保定鈔票紙廠 董會(huì)正
摘要：INTERBUS現(xiàn)場(chǎng)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(wú)線進(jìn)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(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。其獨(dú)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(qiáng)的診斷功能，在汽車、造紙、煙草等制造自動(dòng)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(jī)中使用INTERBUS系統(tǒng)，具有典型意義。
關(guān)鍵詞： INTERBUS PLC 光電切紙機(jī) 組織塊
一、INTERBUS 總線概述
隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，各種現(xiàn)場(chǎng)總線的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，在IEC61158國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中，八種總線（FF的H1、FF-HSE、Profibus、INTERBUS、P-NET、WorldFIP、 ControlNet、SwiftNet）均列入國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，形成多種總線共同競(jìng)爭(zhēng)的局面。
INTERBUS作為IEC61158標(biāo)準(zhǔn)之一，廣泛地應(yīng)用于制造業(yè)、機(jī)器加工等行業(yè)中，用于從傳感器/執(zhí)行器到計(jì)算機(jī)控制站的信號(hào)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(shù)開發(fā)者為德國(guó)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(dá)750萬(wàn)節(jié)點(diǎn)。
１、INTERBUS總線結(jié)構(gòu)
INTERBUS總線包括遠(yuǎn)程總線網(wǎng)絡(luò)和本地總線網(wǎng)絡(luò)，兩種網(wǎng)絡(luò)傳送相同的信號(hào)但電平不同。遠(yuǎn)程總線網(wǎng)絡(luò)用于遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳送,采用RS-485傳輸，遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)采用全雙工方式進(jìn)行通訊，通訊速率為500k/s。本地總線網(wǎng)絡(luò)連接到遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)上，網(wǎng)絡(luò)上的總線終端BT（BUS Terminal）上的BK模塊負(fù)責(zé)將遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為本地網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。
INTERBUS總線上的主要設(shè)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(shè)備中的總線控制板?？偩€控制板是INTERBUS總線上的主設(shè)備，用于實(shí)現(xiàn)協(xié)議的控制、錯(cuò)誤的診斷、組態(tài)的存儲(chǔ)等功能。I/O模塊實(shí)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(jī)械制造和流程工業(yè)的所有標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。
２、INTERBUS總線的協(xié)議特點(diǎn)
（１）物理層
結(jié)構(gòu)：硬件數(shù)據(jù)環(huán)，所有設(shè)備在組態(tài)時(shí)自動(dòng)編址 。
距離：分布式，最長(zhǎng)距離可達(dá)12.8km，系統(tǒng)安裝費(fèi)用低 。
傳輸介質(zhì)：雙絞線、光纜、紅外線等，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(shù)據(jù)鏈路層
協(xié)議傳輸：全雙工、集總幀（summation-frame）結(jié)構(gòu) ，網(wǎng)絡(luò)上的所有I/O可同時(shí)更新數(shù)據(jù) 。
協(xié)議仲裁：無(wú)仲裁，數(shù)據(jù)可無(wú)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(gè)數(shù)據(jù)，I/O數(shù)據(jù)更新時(shí)間比解決應(yīng)用邏輯需要的時(shí)間快數(shù)倍 。
錯(cuò)誤校驗(yàn)：每次網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接都進(jìn)行CRC校驗(yàn)，傳輸數(shù)據(jù)更可靠、正確 。
（３）應(yīng)用層
診斷：可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障定位，實(shí)現(xiàn)更多的正常工作時(shí)間，減少維護(hù)費(fèi)用，提高可靠性 。
協(xié)議的適應(yīng)性：支持高速的數(shù)字量、模擬量和client-sever信息的傳輸，可適應(yīng)絕大多數(shù)的控制要求 。
I/O的擴(kuò)展性：可聯(lián)接254個(gè)遠(yuǎn)程站點(diǎn)，4096個(gè)I/O 有更好的系統(tǒng)適應(yīng)性 。
（４）連通性
開放性：1000多家廠商提供2500多種兼容設(shè)備， 可供選擇的供應(yīng)商多，能為系統(tǒng)提供最優(yōu)的配置 。
標(biāo)準(zhǔn) ：DIN19258 EN50254 IEC61158 ，系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一
（５）數(shù)據(jù)傳輸
INTERBUS的數(shù)據(jù)傳輸類似于一個(gè)遠(yuǎn)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(guò)網(wǎng)絡(luò)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(shuō)，數(shù)據(jù)從總線控制板上的數(shù)據(jù)寄存器的移進(jìn)移出是同時(shí)進(jìn)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(shí)須讀取，以產(chǎn)生過(guò)程映像。在ID周期幀成功執(zhí)行后，INTERBUS總線設(shè)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。
INTERBUS作為一種基于現(xiàn)場(chǎng)的總線系統(tǒng)，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(xiàn)互聯(lián)，I/O層（I/O level）、現(xiàn)場(chǎng)層（field level）、控制層(control level)使用INTERBUS系統(tǒng)，上層管理層（management level）通過(guò)以太網(wǎng)相連接并和internet相聯(lián)，從而用戶可通過(guò)PC機(jī)撥號(hào)上網(wǎng)，對(duì)遠(yuǎn)方的INTERBUS網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備進(jìn)行操作并獲取設(shè)備的數(shù)據(jù)信息。
二、在光電切紙機(jī)中的應(yīng)用
我廠三、四分廠引進(jìn)的光電切紙機(jī)使用了INTERBUS現(xiàn)場(chǎng)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(jī)使用西門子公司的SIMATIC S5作為上位機(jī)，控制變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)來(lái)進(jìn)行切紙。各設(shè)備之間的通訊使用現(xiàn)場(chǎng)總線INTERBUS系統(tǒng) 。光電切紙機(jī)分為五個(gè)部分，放紙架單元、打標(biāo)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(shè)備內(nèi)部有15臺(tái)電動(dòng)機(jī)及上百個(gè)開關(guān)和電磁閥,且電動(dòng)機(jī)均采用了變頻傳動(dòng)。
（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(jìn)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(jìn)行數(shù)據(jù)的打印處理。
對(duì)于光電切紙控制系統(tǒng)，如果現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的連接采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的放線方式，就產(chǎn)生了由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備分散，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)需要敷設(shè)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(zhǎng)線控制問(wèn)題：一部分控制電纜放線的長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，會(huì)帶來(lái)控制壓降過(guò)大和交流電容過(guò)高，導(dǎo)致繼電器工作不穩(wěn)定等問(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)題，雖有多種解決方法，但是都不經(jīng)濟(jì)。而現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的使用正好解決了這幾個(gè)問(wèn)題。一根通訊總線貫穿現(xiàn)場(chǎng)將分散在現(xiàn)場(chǎng)的模塊子站聯(lián)成一個(gè)樹形網(wǎng)絡(luò)，子站的輸入/輸出模塊安裝在控制柜中。
其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下：
（3）INTERBUS系統(tǒng)在H18柜SIMATIC S5系統(tǒng)中的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，見(jiàn)（圖一）。H10和H1柜中的結(jié)構(gòu)與此相近。
圖一
如圖一所示，SIMATIC S5系統(tǒng)項(xiàng)目下方分別建立了四個(gè)IBS ST 24-LK光電轉(zhuǎn)換模塊，每個(gè)轉(zhuǎn)換模塊帶有幾個(gè)I/O模擬和數(shù)字的輸入輸出模塊，把現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。該系統(tǒng)是光電切紙機(jī)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(guān)、閥門現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)儀表較近的控制柜中，較好的解決了布線問(wèn)題，使布線簡(jiǎn)潔、維修方便，而且較好的解決了由于切紙機(jī)系統(tǒng)中使用變頻器所帶來(lái)的頻率干擾問(wèn)題，使系統(tǒng)穩(wěn)定性大大增強(qiáng)。
三、下面以H18柜為例簡(jiǎn)單的描述一下INTERBUS系統(tǒng)通訊功能在SIMATIC S5系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)
OB1是S5的組織塊，是S5系統(tǒng)軟件中的主程序，應(yīng)用程序通過(guò)模塊化的編程，通過(guò)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(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?cè)贠B21和OB22中加入FB210功能塊，調(diào)用FB60，使INTERBUS總線和PLC實(shí)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(shí)我們?cè)贠B1調(diào)用FB66輸入處理程序和FB68輸出處理程序兩個(gè)PHONEX標(biāo)準(zhǔn)功能塊，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的讀寫，實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的處理,同時(shí)由于INTERBUS總線的時(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?cè)谥鞒绦蛑屑尤肓艘粋€(gè)INTERBUS總線的故障診斷、復(fù)位、啟動(dòng)、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(yùn)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(dòng)INTERBUS
AUTO:F0.0 激活按鈕
RUN:F100.2 故障信息自動(dòng)應(yīng)答
PF:F100.3 INTERBUS正在運(yùn)行
BUQU:F100.4 外圍設(shè)備故障
DTCT:F100.5 診斷功能激活
…
Segment 7
JU FB68
NAME:PUT-ACTV
IBDB:B209
:BE
四、結(jié)束語(yǔ)
在三、四分廠光電切紙機(jī)安裝完成之后的生產(chǎn)使用中，INTERBUS系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。INTERBUS現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)在應(yīng)用中有如下的特點(diǎn)：
（1） 維護(hù)簡(jiǎn)單
布線結(jié)構(gòu)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(hù)和改造升級(jí)。
（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(jià)格最優(yōu)的現(xiàn)場(chǎng)儀表或設(shè)備，從而有效地減少了對(duì)專用產(chǎn)品的依賴，減少了備品備件數(shù)量，節(jié)約了維護(hù)采購(gòu)資金。
c:系統(tǒng)工作穩(wěn)定、維護(hù)簡(jiǎn)單，為生產(chǎn)帶來(lái)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(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，INTERBUS總線的先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性得到日益明顯的體現(xiàn)，在控制領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越大。
（4在對(duì)實(shí)時(shí)響應(yīng)、控制參數(shù)及結(jié)構(gòu)復(fù)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。為了滿足未來(lái)工廠控制的需求，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(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(shì)下，現(xiàn)場(chǎng)總線已成為控制技術(shù)的發(fā)展方向。目前在國(guó)內(nèi)INTERBUS 總線相對(duì)于PROFIBUS，DEVICENT總線的應(yīng)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(cāng)儲(chǔ)、食品、冶金、木材、紡織等行業(yè)。國(guó)內(nèi)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(jī)場(chǎng)、秦皇島港口等各種行業(yè)中得以大量使用。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要和市場(chǎng)需求，以及INTERBUS在中國(guó)的推廣，可以預(yù)期INTERBUS總線技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展前景非常廣闊。
參考資料： INTERBUS 用戶手冊(cè)
