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摘要：INTERBUS現(xiàn)場總線作為一種新的控制方式，發(fā)展迅速，它使用雙絞線、光纖或無線進行數(shù)據(jù)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行數(shù)據(jù)通訊。其獨特的環(huán)行數(shù)據(jù)流方式，使得具有很高的穩(wěn)定性、傳輸效率和很強的診斷功能，在汽車、造紙、煙草等制造自動化系統(tǒng)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(tǒng)，具有典型意義。

關鍵詞： INTERBUS   PLC  光電切紙機  組織塊

一、INTERBUS 總線概述
    隨著現(xiàn)場總線技術的出現(xiàn)和發(fā)展，各種現(xiàn)場總線的市場競爭日趨激烈，在IEC61158國際標準中，八種總線（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(zhí)行器到計算機控制站的信號連接，是一種開放的串行總線系統(tǒng)。INTERBUS總線協(xié)議于1984年推出，其主要技術開發(fā)者為德國的Phoenix Contact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750萬節(jié)點。

１、INTERBUS總線結構
    INTERBUS總線包括遠程總線網(wǎng)絡和本地總線網(wǎng)絡，兩種網(wǎng)絡傳送相同的信號但電平不同。遠程總線網(wǎng)絡用于遠距離數(shù)據(jù)傳送,采用RS-485傳輸，遠程網(wǎng)絡采用全雙工方式進行通訊，通訊速率為500k/s。本地總線網(wǎng)絡連接到遠程網(wǎng)絡上，網(wǎng)絡上的總線終端BT（BUS Terminal）上的BK模塊負責將遠程網(wǎng)絡數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為本地網(wǎng)絡數(shù)據(jù)。
    INTERBUS總線上的主要設備有總線終端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控制板。總線控制板是INTERBUS總線上的主設備，用于實現(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)類型包括機械制造和流程工業(yè)的所有標準信號。
 
２、INTERBUS總線的協(xié)議特點
（１）物理層
結構：硬件數(shù)據(jù)環(huán)，所有設備在組態(tài)時自動編址 。
距離：分布式，最長距離可達12.8km，系統(tǒng)安裝費用低 。
傳輸介質(zhì)：雙絞線、光纜、紅外線等，網(wǎng)絡可在各種工業(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）結構 ，網(wǎng)絡上的所有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)更新時間比解決應用邏輯需要的時間快數(shù)倍 。
錯誤校驗：每次網(wǎng)絡聯(lián)接都進行CRC校驗，傳輸數(shù)據(jù)更可靠、正確 。
（３）應用層
診斷：可實現(xiàn)網(wǎng)絡故障定位，實現(xiàn)更多的正常工作時間，減少維護費用，提高可靠性 。
協(xié)議的適應性：支持高速的數(shù)字量、模擬量和client-sever信息的傳輸，可適應絕大多數(shù)的控制要求 。
I/O的擴展性：可聯(lián)接254個遠程站點，4096個I/O 有更好的系統(tǒng)適應性 。
（４）連通性
開放性：1000多家廠商提供2500多種兼容設備， 可供選擇的供應商多，能為系統(tǒng)提供最優(yōu)的配置 。
標準 ：DIN19258 EN50254 IEC61158 ，系統(tǒng)標準統(tǒng)一
 （５）數(shù)據(jù)傳輸
INTERBUS的數(shù)據(jù)傳輸類似于一個遠程距離移位寄存器，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)寄存器的移進移出是同時進行的（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)實現(xiàn)互聯(lián)，I/O層（I/O level）、現(xiàn)場層（field level）、控制層(control level)使用INTERBUS系統(tǒng)，上層管理層（management level）通過以太網(wǎng)相連接并和internet相聯(lián)，從而用戶可通過PC機撥號上網(wǎng)，對遠方的INTERBUS網(wǎng)絡的設備進行操作并獲取設備的數(shù)據(jù)信息。

二、在光電切紙機中的應用
    我廠三、四分廠引進的光電切紙機使用了INTERBUS現(xiàn)場總線系統(tǒng)。其系統(tǒng)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子公司的SIMATIC S5作為上位機，控制變頻調(diào)速電動機來進行切紙。各設備之間的通訊使用現(xiàn)場總線INTERBUS系統(tǒng) 。光電切紙機分為五個部分，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，分別由三個不同的SIMATIC S5 PLC 控制。其特點是
（1） 控制分散：整個設備內(nèi)部有15臺電動機及上百個開關和電磁閥,且電動機均采用了變頻傳動。
（2）中央監(jiān)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，進行數(shù)據(jù)的顯示和故障信息的顯示并可以根據(jù)需要進行數(shù)據(jù)的打印處理。
對于光電切紙控制系統(tǒng)，如果現(xiàn)場信號的連接采用點對點的放線方式，就產(chǎn)生了由于現(xiàn)場設備分散，點對點需要敷設大量控制電纜的問題。另外，從控制的角度還有一個更重要的問題――長線控制問題：一部分控制電纜放線的長度過長，會帶來控制壓降過大和交流電容過高，導致繼電器工作不穩(wěn)定等問題。針對這些問題，雖有多種解決方法，但是都不經(jīng)濟。而現(xiàn)場總線系統(tǒng)的使用正好解決了這幾個問題。一根通訊總線貫穿現(xiàn)場將分散在現(xiàn)場的模塊子站聯(lián)成一個樹形網(wǎng)絡，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(tǒng)在H18柜SIMATIC S5系統(tǒng)中的系統(tǒng)硬件結構，見（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(tǒng)項目下方分別建立了四個IBS ST 24-LK光電轉(zhuǎn)換模塊，每個轉(zhuǎn)換模塊帶有幾個I/O模擬和數(shù)字的輸入輸出模塊，把現(xiàn)場的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成光信號，進行數(shù)據(jù)的傳輸。該系統(tǒng)是光電切紙機的門和搭接控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集部分。由于該部分的傳感器、電磁離合器、光電開關、閥門現(xiàn)場位置分散，數(shù)量較多，所以把每一組光電轉(zhuǎn)換模塊都安裝在離現(xiàn)場儀表較近的控制柜中，較好的解決了布線問題，使布線簡潔、維修方便，而且較好的解決了由于切紙機系統(tǒng)中使用變頻器所帶來的頻率干擾問題，使系統(tǒng)穩(wěn)定性大大增強。

三、下面以H18柜為例簡單的描述一下INTERBUS系統(tǒng)通訊功能在SIMATIC S5系統(tǒng)中的實現(xiàn)
    OB1是S5的組織塊，是S5系統(tǒng)軟件中的主程序，應用程序通過模塊化的編程，通過程序的調(diào)用執(zhí)行。OB21和OB22也是組織塊，其中OB22是PLC電源上電時加載，即所謂的冷啟動，OB21是PLC從STOP狀態(tài)到START狀態(tài)時加載，即所謂的熱啟動。在啟動完成之后，交給OB1主程序。我們在OB21和OB22中加入FB210功能塊，調(diào)用FB60，使INTERBUS總線和PLC實現(xiàn)同步，生成和輸入數(shù)據(jù)塊的基本數(shù)據(jù)，等待控制器讀取。同時我們在OB1調(diào)用FB66輸入處理程序和FB68輸出處理程序兩個PHONEX標準功能塊，負責數(shù)據(jù)的讀寫，實現(xiàn)對遠程數(shù)據(jù)的處理,同時由于INTERBUS總線的時間處理周期和SIMATIC S5 PLC的時間處理周期不會完全同步，所以我們在主程序中加入了一個INTERBUS總線的故障診斷、復位、啟動、激活等功能的處理程序，以便使INTERBUS總線系統(tǒng)在SIMATIC S5系統(tǒng)中運行穩(wěn)定、可靠。其調(diào)用格式為下面所述。
OB1 主程序
…
Segment 5
JU FB 66                   調(diào)用接收塊程序     
NAME:GET-NOTI              接收程序的名稱     
DB:DB209                    接收程序塊使用的數(shù)據(jù)塊

…
Segment 6
JU FB214
NAME:DSCDIA         
DIDB:14                    診斷數(shù)據(jù)塊
NSTR:F100.0                啟動INTERBUS
AUTO:F0.0                  激活按鈕
RUN:F100.2                 故障信息自動應答
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
    在三、四分廠光電切紙機安裝完成之后的生產(chǎn)使用中，INTERBUS系統(tǒng)運行穩(wěn)定。INTERBUS現(xiàn)場總線系統(tǒng)在應用中有如下的特點：
（1） 維護簡單   
布線結構清晰、模塊功能明確的優(yōu)點是顯而易見的。再加上總線系統(tǒng)本身具有的高診斷功能，使總線系統(tǒng)易于管理、維護和改造升級。
（2） 節(jié)省投資   
a:節(jié)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，可為客戶提供大量的產(chǎn)品，讓客戶選擇性能價格最優(yōu)的現(xiàn)場儀表或設備，從而有效地減少了對專用產(chǎn)品的依賴，減少了備品備件數(shù)量，節(jié)約了維護采購資金。
c:系統(tǒng)工作穩(wěn)定、維護簡單，為生產(chǎn)帶來了安全和效益上的保證。
（3） 隨著總線系統(tǒng)的三元素：控制技術、計算機技術、網(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展，INTERBUS總線的先進性和經(jīng)濟性得到日益明顯的體現(xiàn)，在控制領域的應用越來越大。
（4在對實時響應、控制參數(shù)及結構復雜和控制要求更高的一些控制領域，PHOENIXCONTACT 公司已推出恒定2M的傳輸速率為來解決這些問題。為了滿足未來工廠控制的需求，PHEONIX CONTACT和SIEMENS 共同推出PROFINET 協(xié)議，通過工業(yè)以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)交換，做到一網(wǎng)到底，解決工廠存在的困擾。
   在控制一體化的發(fā)展趨勢下，現(xiàn)場總線已成為控制技術的發(fā)展方向。目前在國內(nèi)INTERBUS 總線相對于PROFIBUS，DEVICENT總線的應用還不算太廣泛，但在歐洲，INTERBUS大量使用在汽車、煙草、造紙、印刷、倉儲、食品、冶金、木材、紡織等行業(yè)。國內(nèi)在一汽大眾、上海大眾、沈陽寶馬、玉溪卷煙、北京卷煙、上海卷煙、首都機場、秦皇島港口等各種行業(yè)中得以大量使用。隨著我國國民經(jīng)濟發(fā)展需要和市場需求，以及INTERBUS在中國的推廣，可以預期INTERBUS總線技術在我國的發(fā)展前景非常廣闊。

參考資料：  INTERBUS 用戶手冊