數(shù)通道）。過程數(shù)據(jù)通道允許非常有效和高速地傳輸與過程相關(guān)數(shù)據(jù)，例如一個(gè)主站和從站之間設(shè)定值和實(shí)測(cè)值。通常，過程數(shù)據(jù)通道發(fā)送的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但處于高度動(dòng)態(tài)和更新這中，通過過程數(shù)據(jù)通過，應(yīng)用程序直接訪問DLL。對(duì)數(shù)據(jù)的周期發(fā)送，INTERBUS使用推廣式發(fā)布者/預(yù)定者模式高效地傳送數(shù)據(jù)，相應(yīng)的應(yīng)用關(guān)系協(xié)議機(jī)制 （ARPM） 為“網(wǎng)絡(luò)調(diào)度意向緩沖 （BNU）” 方式。過程數(shù)據(jù)通道并行的參數(shù)通道以非周期方式在兩個(gè)通信伙伴間傳送復(fù)雜結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。在參數(shù)通道是傳遞的數(shù)據(jù)對(duì)動(dòng)態(tài)響應(yīng)無要求，且傳輸量很小。它通常用于參數(shù)的初始化。非周期傳輸采用客戶/服務(wù)器通信模式，主站和從站都可以做為客戶或服務(wù)器。為非周期傳輸提供的兩種用戶ARPM這“具有流量控制的用戶發(fā)起雙向隊(duì)列式” （QUB-FC） 和“透明模式用戶發(fā)起雙向隊(duì)列式”（QUB-TM）。
3．INTERBUS通信行規(guī)：
由于現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)是概念性的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，理認(rèn)性強(qiáng)、概念抽象、涉及面廣。為了方便用戶設(shè)計(jì)的應(yīng)用工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備，IEC/TC65/SC65C數(shù)據(jù)通信委員會(huì)最近制定了“IEC61784用于連續(xù)的離散制造工業(yè)控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線通信行規(guī)集”，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了各類通信設(shè)備通信協(xié)議棧的選擇規(guī)范。在標(biāo)準(zhǔn)中INTERBUS現(xiàn)場(chǎng)總線被規(guī)定為第6類通信行規(guī)族Communication Profile Families (CPF) 6。在JB/T 10308.8《INTERBUS規(guī)范》中，首次將通信行規(guī)入現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，以方便國(guó)內(nèi)廣大用戶。
根據(jù)INTERBUS規(guī)范，確定了三種預(yù)定義的通行行規(guī)，每一種通信行規(guī)都提供一組完善的規(guī)定和附加條件限制，以保證INTERBUS設(shè)備能互操作。對(duì)一些獨(dú)特設(shè)備要進(jìn)一步選擇服務(wù)服務(wù)、參數(shù)和參數(shù)年值。三種被定義通信行規(guī)為：
行規(guī)6/1：行規(guī)6/1定義了一般標(biāo)準(zhǔn)的INTERBUS行規(guī)，該行規(guī)包括AL、DLL和PHL服務(wù)選擇以及符合INTERBUS應(yīng)用訪問的協(xié)議定義；
行規(guī)6/2：行規(guī)6/2擴(kuò)充行規(guī)6/1的非周期數(shù)據(jù)交換能力。它規(guī)定通過AR-Send-Data-AcknowLedge透明訪問INERBUS設(shè)備，它適合帶有其它協(xié)議棧如TCP/IP的基于TCP/IP應(yīng)用程序的設(shè)備。該協(xié)議棧使用AR-Send-Data-Acknowledge而不影響行規(guī)定義；
行規(guī)6/3：行規(guī)6/3使用一簡(jiǎn)化的服務(wù)組，用于非周期數(shù)據(jù)交換，適合有限資源的INTERBUS設(shè)備。
符合通信行規(guī)的主站或從站設(shè)備，依據(jù)CP標(biāo)識(shí)符合可以進(jìn)一步細(xì)分，CP標(biāo)識(shí)符見表3。關(guān)于CPF6通信行規(guī)的詳細(xì)規(guī)定請(qǐng)參見《JB/TI0308.8INTERBUS規(guī)范》。
表3 設(shè)備CP標(biāo)識(shí)符分配
4．INTERBUS技術(shù)的新發(fā)展：
隨著IT技術(shù)發(fā)展，INERBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在擴(kuò)大應(yīng)用的實(shí)踐中不斷完善與發(fā)展。
4.1 INTERBUS總線將與PROFINET工業(yè)以太網(wǎng)有機(jī)地結(jié)合
從2004年4初月開始，INERBUS Club決定與Profibus Intenational(PI)聯(lián)手合作開發(fā)PROFINET實(shí)時(shí)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，PROFINET 是基于以太網(wǎng)的自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)，它構(gòu)成從I/O級(jí)直至管理級(jí)的基于組件分布自動(dòng)化系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)方案，INTERBUS與PROFINET相結(jié)合的系統(tǒng)構(gòu)成示于圖3。從圖中看出，INTERBUS通過代理服務(wù)器與PROFINET實(shí)時(shí)以以太網(wǎng)絡(luò)相連，用戶在采用PROFINET方案后，仍使用原有的INERBUS的高效通信協(xié)議對(duì)PROFINET是一種補(bǔ)充。因而，INTERUBS與PRKFINET的結(jié)合將為許多客戶提供一種理想方案。
圖3 INTERBUS與PROFINET構(gòu)成的系統(tǒng)
4.2 INTERBUS與Safety技術(shù)相結(jié)合的現(xiàn)場(chǎng)安全總線：
隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展，如何將安全信號(hào)也引入到現(xiàn)場(chǎng)中來，構(gòu)成一體化安全儀表系統(tǒng)，已成為當(dāng)務(wù)之急，為適應(yīng)這種需要菲尼克期公司得出一個(gè)經(jīng)濟(jì)、可靠的解決方法INTERBUS-Safety，該安全總線采用增加一個(gè)Safe Control控制模塊的方法，使常規(guī)的控制器能成為一個(gè)控制和處理安全數(shù)據(jù)的兼容系統(tǒng)，詳見圖4。Safety Control控制模塊工作在INTERBUS總線中利用總線網(wǎng)絡(luò)來控制現(xiàn)場(chǎng)總線中安全數(shù)據(jù)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(tǒng)
INTERBUS俱樂部從1999年開始進(jìn)行INTERBUS安全總線的研究，2001年得到德國(guó)BIA組織EN954-ILKAT4標(biāo)準(zhǔn)的許可證明，并符合IEC61508《電氣/電子/可編程電子安全系統(tǒng)的功能安全》標(biāo)準(zhǔn)的SIL3級(jí)別。這種解決方案優(yōu)于其它方案，它將控制系統(tǒng)與安全總線的功能分開，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰簡(jiǎn)單，不影響今后的擴(kuò)展和修改，成本明顯降低，它代表現(xiàn)場(chǎng)總線的一個(gè)發(fā)展方向。
4.3 IEC61918標(biāo)準(zhǔn)采納INTERBUS安裝與維護(hù)豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)：
INTERBUS 總線安裝與維護(hù)十分簡(jiǎn)便，在系統(tǒng)配置策劃、電源選擇、接地與防雷保護(hù)、光纜技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)快速連接、以及在線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(yàn)。為了推廣和指導(dǎo)廣大用戶這方面的工程實(shí)踐，國(guó)際電工委員會(huì)SC65C/WG10 工作組正在制定IEC61918《用于現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的安裝實(shí)踐規(guī)范》，進(jìn)入這個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線僅有INTERBUS 、PROFIBUS和Control NET三種類型。INTERBUS技術(shù)實(shí)踐的主要內(nèi)容有：
（1）選擇高可靠的供電電源：
在整個(gè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)首先需要解決電源的問題，所選用的電源應(yīng)該品種齊全、可靠性高，可滿足瞬態(tài)掉電使用和長(zhǎng)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(dá)70℃；電源輸出留有很大的功率密度，以保證在大沖擊電流負(fù)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(bào)警功能等。菲尼克斯公司QUINT系統(tǒng)開關(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(jí)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(hù)技術(shù)：
當(dāng)前，現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的接地與防雷保護(hù)技術(shù)已達(dá)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(chǔ)上，實(shí)施接地的原則有了較大的改變，防雷及電涌保護(hù)有了新的解決方案，同時(shí)研發(fā)了防雷及電涌保護(hù)器新的系列產(chǎn)品。在這個(gè)領(lǐng)域，德國(guó)菲尼克斯電氣公司的防雷技術(shù)及其TRABTECH系列產(chǎn)品當(dāng)屬世界領(lǐng)先水平。Phoenix公司TRABTECH防雷及電涌保護(hù)器可用于電源系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和標(biāo)準(zhǔn)接口產(chǎn)品、無線收發(fā)系統(tǒng)及電信通信系統(tǒng)。對(duì)于系統(tǒng)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(tǒng)的連接是電涌保護(hù)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。均壓等電位連接應(yīng)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(tǒng)的系統(tǒng)部件之間安裝十字形導(dǎo)電接頭。對(duì)于所有接地電纜和均壓等電位連接電纜，等電位匯流條應(yīng)作為中心連接點(diǎn)安裝。應(yīng)在規(guī)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(tǒng)最有效且最經(jīng)濟(jì)。
（3）INTERBUS具有極強(qiáng)的診斷功能：
INTERBUS總線有很強(qiáng)的監(jiān)視診斷功能，總線監(jiān)控功能監(jiān)視整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)也提供總線網(wǎng)絡(luò)的變結(jié)構(gòu)功能，能即時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，關(guān)斷和連接總線的某個(gè)子總線段。監(jiān)控功能是現(xiàn)場(chǎng)安裝、調(diào)試、診斷和維護(hù)的有力工具。具體功能是識(shí)別和確定安裝錯(cuò)誤和部件錯(cuò)誤，診斷功能不僅能找出故障，而且不需要專用工具，就能將故障排除。INTERBUS模塊具有輸入/輸出的狀態(tài)顯示，在調(diào)試時(shí)可設(shè)置輸出狀態(tài)，并可以保存某些智能設(shè)備的參數(shù)。INTERBUS為用戶的現(xiàn)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(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和快速診斷的有力工具。
由于INTERBUS現(xiàn)場(chǎng)總線具有上述各種創(chuàng)新的技術(shù)，它可以實(shí)現(xiàn)從現(xiàn)場(chǎng)級(jí)到管理級(jí)的縱向集成，并能實(shí)現(xiàn)各級(jí)的橫向集成，從而構(gòu)成分布式全集成自動(dòng)化控制系統(tǒng)。正因?yàn)槿绱?，INTERBUS現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)已廣泛用于汽車制造、機(jī)械、造紙、冶金、輕工、食品、煙草、以及物流等領(lǐng)域，并成為眾多廠家首選的自動(dòng)化系統(tǒng)之一。
參考文獻(xiàn)：
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5. Phoenix Contact Gmb H Co.KG.INTERBUS AUTOMATION,2004
評(píng)論