2005年5月，INTERBUS現場
總線正式成為我國行業標準JB/TIO308.8《測量和控制數字數據通信工業控制系統用現場總線類型8：INTERBUS《規范》。INTERBUS是世界上開發最早的現場總線，早在1984年就由德國Phoenix Contact公司研發，并得到Interbus Club國際組織支持。由于該總線的快速發展和廣泛使用，INTERBUS 已先后成為DIN19258德國標準、EN50254歐洲標準和IEC61158現場總線國際標準。INTERBUS在全球有1000多家總線設備生產商，提供多達2500種產品。到目前為止，INTERBUS現場總線在世界各地的節點安裝突破750萬，在各種現場總線中名列第二。
1、INTERBUS系統結構與規范
INTERBUS是數字的串行通信系統，用于控制系統（如何編程序控制器）與工業傳感器和執行器類現場設備之間的通信。INTERBUS總線使用中央主——從訪問方式和樹狀拓撲結構，用于所連接的主站系統應用與從站應用程序之間數據的交換，其系統結構圖示于圖1。INTERBUS協議給用戶提供了兩個數據傳輸通道：過程數據通道和參數通道。組合兩種通道形成混合的網絡通信結構。從主站開始的網段是第一網段（一組從站），同時該網段可通過總結耦合器擴展更多網段。從站和總線耦合器不帶地址，它們的地址是由其在環中的位置決定。
圖1 INTERBUS系統結構
對于INTERBUS系統來說，整個系統是由互相連接的總線段構成。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，即傳輸數據，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，并給變送器和執行器提供附加電源；Interbus環路段是可以直接應用于IP65現場的本地總線段，它采用兩芯無屏蔽導線，總線供電。一個環路可帶63個模塊，總長為200米。根據用戶的不同要求，利用以上不同的Interbus總線段可以構成能夠滿足各種實際需要的現場總索線網絡結構。INTERBUS系統規范見表1。
表1 典型INTERBUS系統規范
從表中可以看出INTERBUS數據的安全性得到充分保護。
2、INTERBUS協議
INTERBUS通信協議完全遵照ISO/0SI開放系統互連模型，并符合IEC61158現場總線三層參考模型。INTERBUS參考模型包括物理層、數據鏈路層和應用層，其中，為了提高傳輸效率，數據鏈路層（DLL）、由媒體訪問控制（MAC）、基本鏈路層（BLL）和外圍設備數據鏈路（PDL）等三個子層構成，該數據鏈路層產生了等時(Isochrones)、集總幀(Summation frame)傳輸協議，具體見圖2。
圖2 集總幀傳輸協議
INTERBUS總線系統是一個數據環結構。主站開始第一個網段，從站被連接到網段。數據從主站傳送到所有從站，從站從前面的設備接收數據并把數據傳送給下一個設備，從站將集總幀送給它的輸入數據取出，在該處插入其將要傳出的數據，旁路通過其它數據。對總線上每個從站來說，根據它在幀中的數據寬度確定一個固定的時間片。數據包順序按照連接從站的物理順序。周期數據（過程數據和非周期數據（參數數據）同時傳輸。從站的參數數據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）由數據鏈路層分割，這就是INTERBUS總線專有的PCP (Peripherals Communication Protocol) 外圍設備通信協議，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。
從圖2的幀格式可以看出，一個傳輸周期由主站啟動并以一定的數據序列開始，這包括跟在輸出數據后的LBW回送字。集總幀輸出后所有輸出數據都正確地送入相應的設備中。過程數據后繼的32位長的幀校驗序列FCS用于校驗傳輸的數據，它由一個16位CRC多項式來實現。
由于采用集總幀傳輸數據，INTERBUS現場總線的通信效率大大高于其它現場總線。表2列出各種現場總線傳輸效率的對比情況，這種對比是以32個設備的系統為例，其中包括20個8位輸入設備和12個8位輸出設備。
表2 各種現場總線傳輸效率的比較
從表中可以看出，INTERBUS現場總線的通信效率高過52%，Ethernet網絡的通信效率僅為0.77%。正因為如此，目前正在迅速發展的工業以太網技術，較多的采用INTERBUS等時傳輸協議。
INTERBUS 應用層（AL）提供的服務負責完成數據的周期發送（過程數據通道）和數據非周期發送（參數通道）。過程數據通道允許非常有效和高速地傳輸與過程相關數據，例如一個主站和從站之間設定值和實測值。通常，過程數據通道發送的數據結構簡單，但處于高度動態和更新這中，通過過程數據通過，應用程序直接訪問DLL。對數據的周期發送，INTERBUS使用推廣式發布者/預定者模式高效地傳送數據，相應的應用關系協議機制 （ARPM） 為“網絡調度意向緩沖 （BNU）” 方式。過程數據通道并行的參數通道以非周期方式在兩個通信伙伴間傳送復雜結構數據。在參數通道是傳遞的數據對動態響應無要求，且傳輸量很小。它通常用于參數的初始化。非周期傳輸采用客戶/服務器通信模式，主站和從站都可以做為客戶或服務器。為非周期傳輸提供的兩種用戶ARPM這“具有流量控制的用戶發起雙向隊列式” （QUB-FC） 和“透明模式用戶發起雙向隊列式”（QUB-TM）。
3、INTERBUS通信行規
由于現場總線標準是概念性的技術標準，理認性強、概念抽象、涉及面廣。為了方便用戶設計的應用工業網絡中的現場總線設備，IEC/TC65/SC65C數據通信委員會最近制定了“IEC61784用于連續的離散制造工業控制系統現場總線通信行規集”，該標準規定了各類通信設備通信協議棧的選擇規范。在標準中INTERBUS現場總線被規定為第6類通信行規族Communication Profile Families (CPF) 6。在JB/T 10308.8《INTERBUS規范》中，首次將通信行規入現場總線標準，以方便國內廣大用戶。
根據INTERBUS規范，確定了三種預定義的通行行規，每一種通信行規都提供一組完善的規定和附加條件限制，以保證INTERBUS設備能互操作。對一些獨特設備要進一步選擇服務服務、參數和參數年值。三種被定義通信行規為：
行規6/1：行規6/1定義了一般標準的INTERBUS行規，該行規包括AL、DLL和PHL服務選擇以及符合INTERBUS應用訪問的協議定義；
行規6/2：行規6/2擴充行規6/1的非周期數據交換能力。它規定通過AR-Send-Data-AcknowLedge透明訪問INERBUS設備，它適合帶有其它協議棧如TCP/IP的基于TCP/IP應用程序的設備。該協議棧使用AR-Send-Data-Acknowledge而不影響行規定義；
行規6/3：行規6/3使用一簡化的服務組，用于非周期數據交換，適合有限資源的INTERBUS設備。
符合通信行規的主站或從站設備，依據CP標識符合可以進一步細分，CP標識符見表3。關于CPF6通信行規的詳細規定請參見《JB/TI0308.8INTERBUS規范》。
表3 設備CP標識符分配
4、INTERBUS技術的新發展
隨著IT技術發展，INERBUS現場總線技術在擴大應用的實踐中不斷完善與發展。
4.1 INTERBUS總線將與PROFINET工業以太網有機地結合
從2004年4初月開始，INERBUS Club決定與Profibus Intenational(PI)聯手合作開發PROFINET實時以太網標準，PROFINET 是基于以太網的自動化標準，它構成從I/O級直至管理級的基于組件分布自動化系統的體系結構方案，INTERBUS與PROFINET相結合的系統構成示于圖3。從圖中看出，INTERBUS通過代理服務器與PROFINET實時以以太網絡相連，用戶在采用PROFINET方案后，仍使用原有的INERBUS的高效通信協議對PROFINET是一種補充。因而，INTERUBS與PRKFINET的結合將為許多客戶提供一種理想方案。
圖3 INTERBUS與PROFINET構成的系統
4.2 INTERBUS與Safety技術相結合的現場安全總線
隨著現場總線技術的發展，如何將安全信號也引入到現場中來，構成一體化安全儀表系統，已成為當務之急，為適應這種需要菲尼克期公司得出一個經濟、可靠的解決方法INTERBUS-Safety，該安全總線采用增加一個Safe Control控制模塊的方法，使常規的控制器能成為一個控制和處理安全數據的兼容系統，詳見圖4。Safety Control控制模塊工作在INTERBUS總線中利用總線網絡來控制現場總線中安全數據和安全模塊之間的信息傳輸。
圖4 INTERBUS-Safety一體化安全儀表系統
INTERBUS俱樂部從1999年開始進行INTERBUS安全總線的研究，2001年得到德國BIA組織EN954-ILKAT4標準的許可證明，并符合IEC61508《電氣/電子/可編程電子安全系統的功能安全》標準的SIL3級別。這種解決方案優于其它方案，它將控制系統與安全總線的功能分開，控制系統結構清晰簡單，不影響今后的擴展和修改，成本明顯降低，它代表現場總線的一個發展方向。
4.3 IEC61918標準采納INTERBUS安裝與維護豐富的實踐經驗
INTERBUS 總線安裝與維護十分簡便，在系統配置策劃、電源選擇、接地與防雷保護、光纜技術、現場快速連接、以及在線診斷和快速排除故障等方面具有極其豐富的實踐經驗。為了推廣和指導廣大用戶這方面的工程實踐，國際電工委員會SC65C/WG10 工作組正在制定IEC61918《用于現場總線系統的安裝實踐規范》，進入這個國際標準的現場總線僅有INTERBUS 、PROFIBUS和Control NET三種類型。INTERBUS技術實踐的主要內容有：
（1）選擇高可靠的供電電源
在整個控制系統的設計時首先需要解決電源的問題，所選用的電源應該品種齊全、可靠性高，可滿足瞬態掉電使用和長期缺相使用，輸入端電壓范圍非常寬，足以保證大幅度的電網波動時同樣可以提供安全可靠的輸出；電源工作時的環境溫度可高達70℃；電源輸出留有很大的功率密度，以保證在大沖擊電流負載時可靠啟動；同時具有LED顯示、干接點輸出等三重輸出電壓狀態報警功能等。菲尼克斯公司QUINT系統開關電源性能安全符合上述要求，
Phoenix電源具有抗震、抗沖擊和抗腐蝕的特點，它可以不采用隔離二級管進行并聯，簡單方便，且保證很高的可靠性。
（2）高水平的接地與防雷保護技術
當前，現場總線系統的接地與防雷保護技術已達到一個新的水平，在深入研究雷擊電磁脈沖和電涌沖擊產生原因及作用基本原理的基礎上，實施接地的原則有了較大的改變，防雷及電涌保護有了新的解決方案，同時研發了防雷及電涌保護器新的系列產品。在這個領域，德國菲尼克斯電氣公司的防雷技術及其TRABTECH系列產品當屬世界領先水平。
Phoenix公司TRABTECH防雷及電涌保護器可用于電源系統、過程控制系統、數據網絡和標準接口產品、無線收發系統及電信通信系統。對于系統接地，菲尼克斯電氣公司提出，均壓等電位連接及其接地系統的連接是電涌保護系統的一個重要組成部分。均壓等電位連接應盡量接近均壓等電位網絡。為此建議在已直接連接主均壓等電位連接系統的系統部件之間安裝十字形導電接頭。對于所有接地電纜和均壓等電位連接電纜，等電位匯流條應作為中心連接點安裝。應在規劃階段事先考慮均壓等電位連接，這樣可從技術上使系統最有效且最經濟。
（3）INTERBUS具有極強的診斷功能
INTERBUS總線有很強的監視診斷功能，總線監控功能監視整個網絡系統的運行狀態，同時也提供總線網絡的變結構功能，能即時根據設計要求，關斷和連接總線的某個子總線段。監控功能是現場安裝、調試、診斷和維護的有力工具。具體功能是識別和確定安裝錯誤和部件錯誤，診斷功能不僅能找出故障，而且不需要專用工具，就能將故障排除。INTERBUS模塊具有輸入/輸出的狀態顯示，在調試時可設置輸出狀態，并可以保存某些智能設備的參數。INTERBUS為用戶的現場診斷提供硬件和軟件手段，其DSC控制器硬件具有中央診斷顯示，能精確顯示故障的定位，故障類型，使操作人員能快速判斷，即時排除，大大提高工作效率。INTERBUS提供的CMD和Diag+軟件是加速現場調試和快速診斷的有力工具。
由于INTERBUS現場總線具有上述各種創新的技術，它可以實現從現場級到管理級的縱向集成，并能實現各級的橫向集成，從而構成分布式全集成自動化控制系統。正因為如此，INTERBUS現場總線系統在國內已廣泛用于汽車制造、機械、造紙、冶金、輕工、食品、煙草、以及物流等領域，并成為眾多廠家首選的自動化
