发表于：2007/1/24 20:17:00
#0楼
[关键词]
Interbus现场总线技术
一、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,由于各大集团对于现有市场利益的追逐,使统一的现场总线国际标准迟迟不能出台。经过妥协,在2000年1月宣布的IEC61158国际标准中,将8种总线(FF的H1、FRHSE、Profibus、Interbus、P-Net、WorldFIP、ControlNet、Swift-Net)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和机器加工行业中,连接传感器/执行器到计算机控制站,是一种开放的串行总线系统。Interbus总线于1984年推出,其主要技术开发者为德国的Phoenix Contact公司,是推出较早的一种开放式总线系统。Interbus Club
是Interbus设备生产厂家和用户的全球性组织,目前在17个国家和地区设立了独立的Club组织,共有500多个成员。Interbus先后成为德国国家标准DIN19258和欧洲标准EN50254。在成为IEC61158一员后,Interbus将得到更大的发展。
.
图１ Interbus 总线结构
Interbus区别于其他总线的特点之一是其产品有众多的供应商支持。目前许多总线都仅由几家较大的供应商支持和开发，如Siemens支持的Profibus，Allen-Bradley支持的DeviceNet、ControlNet, Alstom支持的WorldFIP等，这些总线的产品也往往局限于这些少数较大厂商中，用户的选择余地较小；而Interbus不是由哪一个较大的供应商所独有，它由一大批独立的供应商支持，提供中立和独立的解决方案，用户的选择面积大，较灵活，可适应开放的系统，因此Interbus被认为是工业领域的Novelnet。
二、 lnterbus总线的技术特点
1.lnterbus总线结构
Interbus总线包括远程总线网络和本地总线网络,如周I所示,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传送数据,采用RS485传输,网络本身不供电,采用全双工方式通信,通信速率为500kb/s。本地总线网络连接到远程网络上,网络总线终端BT(Bus Terminal)上的Bk模块负责将远程网络数据转换为本地网络数据。
表１ Interbus 协议特点
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 网络可在各种工业环境联接
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
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 每次网络连接都进行 CRC 校验 传输数据更可靠、正确
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养活维护费用、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 可连接 256 个远程站点， 4096 个 I/O ，实现 4096 个数字量输入和 4096 个数字量输出或数字模拟混合量的输入与输出 有更好的系统适应性
连通性
开放性 1000 多家厂商提供 2500 多种兼容设备 提供标准的模拟和数字 I/O 数据传送，且可选择的供应商多，能烽系统提供最优的配置
标准 DIN19258 EN50254 IEC61158 系统标准统一
Interbus 总线上的主要设备有总线终端 BT(Bus Terminal)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 / 执行器之间接收和传输数据 ,可处理的数据类型几乎包括机械制造和流程工业的所有标准化信号 ,如 O~20mA 、O~lOV 、4-20A 、±10V,其温度输人模块可处理所有流行的热电偶、热电阻信号。
Interbus 有自己独特的环路结构 Interbus-Loop),BK 模块和 I/O 模块形成闭合的环状结构 ,环路使用标准电缆同时传送数据和电源。Interbus-Loop 可以连接模拟、数字设备甚至复杂的传感器 / 执行器 , 如识别系统和变频器 ,也允许直接接人智能终端仪表 ,支持在节点间直接交换过程和参数数据 ,无需经过控制站。每个 Interbus-Loop上最多可连接 63 个设备 ,总长度不超过200m 。
2. 协议特点 (Interbus 总线的协议特点见表 1)
3. 数据传输
实现 Interbus 的主要协议芯片有两种 ,总线控制板上的IPMS(Interbus Protocol Master) 和网络上 I/O 设备上的 SuPI(Serial micro Processor Interface) 。通过这两种协议芯片形成 Interbus 的数据环结构 .
Interbus的数据传输类似于一个远距离移位寄存器，数据从总线控制板的数据寄存器移出，经过网路上的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。报文中典型的两种帧类型：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。每-个帧结构由loop-back check word开始,所有的网络数据都在loop-back check word之后传送,帧的最后部分是CRC校验和命令字。总线控制板在接收到数据后,对loop-back check word检查并进行CRC校验,以保证数据传输的可靠性。
三、 lnterbus自动化的解决方案
Interbus提供自动化的整体解决方案,I/O层提供多种输入输出模块,包括智能终端模块、远程终端模块、网关模块等;控制层可以选用PC、VME和绝大多数的PLC作为主设备。从I/O层到控制层,仅需→根电缆即可实现数据交换,以取代成百上千条从控制系统接人及接出的电缆,可降低约40%的系统安装费用。控制软件采用符合IEC1131-3标准的PCWORX软件,包括组态软件SYSTEM WORX、硬件编程软件PROGAM WORX、控制图形化软件GRAPH WORX。上位设备通过OPC Server实现数据的开放和共享。
作为一种开放的总线系统 ,Inter-bus 与任何 PC 平台兼容并可用于全世界 80% 的 PLC, 如 Siemens 的 SiS7 系列 ,GE 的 Fame,A-B 的 PLC5 等。该总线的中立化虽然解决了硬件系统的不兼容性 , 但仍可能存在操作系统和编程语言的不兼容。由此 Interbus 推行 Open Control 的概念 , 试图在当今已经普遍接受的标准基础上规定将来开放的自动化系统的结构。 Open Control 由开放式总线系统 Interbus 、 Microsoft 的开放式程序 Windows NT 结构和工业 PC 组成 ,目标是将办公室和生产现场基于同一平台 , 实现通行的、统一的信息流通过所有的层面而不停留一一即完全垂直的集成 (CVLComplete Vertical Integration) 。使用 Open Control, 不同的硬件和软件制造商的单个部件可集成到一个自动化系统中 ,真正实现不同制造商的可互操作性 , 无需任何界面接口。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信速度 :256 个 I/0,距离 12.8km 时为 15Ins,300m 时为 3ms 。在信息管理层 ,Inter-bus 通过以太网实现互联 ,如图 4 所示 ,I/O 层、现场层、控制层使用 Interbus 系统 ,上层管理层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。
四、 Interbus 的应用和发展
作为欧洲标准 EN50254 、国际标准 IEC61158,Interbus 在全球有 1000 多家总线设备生产商支持 , 提供 2500 多种 Interbus 总线设备。据美国 ARC(Auto-mation Research Corporation) 统计 , 到 1998 年底 ,Interbus 在全球自动化领域已有30 多万套应用系统 ,安装了超过 200 万个节点 ,使得 Interbus 成为名副其实的标准化的国际现场总线。
作为一种快速的传感器 / 执行器层次的现场总线 ,Interbus 的主要应用在汽车、造纸、烟草、印刷、仓储、船舶、食品、冶金、木材、纺织、化工等行业。特别在汽车工业上 ,众多著名的汽车厂商在生产线上都使用 Interbus, 欧洲汽车工业 80% 的车身厂和焊接车间 ,均采用 Interbus 系统的控制方案。
在中国 ,Interbus 也已成功应用于多条生产线上 ,例如在上海大众的帕萨特生产线全面采用了 Interbus 技术 ; 一汽大众的 Audi A6 生产线上 ,大规模采用 Interbus; 在烟草工业上 , 云南红塔集团玉溪卷烟厂在新的生产线全面采用 PC 控制的 Interbus 方案 ; 另外在造纸等工业也得到了广泛地使用。为了加快 Interbus 在中国的推广 ,Phoenix Con-tact 公司于 1999 年 7 月在其子公司一一南京菲尼克斯电气有限公司成立了 Inter-bus 服务中心 ,并酝酿在中国成立 Inter-bus Club 。
目前由于国际现场总线标准的多元化 ,且每一种总线都有其适用的领域和技术特点 ,用一种统一的现场总线覆盖所有的应用领域显然是不大可能 , 多种总线并存的局面预计将长期存在 , 而在生产制造自动化方面具有较强优势的 Interbus 总线 , 在被 IEC61158 列人标准后 , 将会得到更大的发展。
Interbus现场总线技术
一、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,由于各大集团对于现有市场利益的追逐,使统一的现场总线国际标准迟迟不能出台。经过妥协,在2000年1月宣布的IEC61158国际标准中,将8种总线(FF的H1、FRHSE、Profibus、Interbus、P-Net、WorldFIP、ControlNet、Swift-Net)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和机器加工行业中,连接传感器/执行器到计算机控制站,是一种开放的串行总线系统。Interbus总线于1984年推出,其主要技术开发者为德国的Phoenix Contact公司,是推出较早的一种开放式总线系统。Interbus Club
是Interbus设备生产厂家和用户的全球性组织,目前在17个国家和地区设立了独立的Club组织,共有500多个成员。Interbus先后成为德国国家标准DIN19258和欧洲标准EN50254。在成为IEC61158一员后,Interbus将得到更大的发展。
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图１ Interbus 总线结构
Interbus区别于其他总线的特点之一是其产品有众多的供应商支持。目前许多总线都仅由几家较大的供应商支持和开发，如Siemens支持的Profibus，Allen-Bradley支持的DeviceNet、ControlNet, Alstom支持的WorldFIP等，这些总线的产品也往往局限于这些少数较大厂商中，用户的选择余地较小；而Interbus不是由哪一个较大的供应商所独有，它由一大批独立的供应商支持，提供中立和独立的解决方案，用户的选择面积大，较灵活，可适应开放的系统，因此Interbus被认为是工业领域的Novelnet。
二、 lnterbus总线的技术特点
1.lnterbus总线结构
Interbus总线包括远程总线网络和本地总线网络,如周I所示,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传送数据,采用RS485传输,网络本身不供电,采用全双工方式通信,通信速率为500kb/s。本地总线网络连接到远程网络上,网络总线终端BT(Bus Terminal)上的Bk模块负责将远程网络数据转换为本地网络数据。
表１ Interbus 协议特点
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 网络可在各种工业环境联接
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
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 每次网络连接都进行 CRC 校验 传输数据更可靠、正确
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养活维护费用、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 可连接 256 个远程站点， 4096 个 I/O ，实现 4096 个数字量输入和 4096 个数字量输出或数字模拟混合量的输入与输出 有更好的系统适应性
连通性
开放性 1000 多家厂商提供 2500 多种兼容设备 提供标准的模拟和数字 I/O 数据传送，且可选择的供应商多，能烽系统提供最优的配置
标准 DIN19258 EN50254 IEC61158 系统标准统一
Interbus 总线上的主要设备有总线终端 BT(Bus Terminal)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 / 执行器之间接收和传输数据 ,可处理的数据类型几乎包括机械制造和流程工业的所有标准化信号 ,如 O~20mA 、O~lOV 、4-20A 、±10V,其温度输人模块可处理所有流行的热电偶、热电阻信号。
Interbus 有自己独特的环路结构 Interbus-Loop),BK 模块和 I/O 模块形成闭合的环状结构 ,环路使用标准电缆同时传送数据和电源。Interbus-Loop 可以连接模拟、数字设备甚至复杂的传感器 / 执行器 , 如识别系统和变频器 ,也允许直接接人智能终端仪表 ,支持在节点间直接交换过程和参数数据 ,无需经过控制站。每个 Interbus-Loop上最多可连接 63 个设备 ,总长度不超过200m 。
2. 协议特点 (Interbus 总线的协议特点见表 1)
3. 数据传输
实现 Interbus 的主要协议芯片有两种 ,总线控制板上的IPMS(Interbus Protocol Master) 和网络上 I/O 设备上的 SuPI(Serial micro Processor Interface) 。通过这两种协议芯片形成 Interbus 的数据环结构 .
Interbus的数据传输类似于一个远距离移位寄存器，数据从总线控制板的数据寄存器移出，经过网路上的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。报文中典型的两种帧类型：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。每-个帧结构由loop-back check word开始,所有的网络数据都在loop-back check word之后传送,帧的最后部分是CRC校验和命令字。总线控制板在接收到数据后,对loop-back check word检查并进行CRC校验,以保证数据传输的可靠性。
三、 lnterbus自动化的解决方案
Interbus提供自动化的整体解决方案,I/O层提供多种输入输出模块,包括智能终端模块、远程终端模块、网关模块等;控制层可以选用PC、VME和绝大多数的PLC作为主设备。从I/O层到控制层,仅需→根电缆即可实现数据交换,以取代成百上千条从控制系统接人及接出的电缆,可降低约40%的系统安装费用。控制软件采用符合IEC1131-3标准的PCWORX软件,包括组态软件SYSTEM WORX、硬件编程软件PROGAM WORX、控制图形化软件GRAPH WORX。上位设备通过OPC Server实现数据的开放和共享。
作为一种开放的总线系统 ,Inter-bus 与任何 PC 平台兼容并可用于全世界 80% 的 PLC, 如 Siemens 的 SiS7 系列 ,GE 的 Fame,A-B 的 PLC5 等。该总线的中立化虽然解决了硬件系统的不兼容性 , 但仍可能存在操作系统和编程语言的不兼容。由此 Interbus 推行 Open Control 的概念 , 试图在当今已经普遍接受的标准基础上规定将来开放的自动化系统的结构。 Open Control 由开放式总线系统 Interbus 、 Microsoft 的开放式程序 Windows NT 结构和工业 PC 组成 ,目标是将办公室和生产现场基于同一平台 , 实现通行的、统一的信息流通过所有的层面而不停留一一即完全垂直的集成 (CVLComplete Vertical Integration) 。使用 Open Control, 不同的硬件和软件制造商的单个部件可集成到一个自动化系统中 ,真正实现不同制造商的可互操作性 , 无需任何界面接口。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信速度 :256 个 I/0,距离 12.8km 时为 15Ins,300m 时为 3ms 。在信息管理层 ,Inter-bus 通过以太网实现互联 ,如图 4 所示 ,I/O 层、现场层、控制层使用 Interbus 系统 ,上层管理层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。
四、 Interbus 的应用和发展
作为欧洲标准 EN50254 、国际标准 IEC61158,Interbus 在全球有 1000 多家总线设备生产商支持 , 提供 2500 多种 Interbus 总线设备。据美国 ARC(Auto-mation Research Corporation) 统计 , 到 1998 年底 ,Interbus 在全球自动化领域已有30 多万套应用系统 ,安装了超过 200 万个节点 ,使得 Interbus 成为名副其实的标准化的国际现场总线。
作为一种快速的传感器 / 执行器层次的现场总线 ,Interbus 的主要应用在汽车、造纸、烟草、印刷、仓储、船舶、食品、冶金、木材、纺织、化工等行业。特别在汽车工业上 ,众多著名的汽车厂商在生产线上都使用 Interbus, 欧洲汽车工业 80% 的车身厂和焊接车间 ,均采用 Interbus 系统的控制方案。
在中国 ,Interbus 也已成功应用于多条生产线上 ,例如在上海大众的帕萨特生产线全面采用了 Interbus 技术 ; 一汽大众的 Audi A6 生产线上 ,大规模采用 Interbus; 在烟草工业上 , 云南红塔集团玉溪卷烟厂在新的生产线全面采用 PC 控制的 Interbus 方案 ; 另外在造纸等工业也得到了广泛地使用。为了加快 Interbus 在中国的推广 ,Phoenix Con-tact 公司于 1999 年 7 月在其子公司一一南京菲尼克斯电气有限公司成立了 Inter-bus 服务中心 ,并酝酿在中国成立 Inter-bus Club 。
目前由于国际现场总线标准的多元化 ,且每一种总线都有其适用的领域和技术特点 ,用一种统一的现场总线覆盖所有的应用领域显然是不大可能 , 多种总线并存的局面预计将长期存在 , 而在生产制造自动化方面具有较强优势的 Interbus 总线 , 在被 IEC61158 列人标准后 , 将会得到更大的发展。
总线连接世界