INTERBUS je standardizovaná průmyslová sběrnice pro komunikaci a přenos řídích zařízení (PLC, PC) se senzory, aktuátory a I/O rozhraními po dvouvodičovém vedení. Díky topologii aktivního kruhu jde o deterministickou síť s konstatní dobou komunikace libovolného zařízení s řídícím systémem bez kolizí v přístupu na sběrnici.

INTERBUS je otevřený systém pro propojení I/O zařízení a běžně užívaných průmyslových zařízení v řídícím systému. Tímto způsobem lze připojit většinu senzorů a řídit akční členy, jakými jsou například motory, na velké vzdálenosti. INTERBUS byl v roce 2000 standardizován jako IEC 61158 Parts 3 - 6. Nejdříve však byl standardizován jako DIN 19258 a poté jako European standard (EN 50254). O rozvoj se stará skupina INTERBUS Club, která sdružuje 600 firem.

Topologie a struktura

Z pohledu topologie je INTERBUS tzv. ring systémem, tzn. síť s kruhovou topologií, kde všechny aktivní systémy připojené k sběrnici jsou propojením uzavřeny ve jedné přenosové smyčce (viz. obrázek 1.). Zde každé zařízení přijímá signál, který zesílí a pošle dalšímu zařízení v síti. To umožňuje vyšší přenosové rychlosti na delší vzdálenosti. V případě Interbusu až 13 km. Narozdíl od jiných podobných systémů, zde jsou data dopředu i nazpět posílána prostřednictvím dvouvodičového kabelu. Z vnějšího pohledu se celá struktura jeví jako otevřený strom.

Struktura je založena na principu komunikace Master/Slave. Hlavní linka sběrnice vychází z Master jednotky a propojuje všechny Slave jednotky, přičemž může být formována na podsítě hlubokou až 16 úrovní. Již z principu kruhové topologie, poslední slave jednotka automaticky uzavírá síť (viz. obrázek 1.). Odpadá tedy jakékoliv zakončování sítě a odporové přizpůsobení, tak jak je to obvyklé u sítí sběrnicového typu.

Přenos může probíhat po dvouvodičovém vedení dle specifikace standardu RS-485 rychlostí až 500kb/s. S využítím optických vláken struktura sítě zůstavá stejné, protože je opět využíváno dvou vláken. Tzn. možnost libovolné záměny obou médií v různých částech okruhu. S využitím skleněných otických vláken lze prodloužit vzdálenost mezi sousedními zařízeními až na 3600m místo 400m pro měděné vodiče.

Hlavní fyzické parametry sítě INTERBUS:

• topologie: aktivní kruh
• typ komunikace Master/Slave
• přenosová rychlost 500 kb/s
• připojení až 4096 Slave jednotek
• maximální délka sítě: 13 km
• maximální délka mezi sousedními jednotkami : 400m (pro měděné vodiče) nebo až 3600m (pro optická vlákna)

Základní elementy sítě

Celou strukturu sítě lze rozdělit na několik základních elementů (viz. obrázek 2.):

 

• řídící deska (Controller Board) = Master - řídí přenos dat, provádí diagnostiku a analýzu chyb
• Vzdálená sběrnice (Remote Bus) - fyzicky přenáší data prostřednictvím měděných kabelů (RS-485 standard), optických vláken, IrDA a jiná média. Zde zapojená zařízení mají lokální zdroj napájení a elektricky izolovaný výstup.
• Terminál sběrnice (Bus Terminal) - připojuje terminálové moduly nebo zařízení s embedded terminálem do Remote Bus. Tak to je možné připojit senzory a aktuátory individuálními segmenty umožňující jednoduché připojení/odpojení.
• Lokální sběrnice (Local Bus) - umožňuje přes interface bus modul připojit lokální zařízení. Tato zařízení jsou napájena přímo po sběrnici. Tuto sběrnici nelze dál větvit.
• Krátká smyčka (Loop) - připojení libovolných senzorů a aktuátorů dvoudrátovým nestíněným kabelem na krátké vzdálenosti max. 200m (max. 20m mezi sousedními zařízeními). Ten přenáší data i provádí napájení (19 až 30V a až 1.8A).

Fyzické adresování

V porovnání s jinými sítěmi, adresování v Interbus síti není založeno na jedinečné adrese daného zařízené, ale na fyzickém umístění v síti. Tzn. první slave zařízení za masterem má imaginární adresu jedna, druhé dva atd. Odpadají tedy problémy s nastavováním adresy a celé připojení nového zařízení do sítě je na principu Plug&Play. Softwarově však lze každé jednotce přiřadit jméno a tak se vyhnout automatickému "přeadresování" při odpojení nějaké jednotky.

Přenos dat - Summation Frame Method

INTERBUS je jediný sběrnicový systém Master/Slave pracující podle tzv. summation frame method, která používá pouze jeden protokolový komunikační rámec pro přenášení zpráv (messages) od všech zařízení. To poskytuje vysokou efektivnost přenosu dat a umožňuje zároveň vysílání i příjem dat = full duplex.

Rámce jsou složené ze záhlaví, které tvoří loop-back slovo pro kontrolu správně zakončené a propojené sítě, datové segmenty od jednotlivých jednotek, kódování rámce a zakončení rámce. Rámec lze přirovnat k registru, kde každé zařízení v síti má určen segment, který ovlivňuje daty, které chce vyslat. Každé zařízení vysílá a přímá právě pro sebe potřebná data, bez ohledu na obsah dat dalších zařízení (viz. obrázek 4.). Celý rámce prochází postupně všemi jednotkami. Data jsou chráněna 16-ti bitovým cyklickým kódem CRC16.

časový cykl je zde čas potřebný pro průchod jednoho rámce všemi slave jednotkami zapojenými v síti. Z toho důvodu je tento čas závislý na počtu jednotek, tzn. prodlužuje se s rostoucím počtem jednotek. Například pro potřebu updatovat síť s 256 analogovými I/O jednotkami to vyžaduje čas 16.2 ms. Protože však každý rámec, při neměnném počtu připojených jednotek, je v každém cyklu stejně dlouhý, tento čas je stále stejný. To je výhodné pro systémy pracující v reálném čase, kdy je přesně znám a garantován přenos dat v určitém čase. Odpadají tak problémy s konflikty v přístupu na sběrnici, které například mají systémy s náhodným přístupem na sběrnici. Data která mají být vyslána z masteru jsou uložena v output bufferu v pořadí odpovídající pozici dané jednotky v síti. Zatímco jsou data z tohoto bufferu sériově vysílána na sběrnici, do input bufferu je již načítán nový rámec příchozí od slave jednotek.

PCP Transmission

K vysílání parametrů a současně tak časově kritické procesní data, datový formát musí být rozložen určitou časovou stopou poskytnutou adresovanému zařízení. Tuto úlohu vykonává PCP ( Peripherals Communication Protocol). Ten vkládá jednu část telegramu v každém INTERBUS cyklu a opět spojí v cíli cesty. Delší přenosový čas pro parametrická data, která jsou segmentována v několika cyklech, je efektivní pro časově nenáročné požadavky.

Diagnostika chyb

Během pauzy v přenosu, kdy nejsou masterem vysílána žádná uživatelská data, je datový tok vyplněn stavovými telegramy (status telegrams). Jestliže je mezera v přenosu delší než 25 ms, je to všemi zařízeními interpretováno jako systémový reset. V tomto stavu se všechny zařízení musí přepnout do tzv. bezpečného stavu (save reset state). V případe chyby přerušením okruhu, lze může master z délky došlého zbytku rámce definovat místu přerušení. Pro konfiguraci, monitoring a diagnostiku přenosu se využívá CMD software.

Komponenty pro INTERBUS

Dnes již více jak 1000 výrobců vyrábí zařízení umožňující komunikaci pro INTERBUS. Tuto sběrnici obvykle podporuje většina známých PLC automatů. Existuje také i velké množství karet rozhraní pro PC. Různé typy komponent se v síti rozlišují pomocí jejich ID kódu při komunikaci s masterem. Funkce INTERBUS masteru závisí na aplikaci, ale všichni výrobci musí integrovat některé standardní funkce. Každý master musí nabízet základní diagnostiku pro jednoduchou lokalizaci poruchy a umožnit propojení nadřazeného softwaru a vizualizačních systémů. Master je pouze zodpovědný za řízení a monitorování telegramů přijímaných a vysílaných rozdílnými automatizačními komponentami.
Aby však bylo možné přenášet a vyměňovat informace mezi aplikacemi implementovanými na zařízeních od různých výrobců, je definován standardizovaný uživatelský interface podle DIN 19245 Part 2 pro vzájemnou komunikaci na úrovni 7. hladiny OSI modelu. Tento standard definuje pevné aplikační funkce a poskytuje přímé propojení k Manufacturing Message Specification (MMS).

Závěr

Tento článek měl za úkol lehce uvést průmyslové sběrnici INTERBUS a srozumitelně popsat základní struktury a princip funkce této standardizované sběrnice. V další článkách, které se časem objeví na stránkách HW serveru o automatizaci (automatizace.hw.cz), bych se k INTERBUSu vrátil se podrobnějším popisem a parametry.

DOWNLOAD & Odkazy

• Stránky o INTERBUS - http://www.interbusclub.com