［摘要］作為IEC61158國際標準總線，INTERBUS現場總線使用雙絞線、光纖或無線進行數據混合傳輸，傳輸速率恒定為500K或2M，可以與帶INTERBUS接口的各種設備之間進行數據通訊。其獨特的環行數據流方式，使得具有很高的穩定性、傳輸效率和很強的診斷功能。此外，菲尼克斯電氣生產的直接現場安裝的各種產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的布線。在汽車、造紙、煙草等制造自動化系統中大量使用，具有廣泛的適用性。本文略述INTERBUS現場總線產品在鋁行業中的應用，具有推廣價值。
［關鍵詞］ INTERBUS總線 Fieldline系統
1. 關于INTERBUS 總線
菲尼克斯電氣一直致力于中國自動化事業的發展。作為現場總線、PC-Based、工業以太網技術的先導，菲尼克斯率先提出了FIELDBUS+ETHERNET這一新型自動化方案，構造了完善的工業企業管理控制網絡。
上個世紀末以來，隨著通訊技術、計算機技術網絡技術的飛速發展，工業自動化領域發生了深刻變革。德國Phoenix Contact公司努力投身于這一時代浪潮，在現場總線技術、PC-Based技術、工業以太網技術這自動化界三大重要革新中引領著世界的步伐。
作為現場總線的鼻祖，來自德國的Phoenix Contact公司的INTERBUS現場總線誕生于1986年，采用非常獨特的集總幀傳輸協議，有效數據傳輸率高達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）。以其技術的先進性、開放性、成熟性廣泛適用于汽車、機器、物流設備、卷煙設備等各種制造業領域中。在全球有3000多個總線設備生產廠家，安裝節點超過400萬個，現已成為眾多廠家首選的自動化系統之一。INTERBUS現場總線是國際標準IEC 61158、歐洲標準EN-50254、德國標準DIN-19258和中國機械工業標準JB 10308-8所規定的標準現場總線。
今天，作為現場總線、PC-Based、工業以太網技術的先導，菲尼克斯又率先提出了FIELDBUS+ETHERNET這一新型自動化方案，構造了完善的工業企業管理控制網絡，致力于中國自動化事業的發展。隨著現場總線技術的出現和發展，各種現場總線的市場競爭日趨激烈，在IEC61158國際標準中，八種總線（FF的H1、FF-HSE、Profibus、INTERBUS、P-NET、WorldFIP、 ControlNet、SwiftNet）均列入國際標準，形成多種總線共同競爭的局面。
INTERBUS作為IEC61158標準之一，廣泛地應用于制造業、機器加工等行業中，用于從傳感器/執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。INTERBUS總線協議于1984年推出，其主要技術開發者為德國的Phoenix Contact公司，1986年開始在汽車制造中成功使用后，很快在各種行業中得到大量的使用，目前全球使用量達750萬節點。
１.1 INTERBUS總線結構
INTERBUS總線包括遠程總線網絡和本地總線網絡，兩種網絡傳送相同的信號但電平不同。遠程總線網絡用于遠距離數據傳送,采用RS-485傳輸，遠程網絡采用全雙工方式進行通訊，通訊速率為500k/s。本地總線網絡連接到遠程網絡上，網絡上的總線終端BT（BUS Terminal）上的BK模塊負責將遠程網絡數據轉換為本地網絡數據。
INTERBUS總線上的主要設備有總線終端BT（BUS Terminal）上的BK模塊、I/O模塊和安裝在PC或PLC等上位主設備中的總線控制板?？偩€控制板是INTERBUS總線上的主設備，用于實現協議的控制、錯誤的診斷、組態的存儲等功能。I/O模塊實現在總線控制板和傳感器/執行器之間的接收和數據傳輸，可處理的數據類型包括機械制造和流程工業的所有標準信號。
1.２ INTERBUS總線的協議特點
（１）物理層
結構：硬件數據環，所有設備在組態時自動編址 。
距離：分布式，最長距離可達12.8km，系統安裝費用低 。
傳輸介質：雙絞線、光纜、紅外線等，網絡可在各種工業環境聯接，并可混合使用 。
（２）數據鏈路層
協議傳輸：全雙工、集總幀（summation-frame）結構 ，網絡上的所有I/O可同時更新數據 。
協議仲裁：無仲裁，數據可無干擾地連續傳送 。
數據吞吐量：在7.8ms內可讀寫4096個數據，I/O數據更新時間比解決應用邏輯需要的時間快數倍 。
錯誤校驗：每次網絡聯接都進行CRC校驗，傳輸數據更可靠、正確 。
（３）應用層
診斷：可實現網絡故障定位，實現更多的正常工作時間，減少維護費用，提高可靠性 。
協議的適應性：支持高速的數字量、模擬量和client-sever信息的傳輸，可適應絕大多數的控制要求 。
I/O的擴展性：可聯接254個遠程站點，4096個I/O 有更好的系統適應性 。
（４）連通性
開放性：1000多家廠商提供2500多種兼容設備， 可供選擇的供應商多，能為系統提供最優的配置 。
標準 ：DIN19258 EN50254 IEC61158 ，系統標準統一
（５）數據傳輸
INTERBUS的數據傳輸類似于一個遠程距離移位寄存器，數據從總線控制板的數據寄存器移出，經過網絡上的BK模塊和I/O模塊，又移入總線控制板的寄存器。也就是說，數據從總線控制板上的數據寄存器的移進移出是同時進行的（全雙工模式）。INTERBUS數據是完全幀傳送的。兩種幀類型：ID周期幀和數據周期幀。ID周期幀在INTERBUS總線系統初始化時須讀取，以產生過程映像。在ID周期幀成功執行后，INTERBUS總線設備內部切換到數據寄存器，只執行數據幀，以實現數據的傳輸。
INTERBUS作為一種基于現場的總線系統，在I/O網絡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通過以太網實現互聯，I/O層（I/O level）、現場層（field level）、控制層(control level)使用INTERBUS系統，上層管理層（management level）通過以太網相連接并和internet相聯，從而用戶可通過PC機撥號上網，對遠方的INTERBUS網絡的設備進行操作并獲取設備的數據信息。
2. 控制系統構成
電解鋁生產是典型的流程型生產模式，生產工程是否穩定直接影響到電解鋁生產的順利進行。因此在電解鋁的生產中，必須實時檢測生產工藝參數，以保證生產計劃安全高效地完成。青海鋁廠把INTERBUS現場總線系統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清理、殘極拋丸處理、殘極壓脫、磷鐵環壓脫、導桿矯直、鋼爪清刷、涂石墨、導桿清刷、澆鑄磷生鐵等流水作業站，組裝出新的陽極組。懸鏈生產線是該車間的主體，電解槽上換下的殘極在該生產線裝站掛到懸鏈上。懸鏈上裝有約120組小車，小車上吊運著殘極，沿懸鏈前進，在不同作業站進行處理，最后在卸站下線進入澆鑄工作區，經澆鑄后成為合格的新陽極組。
由于本工程的現場I/O檢測點數量多，且分布廣、距離遠、現場作業環境惡劣。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，很難滿足現場惡劣環境的要求。如將PLC放在控制室內采用傳統的集中式控制，將耗費大量的控制電纜和電纜橋架，并且極大增加敷設電纜和安裝橋架的工程量，同時給調試帶來很大的不便，并對日后的維護產生很大的困難。
針對于上述情況，為了適應現場環境、工藝和便于維護的要求，選擇一種控制子站數目多，布線簡單、維護方便、工作溫度范圍適應現場環境、系統安全可靠，診斷功能強大的系統。INTERBUS系統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。
自動作業系統采用菲尼克斯的INTERBUS總線，采用新的Fieldline系統，共有89個節點，對現場設備的作業進行信號的采集控制。根據工程需要，整個控制系統由操作員站（OPS）和控制站（PLC）兩級構成。系統硬件結構圖如圖1所示。該系統由計算機、PLC、INTERBUS現場總線組成的多級、開放式集散數據采集和監控管理系統。因車間內粉塵大，所有菲尼克斯的現場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行器通過標準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。系統操作站選用研華工控機，監視控制站的所有信息，進行顯示、操作、記錄、數據處理、報表輸出，并可以按一定的權限進行控制的組態和參數修改等操作。系統控制站通過控制單元檢測和控制裝備對整個生產過程實行實時控制，并通過系統總線與操作員站相連，向操作站傳遞現場的實時數據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、監控和診斷軟件CMD，是貫穿系統整個生命周期中所使用的工具，即從規劃和組態，到系統的調試，再到系統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。
