［摘要］作為IEC61158國際標(biāo)準(zhǔn)總線，INTERBUS現(xiàn)場總線使用雙絞線、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(shè)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。此外，菲尼克斯電氣生產(chǎn)的直接現(xiàn)場安裝的各種產(chǎn)品減少了安裝時間和花費，從而降低了安裝費用，而且也不再需要傳統(tǒng)的布線。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。本文略述INTERBUS現(xiàn)場總線產(chǎn)品在鋁行業(yè)中的應(yīng)用，具有推廣價值。
［關(guān)鍵詞］ INTERBUS總線 Fieldline系統(tǒng)
1. 關(guān)于INTERBUS 總線
菲尼克斯電氣一直致力于中國自動化事業(yè)的發(fā)展。作為現(xiàn)場總線、PC-Based、工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的先導(dǎo)，菲尼克斯率先提出了FIELDBUS+ETHERNET這一新型自動化方案，構(gòu)造了完善的工業(yè)企業(yè)管理控制網(wǎng)絡(luò)。
上個世紀(jì)末以來，隨著通訊技術(shù)、計算機技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，工業(yè)自動化領(lǐng)域發(fā)生了深刻變革。德國Phoenix Contact公司努力投身于這一時代浪潮，在現(xiàn)場總線技術(shù)、PC-Based技術(shù)、工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)這自動化界三大重要革新中引領(lǐng)著世界的步伐。
作為現(xiàn)場總線的鼻祖，來自德國的Phoenix Contact公司的INTERBUS現(xiàn)場總線誕生于1986年，采用非常獨特的集總幀傳輸協(xié)議，有效數(shù)據(jù)傳輸率高達52%，具備強大的故障診斷功能；采用雙絞線無中繼器傳輸距離長達12.8公里；；單主站可連接最多達255個從站；掃描4096 I/O點的時間僅為7.8毫秒（500Kbps）。以其技術(shù)的先進性、開放性、成熟性廣泛適用于汽車、機器、物流設(shè)備、卷煙設(shè)備等各種制造業(yè)領(lǐng)域中。在全球有3000多個總線設(shè)備生產(chǎn)廠家，安裝節(jié)點超過400萬個，現(xiàn)已成為眾多廠家首選的自動化系統(tǒng)之一。INTERBUS現(xiàn)場總線是國際標(biāo)準(zhǔn)IEC 61158、歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN-50254、德國標(biāo)準(zhǔn)DIN-19258和中國機械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB 10308-8所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線。
今天，作為現(xiàn)場總線、PC-Based、工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的先導(dǎo)，菲尼克斯又率先提出了FIELDBUS+ETHERNET這一新型自動化方案，構(gòu)造了完善的工業(yè)企業(yè)管理控制網(wǎng)絡(luò)，致力于中國自動化事業(yè)的發(fā)展。隨著現(xiàn)場總線技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)中，八種總線（FF的H1、FF-HSE、Profibus、INTERBUS、P-NET、WorldFIP、 ControlNet、SwiftNet）均列入國際標(biāo)準(zhǔn)，形成多種總線共同競爭的局面。
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(shù)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。
１.1 INTERBUS總線結(jié)構(gòu)
INTERBUS總線包括遠程總線網(wǎng)絡(luò)和本地總線網(wǎng)絡(luò)，兩種網(wǎng)絡(luò)傳送相同的信號但電平不同。遠程總線網(wǎng)絡(luò)用于遠距離數(shù)據(jù)傳送,采用RS-485傳輸，遠程網(wǎng)絡(luò)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(luò)連接到遠程網(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(biāo)準(zhǔn)信號。
1.２ INTERBUS總線的協(xié)議特點
（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(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(yīng)用邏輯需要的時間快數(shù)倍 。
錯誤校驗：每次網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接都進行CRC校驗，傳輸數(shù)據(jù)更可靠、正確 。
（３）應(yīng)用層
診斷：可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)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(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(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(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，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(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(luò)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(luò)的設(shè)備進行操作并獲取設(shè)備的數(shù)據(jù)信息。
2. 控制系統(tǒng)構(gòu)成
電解鋁生產(chǎn)是典型的流程型生產(chǎn)模式，生產(chǎn)工程是否穩(wěn)定直接影響到電解鋁生產(chǎn)的順利進行。因此在電解鋁的生產(chǎn)中，必須實時檢測生產(chǎn)工藝參數(shù)，以保證生產(chǎn)計劃安全高效地完成。青海鋁廠把INTERBUS現(xiàn)場總線系統(tǒng)用于陽極組裝及殘極處理車間。該車間長216m，為電解車間制備新陽極組，即將電解槽上卸下的殘極運至本車間，經(jīng)裝站掛到積放式懸掛輸送機（以下簡稱懸鏈）上，由懸鏈吊運殘極依次通過電解質(zhì)清理、殘極拋丸處理、殘極壓脫、磷鐵環(huán)壓脫、導(dǎo)桿矯直、鋼爪清刷、涂石墨、導(dǎo)桿清刷、澆鑄磷生鐵等流水作業(yè)站，組裝出新的陽極組。懸鏈生產(chǎn)線是該車間的主體，電解槽上換下的殘極在該生產(chǎn)線裝站掛到懸鏈上。懸鏈上裝有約120組小車，小車上吊運著殘極，沿懸鏈前進，在不同作業(yè)站進行處理，最后在卸站下線進入澆鑄工作區(qū)，經(jīng)澆鑄后成為合格的新陽極組。
由于本工程的現(xiàn)場I/O檢測點數(shù)量多，且分布廣、距離遠、現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境惡劣。該廠由于地處西北，冬天溫度可達零下20度，PLC的防護等級比較低，一般工作溫度為零度至40度，很難滿足現(xiàn)場惡劣環(huán)境的要求。如將PLC放在控制室內(nèi)采用傳統(tǒng)的集中式控制，將耗費大量的控制電纜和電纜橋架，并且極大增加敷設(shè)電纜和安裝橋架的工程量，同時給調(diào)試帶來很大的不便，并對日后的維護產(chǎn)生很大的困難。
針對于上述情況，為了適應(yīng)現(xiàn)場環(huán)境、工藝和便于維護的要求，選擇一種控制子站數(shù)目多，布線簡單、維護方便、工作溫度范圍適應(yīng)現(xiàn)場環(huán)境、系統(tǒng)安全可靠，診斷功能強大的系統(tǒng)。INTERBUS系統(tǒng)除了可以連接菲尼克斯自己的控制器以外，還可以連接ROCKWELL，SIEMENS，SCHNEIDER等公司的PLC，采用一根總線電纜連接、總傳輸距離長達12.8KM，工作溫度范圍為零下25度到零上55度，強大的診斷功能給維護帶來極大的方便。
自動作業(yè)系統(tǒng)采用菲尼克斯的INTERBUS總線，采用新的Fieldline系統(tǒng)，共有89個節(jié)點，對現(xiàn)場設(shè)備的作業(yè)進行信號的采集控制。根據(jù)工程需要，整個控制系統(tǒng)由操作員站（OPS）和控制站（PLC）兩級構(gòu)成。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。該系統(tǒng)由計算機、PLC、INTERBUS現(xiàn)場總線組成的多級、開放式集散數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控管理系統(tǒng)。因車間內(nèi)粉塵大，所有菲尼克斯的現(xiàn)場I/O模板都選用IP67防護等級的Fieldline一體化模塊INTERBUS M12，通過兩個M12連接器連接總線，用于向遠程總線供電，并提供INTERBUS通信。Fieldline M12模塊允許傳感器和執(zhí)行器通過標(biāo)準(zhǔn)M12連接器相連。采用西門子公司的SIMATIC S7-300系列PLC，CPU為315-2DP。另采用1塊菲尼克斯公司提供的INTERBUS控制板IBS S7300 DSC-T將S7300 PLC和INTERBUS相連接。系統(tǒng)操作站選用研華工控機，監(jiān)視控制站的所有信息，進行顯示、操作、記錄、數(shù)據(jù)處理、報表輸出，并可以按一定的權(quán)限進行控制的組態(tài)和參數(shù)修改等操作。系統(tǒng)控制站通過控制單元檢測和控制裝備對整個生產(chǎn)過程實行實時控制，并通過系統(tǒng)總線與操作員站相連，向操作站傳遞現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)并且接受操作站的管理和控制信息。編程軟件為菲尼克斯的CMD,組態(tài)、監(jiān)控和診斷軟件CMD，是貫穿系統(tǒng)整個生命周期中所使用的工具，即從規(guī)劃和組態(tài)，到系統(tǒng)的調(diào)試，再到系統(tǒng)運行以及維護中的診斷。無論你使用的是什么類型的控制器，這個軟件都適用。啟動階段如總線發(fā)生故障，出錯位置可以在CMD和直接在電路圖視窗中顯示出來。
