INTERBUS现场总线在光电切纸机中的应用

一、INTERBUS总线概述
随着现场总线技术的出现和发展，各种现场总线的市场竞争日趋激烈，在IEC61158国际标准中，八种总线（FF的H1、FF-HSE、Profibus、INTERBUS、P-NET、WorldFIP、ControlNet、SwiftNet）均列入国际标准，形成多种总线共同竞争的局面。
INTERBUS作为IEC61158标准之一，广泛地应用于制造业、机器加工等行业中，用于从传感器/执行器到计算机控制站的信号连接，是一种开放的串行总线系统。INTERBUS总线协议于1984年推出，其主要技术开发者为德国的PhoenixContact公司，1986年开始在汽车制造中成功使用后，很快在各种行业中得到大量的使用，目前全球使用量达750万节点。

１、INTERBUS总线结构
INTERBUS总线包括远程总线网络和本地总线网络，两种网络传送相同的信号但电平不同。远程总线网络用于远距离数据传送,采用RS-485传输，远程网络采用全双工方式进行通讯，通讯速率为500k/s。本地总线网络连接到远程网络上，网络上的总线终端BT（BUSTerminal）上的BK模块负责将远程网络数据转换为本地网络数据。
INTERBUS总线上的主要设备有总线终端BT（BUSTerminal）上的BK模块、I/O模块和安装在PC或PLC等上位主设备中的总线控制板。总线控制板是INTERBUS总线上的主设备，用于实现协议的控制、错误的诊断、组态的存储等功能。I/O模块实现在总线控制板和传感器/执行器之间的接收和数据传输，可处理的数据类型包括机械制造和流程工业的所有标准信号。

２、INTERBUS总线的协议特点
（１）物理层
结构：硬件数据环，所有设备在组态时自动编址。
距离：分布式，最长距离可达12.8km，系统安装费用低。
传输介质：双绞线、光缆、红外线等，网络可在各种工业环境联接，并可混合使用。
（２）数据链路层
协议传输：全双工、集总帧（summation-frame）结构，网络上的所有I/O可同时更新数据。
协议仲裁：无仲裁，数据可无干扰地连续传送。
数据吞吐量：在7.8ms内可读写4096个数据，I/O数据更新时间比解决应用逻辑需要的时间快数倍。
错误校验：每次网络联接都进行CRC校验，传输数据更可靠、正确。
（３）应用层
诊断：可实现网络故障定位，实现更多的正常工作时间，减少维护费用，提高可靠性。
协议的适应性：支持高速的数字量、模拟量和client-sever信息的传输，可适应绝大多数的控制要求。
I/O的扩展性：可联接254个远程站点，4096个I/O有更好的系统适应性。
（４）连通性
开放性：1000多家厂商提供2500多种兼容设备，可供选择的供应商多，能为系统提供最优的配置。
标准：DIN19258EN50254IEC61158，系统标准统一
（５）数据传输
INTERBUS的数据传输类似于一个远程距离移位寄存器，数据从总线控制板的数据寄存器移出，经过网络上的BK模块和I/O模块，又移入总线控制板的寄存器。也就是说，数据从总线控制板上的数据寄存器的移进移出是同时进行的（全双工模式）。INTERBUS数据是完全帧传送的。两种帧类型：ID周期帧和数据周期帧。ID周期帧在INTERBUS总线系统初始化时须读取，以产生过程映像。在ID周期帧成功执行后，INTERBUS总线设备内部切换到数据寄存器，只执行数据帧，以实现数据的传输。
INTERBUS作为一种基于现场的总线系统，在I/O网络中有十分快的通讯速度：254个I/O时，距离12.8km时为15ms，300m时为3ms。在信息管理层，INTERBUS通过以太网实现互联，I/O层（I/Olevel）、现场层（fieldlevel）、控制层（controllevel）使用INTERBUS系统，上层管理层（managementlevel）通过以太网相连接并和internet相联，从而用户可通过PC机拨号上网，对远方的INTERBUS网络的设备进行操作并获取设备的数据信息。

二、在光电切纸机中的应用
我厂三、四分厂引进的光电切纸机使用了INTERBUS现场总线系统。其系统采用光纤作为通讯介质，使传输速度更快。
光电切纸机使用西门子公司的SIMATICS5作为上位机，控制变频调速电动机来进行切纸。各设备之间的通讯使用现场总线INTERBUS系统。光电切纸机分为五个部分，放纸架单元、打标单元、横切刀单元、搭接单元，送纸单元，它们分别位于三组控制柜中，分别由三个不同的SIMATICS5PLC控制。
其特点是
（1）控制分散：整个设备内部有15台电动机及上百个开关和电磁阀,且电动机均采用了变频传动。
（2）中央监控：各部分的工作状态要求传送到中心控制器+H1柜中的PLCS5中，进行数据的显示和故障信息的显示并可以根据需要进行数据的打印处理。
对于光电切纸控制系统，如果现场信号的连接采用点对点的放线方式，就产生了由于现场设备分散，点对点需要敷设大量控制电缆的问题。另外，从控制的角度还有一个更重要的问题――长线控制问题：一部分控制电缆放线的长度过长，会带来控制压降过大和交流电容过高，导致继电器工作不稳定等问题。针对这些问题，虽有多种解决方法，但是都不经济。而现场总线系统的使用正好解决了这几个问题。一根通讯总线贯穿现场将分散在现场的模块子站联成一个树形网络，子站的输入/输出模块安装在控制柜中。
其拓扑结构如下：