INTERBUS

一、介绍

INTERBUS是一种开放的、用于工业自动化领域的现场总线系统。它为工业现场的各种设备之间提供了高效、可靠的数据通信手段，使得不同厂家生产的设备能够方便地集成到一个自动化控制系统中。

INTERBUS系统具有很高的实时性和确定性，能够在短时间内准确地传输数据，满足工业生产过程中对快速响应和精确控制的要求。它可以连接传感器、执行器、控制器等多种类型的设备，实现设备之间的信息交互和协同工作，从而提高整个工业生产系统的自动化水平和生产效率。

通过INTERBUS，工程师可以方便地对工业现场的设备进行监控和管理。例如，实时获取传感器的数据，根据这些数据控制执行器的动作，同时还可以对整个系统进行故障诊断和报警处理。此外，INTERBUS还支持远程配置和维护，降低了系统的维护成本和停机时间。

二、发展历史

早期起源

INTERBUS的发展可以追溯到20世纪80年代初。当时，工业自动化领域面临着一个重要的问题，即如何实现不同厂家生产的工业设备之间的通信和互操作性。传统的硬接线方式存在布线复杂、成本高、灵活性差等缺点，无法满足日益增长的工业自动化需求。

为了解决这些问题，德国Phoenix Contact公司联合其他一些企业开始研发一种新的现场总线技术，INTERBUS应运而生。最初的INTERBUS系统主要用于连接传感器和执行器，实现简单的逻辑控制功能。

发展阶段

1. 技术完善阶段（80年代 - 90年代） 在这一时期，INTERBUS技术不断得到完善和发展。其通信协议得到了进一步优化，传输速率和可靠性得到了显著提高。同时，支持的设备类型也逐渐增多，除了传感器和执行器外，还可以连接可编程逻辑控制器（PLC）等控制设备。
2. 标准化阶段（90年代 - 21世纪初） 随着INTERBUS技术的广泛应用，为了保证不同厂家产品的兼容性和互操作性，相关的国际标准陆续制定。1994年，INTERBUS被纳入德国国家标准（DIN 19258），1996年成为欧洲标准（EN 50254），2003年又成为国际标准（IEC 61158）。这些标准的制定为INTERBUS的推广和应用提供了有力的保障。
3. 应用拓展阶段（21世纪初至今） 进入21世纪后，INTERBUS在工业自动化领域的应用范围不断扩大。它不仅在传统的制造业，如汽车制造、机械加工等行业得到广泛应用，还逐渐拓展到食品饮料、制药、物流等新兴行业。同时，随着工业4.0和物联网技术的发展，INTERBUS也在不断进行技术创新，以适应新的应用需求。

三、技术原理

系统架构

INTERBUS系统主要由主站（Master）、从站（Slave）和传输介质三部分组成。

1. 主站 主站是INTERBUS系统的核心控制设备，它负责整个系统的管理和通信调度。主站可以是PLC、工业计算机等具有数据处理和通信能力的设备。主站通过周期性地扫描从站，获取从站的数据，并向从站发送控制命令。
2. 从站 从站是与现场设备相连的节点，如传感器、执行器、驱动器等。从站接收主站发送的控制命令，并将现场设备的数据反馈给主站。每个从站都有唯一的地址，主站通过地址来识别和访问不同的从站。
3. 传输介质 INTERBUS系统可以使用多种传输介质，如屏蔽双绞线、光纤等。屏蔽双绞线适用于短距离传输，具有成本低、安装方便等优点；光纤则适用于长距离传输和对电磁干扰敏感的环境，具有传输速率高、抗干扰能力强等优点。

通信协议

INTERBUS采用了一种基于循环周期的通信协议，主站按照固定的周期对从站进行数据交换。这个周期通常在几毫秒到几十毫秒之间，具体取决于系统的配置和应用需求。

1. 数据帧结构 INTERBUS的数据帧由起始帧、数据帧和结束帧三部分组成。起始帧用于标识数据传输的开始，包含主站的地址和一些控制信息；数据帧包含从站的数据和主站发送的控制命令；结束帧用于标识数据传输的结束。
2. 通信过程 主站在每个周期开始时，发送起始帧，通知从站开始数据传输。然后，主站依次访问每个从站，读取从站的数据，并向从站发送控制命令。从站接收到主站的访问请求后，将自己的数据发送给主站，并接收主站的控制命令。当所有从站都被访问完毕后，主站发送结束帧，完成一个周期的数据传输。

数据传输方式

INTERBUS采用了串行传输方式，数据以二进制位的形式在传输介质上逐位传输。这种传输方式可以减少传输线路的数量，降低成本，同时提高系统的可靠性。在传输过程中，采用了错误检测和纠正机制，如奇偶校验、循环冗余校验（CRC）等，以确保数据的准确性。

同步机制

为了保证主站和从站之间的数据同步，INTERBUS采用了时钟同步机制。主站通过发送时钟信号来同步从站的工作节奏，使得从站能够在正确的时间接收和发送数据。这种同步机制保证了系统的实时性和确定性。

四、应用场景

汽车制造

在汽车制造行业，INTERBUS广泛应用于生产线的各个环节。

1. 焊接生产线 在焊接生产线上，INTERBUS可以连接各种传感器和执行器，如焊接机器人的位置传感器、焊接枪的控制执行器等。通过实时采集传感器的数据，主站可以精确控制焊接机器人的运动轨迹和焊接参数，保证焊接质量。同时，INTERBUS的高速通信能力可以满足焊接生产线对快速响应的要求，提高生产效率。
2. 涂装生产线 在涂装生产线上，INTERBUS用于控制涂装设备的运行和监控涂装过程。例如，通过连接涂料流量传感器、喷枪控制执行器等设备，主站可以根据生产要求精确控制涂料的喷涂量和喷涂位置。此外，INTERBUS还可以实时监测涂装环境的温度、湿度等参数，确保涂装质量的稳定性。
3. 总装生产线 在总装生产线上，INTERBUS可以连接各种装配设备和检测设备，如拧紧机、气密检测仪等。主站可以根据生产计划控制装配设备的动作，同时实时获取检测设备的数据，对产品质量进行在线检测。如果发现质量问题，系统可以及时发出报警信号，并采取相应的措施进行处理。

机械加工

在机械加工行业，INTERBUS为数控机床、加工中心等设备提供了高效的通信解决方案。

1. 数控机床 在数控机床上，INTERBUS可以连接数控系统、伺服驱动器、传感器等设备。数控系统通过INTERBUS向伺服驱动器发送运动控制指令，控制机床的刀具运动和工件的进给。同时，传感器可以实时监测机床的运行状态，如刀具磨损、工件位置等，并将数据反馈给数控系统。数控系统根据这些数据进行实时调整，保证加工精度和生产效率。
2. 加工中心 加工中心通常具有多个轴和复杂的刀具库，需要高效的通信系统来实现各部件之间的协同工作。INTERBUS可以满足加工中心对实时性和可靠性的要求，通过连接主轴驱动器、刀库控制器、换刀装置等设备，实现加工中心的自动化加工过程。例如，在换刀过程中，主站可以通过INTERBUS精确控制刀库的旋转和换刀装置的动作，快速准确地更换刀具。

食品饮料

在食品饮料行业，INTERBUS主要应用于生产过程的自动化控制和质量检测。

1. 生产过程控制 在食品饮料生产线上，INTERBUS可以连接各种生产设备，如灌装机、封口机、贴标机等。主站可以根据生产配方和工艺要求，精确控制这些设备的运行参数，如灌装量、封口温度、贴标位置等。同时，通过连接传感器，实时监测生产过程中的温度、压力、液位等参数，确保生产过程的稳定性和产品质量的一致性。
2. 质量检测 在食品饮料生产过程中，质量检测是非常重要的环节。INTERBUS可以连接各种检测设备，如金属探测器、重量检测仪、视觉检测系统等。这些检测设备可以实时检测产品的质量指标，如是否含有金属杂质、重量是否符合标准、外观是否有缺陷等。检测结果通过INTERBUS传输到主站，主站根据检测结果进行判断和处理，如剔除不合格产品、调整生产参数等。

物流仓储

在物流仓储行业，INTERBUS用于实现自动化物流设备的控制和管理。

1. 自动化立体仓库 在自动化立体仓库中，INTERBUS可以连接堆垛机、输送机、AGV（自动导引车）等设备。主站通过INTERBUS控制堆垛机的升降、平移和货物的存取操作，同时协调输送机和AGV的运行，实现货物的快速出入库和存储管理。例如，当有货物需要入库时，主站可以通过INTERBUS指挥AGV将货物运输到指定的输送机上，然后由输送机将货物输送到堆垛机的取货位置，堆垛机再将货物存入指定的货位。
2. 分拣系统 在物流分拣系统中，INTERBUS可以连接分拣机、扫码枪、传感器等设备。扫码枪扫描货物的条码信息，将数据通过INTERBUS传输到主站。主站根据条码信息和分拣规则，控制分拣机的动作，将货物分拣到不同的目的地。传感器可以实时监测货物的位置和状态，确保分拣过程的准确性和高效性。

制药

在制药行业，INTERBUS在药品生产过程的自动化控制和质量监控方面发挥着重要作用。

1. 药品生产过程控制 在药品生产过程中，需要严格控制各种工艺参数，如温度、压力、湿度、PH值等。INTERBUS可以连接各种生产设备和传感器，实时采集这些参数，并将数据传输到主站。主站根据预设的工艺参数，控制生产设备的运行，确保药品生产过程的稳定性和一致性。例如，在药品发酵过程中，通过INTERBUS连接温度传感器和加热冷却设备，主站可以精确控制发酵罐的温度，保证发酵效果。
2. 质量监控 在药品生产过程中，质量监控是至关重要的。INTERBUS可以连接各种质量检测设备，如光谱分析仪、色谱仪等。这些检测设备可以实时检测药品的成分、纯度等质量指标，并将数据通过INTERBUS传输到主站。主站根据检测结果进行判断和处理，如对不合格产品进行隔离和返工处理，确保药品的质量安全。

五、优势与局限性

优势

1. 开放性：INTERBUS是一种开放的现场总线标准，不同厂家的设备可以方便地集成到一个系统中，提高了系统的兼容性和可扩展性。
2. 实时性和确定性：采用循环周期的通信方式和时钟同步机制，保证了系统的实时性和确定性，能够满足工业生产过程中对快速响应和精确控制的要求。
3. 可靠性：采用了错误检测和纠正机制，如奇偶校验、循环冗余校验（CRC）等，同时支持冗余配置，提高了系统的可靠性和抗干扰能力。
4. 易于安装和维护：采用串行传输方式，减少了传输线路的数量，降低了安装成本和难度。同时，支持远程配置和维护，方便工程师对系统进行管理和故障排除。

局限性

1. 传输距离有限：虽然可以使用光纤等传输介质来延长传输距离，但在使用屏蔽双绞线时，传输距离相对有限，一般不超过几百米。
2. 传输速率相对较低：与一些新型的现场总线技术相比，INTERBUS的传输速率相对较低，在一些对数据传输速率要求较高的应用场景中可能会受到限制。
3. 设备成本较高：由于INTERBUS技术相对成熟，一些设备的成本可能相对较高，对于一些对成本敏感的应用场景可能不太适用。

六、与其他现场总线的比较

与Profibus的比较

1. 通信协议：Profibus采用了令牌总线和主从通信相结合的方式，而INTERBUS采用了纯主从通信方式。这使得INTERBUS的通信过程更加简单，实时性更好，但在多主站系统中的应用不如Profibus灵活。
2. 传输速率：Profibus的传输速率相对较高，最高可达12Mbps，而INTERBUS的传输速率一般在1.5Mbps左右。因此，在对数据传输速率要求较高的应用场景中，Profibus更具优势。
3. 应用领域：Profibus在工业自动化领域的应用非常广泛，特别是在欧洲市场。INTERBUS则在汽车制造、机械加工等行业有较为广泛的应用。

与CANopen的比较

1. 网络拓扑：CANopen支持多种网络拓扑结构，如总线型、星型、树型等，而INTERBUS主要采用总线型拓扑结构。这使得CANopen在网络布局上更加灵活。
2. 通信机制：CANopen采用了基于事件触发的通信机制，而INTERBUS采用了基于循环周期的通信机制。CANopen更适合于对事件响应要求较高的应用场景，而INTERBUS更适合于对实时性和确定性要求较高的应用场景。
3. 应用范围：CANopen在汽车电子、机器人、智能家居等领域有广泛的应用，而INTERBUS主要应用于工业自动化领域。

七、未来发展趋势

与工业4.0和物联网的融合

随着工业4.0和物联网技术的发展，INTERBUS将不断与这些新技术进行融合。例如，通过与云计算、大数据、人工智能等技术的结合，实现对工业生产过程的智能化管理和优化。可以将INTERBUS系统采集的数据上传到云端，利用大数据分析技术对数据进行挖掘和分析，为企业提供决策支持。同时，通过人工智能算法实现对设备的故障预测和智能控制，提高设备的可靠性和生产效率。

技术创新

为了满足不断增长的工业自动化需求，INTERBUS技术也将不断进行创新。例如，提高传输速率、增加传输距离、增强抗干扰能力等。同时，还将开发更多的功能模块和应用接口，方便用户进行系统集成和开发。

应用领域拓展

除了传统的工业自动化领域，INTERBUS还将逐渐拓展到其他领域，如智能建筑、交通运输、能源管理等。在智能建筑中，可以利用INTERBUS实现对建筑物内的照明、空调、电梯等设备的自动化控制和管理；在交通运输领域，可以用于轨道交通、智能交通系统等的通信和控制。

八、总结

INTERBUS作为一种成熟的工业现场总线技术，在工业自动化领域有着广泛的应用和重要的地位。它具有开放性、实时性、可靠性等优点，能够满足工业生产过程中对设备通信和控制的要求。虽然它存在一些局限性，但通过不断的技术创新和与其他技术的融合，INTERBUS将在未来的工业发展中继续发挥重要作用。随着工业4.0和物联网时代的到来，INTERBUS也将迎来新的发展机遇，为推动工业智能化和自动化进程做出更大的贡献。