INTERBUS現(xiàn)場總線技術(shù)及其發(fā)展

2005年5月，INTERBUS現(xiàn)場總線正式成為我國行業(yè)標準JB/TIO308.8《測量和控制數(shù)字數(shù)據(jù)通信工業(yè)控制系統(tǒng)用現(xiàn)場總線類型8：INTERBUS《規(guī)范》。INTERBUS是世界上開發(fā)最早的現(xiàn)場總線，早在1984年就由德國Phoenix Contact公司研發(fā)，并得到Interbus Club國際組織支持。由于該總線的快速發(fā)展和廣泛使用，INTERBUS 已先后成為DIN19258德國標準、EN50254歐洲標準和IEC61158現(xiàn)場總線國際標準。INTERBUS在全球有1000多家總線設(shè)備生產(chǎn)商，提供多達2500種產(chǎn)品。到目前為止，INTERBUS現(xiàn)場總線在世界各地的節(jié)點安裝突破750萬，在各種現(xiàn)場總線中名列第二。

1、INTERBUS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與規(guī)范

INTERBUS是數(shù)字的串行通信系統(tǒng)，用于控制系統(tǒng)（如何編程序控制器）與工業(yè)傳感器和執(zhí)行器類現(xiàn)場設(shè)備之間的通信。INTERBUS總線使用中央主——從訪問方式和樹狀拓撲結(jié)構(gòu)，用于所連接的主站系統(tǒng)應用與從站應用程序之間數(shù)據(jù)的交換，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖示于圖1。INTERBUS協(xié)議給用戶提供了兩個數(shù)據(jù)傳輸通道：過程數(shù)據(jù)通道和參數(shù)通道。組合兩種通道形成混合的網(wǎng)絡通信結(jié)構(gòu)。從主站開始的網(wǎng)段是第一網(wǎng)段（一組從站），同時該網(wǎng)段可通過總結(jié)耦合器擴展更多網(wǎng)段。從站和總線耦合器不帶地址，它們的地址是由其在環(huán)中的位置決定。

圖1 INTERBUS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

對于INTERBUS系統(tǒng)來說，整個系統(tǒng)是由互相連接的總線段構(gòu)成。INTERBUS總線可分為三種不同的總線段，即遠程總線段、本地總線段和Interbus環(huán)路段。每個遠程總線段開始于一個遠程總線終端模塊，一個遠程總線的最大長度為400米（銅纜），整個INTERBUS系統(tǒng)的總長可達12.8公里。如果遠程總線需要供電，則稱為安裝遠程總線，即傳輸數(shù)據(jù)，也傳輸電源；每個遠程總線終端模塊都引出一個由本地總線模塊組成的本地總線段，本地總線主要用在控制柜內(nèi)，并給變送器和執(zhí)行器提供附加電源；Interbus環(huán)路段是可以直接應用于IP65現(xiàn)場的本地總線段，它采用兩芯無屏蔽導線，總線供電。一個環(huán)路可帶63個模塊，總長為200米。根據(jù)用戶的不同要求，利用以上不同的Interbus總線段可以構(gòu)成能夠滿足各種實際需要的現(xiàn)場總索線網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。INTERBUS系統(tǒng)規(guī)范見表1。

表1 典型INTERBUS系統(tǒng)規(guī)范

從表中可以看出INTERBUS數(shù)據(jù)的安全性得到充分保護。

2、INTERBUS協(xié)議

INTERBUS通信協(xié)議完全遵照ISO/0SI開放系統(tǒng)互連模型，并符合IEC61158現(xiàn)場總線三層參考模型。INTERBUS參考模型包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應用層，其中，為了提高傳輸效率，數(shù)據(jù)鏈路層（DLL）、由媒體訪問控制（MAC）、基本鏈路層（BLL）和外圍設(shè)備數(shù)據(jù)鏈路（PDL）等三個子層構(gòu)成，該數(shù)據(jù)鏈路層產(chǎn)生了等時(Isochrones)、集總幀(Summation frame)傳輸協(xié)議，具體見圖2。

圖2 集總幀傳輸協(xié)議

INTERBUS總線系統(tǒng)是一個數(shù)據(jù)環(huán)結(jié)構(gòu)。主站開始第一個網(wǎng)段，從站被連接到網(wǎng)段。數(shù)據(jù)從主站傳送到所有從站，從站從前面的設(shè)備接收數(shù)據(jù)并把數(shù)據(jù)傳送給下一個設(shè)備，從站將集總幀送給它的輸入數(shù)據(jù)取出，在該處插入其將要傳出的數(shù)據(jù)，旁路通過其它數(shù)據(jù)。對總線上每個從站來說，根據(jù)它在幀中的數(shù)據(jù)寬度確定一個固定的時間片。數(shù)據(jù)包順序按照連接從站的物理順序。周期數(shù)據(jù)（過程數(shù)據(jù)和非周期數(shù)據(jù)（參數(shù)數(shù)據(jù)）同時傳輸。從站的參數(shù)數(shù)據(jù)在集總幀中使用固定長度為2、4和個八位位組，較長的報文（PDU）由數(shù)據(jù)鏈路層分割，這就是INTERBUS總線專有的PCP (Peripherals Communication Protocol) 外圍設(shè)備通信協(xié)議，PCP最后再把所有的信息片段組合起來，形成一個完整的信息。