INTERBUS現(xiàn)場總線——汽車工業(yè)的伙伴

1、汽車制造業(yè)對控制系統(tǒng)的要求

汽車制造業(yè)是典型的多工種、多工藝、多物料的大規(guī)模生產(chǎn)過程。同時(shí)隨著汽車行業(yè)之間競爭的日益激烈，各生產(chǎn)廠家都普遍面臨著：提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)管理水平等種種壓力。對于汽車項(xiàng)目而言,無論是新建項(xiàng)目,還是現(xiàn)有設(shè)備的擴(kuò)展和改造,在規(guī)劃和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)都應(yīng)該有一個(gè)基本指導(dǎo)原則:采用最先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)和產(chǎn)品, 從而最大程度減小系統(tǒng)集成和調(diào)試時(shí)間、降低投資成本，方便生產(chǎn)運(yùn)行階段的維護(hù)與工藝調(diào)整。提高各工藝設(shè)備系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少故障停機(jī)時(shí)間保證計(jì)劃產(chǎn)量的實(shí)現(xiàn)。

對汽車工業(yè)的控制系統(tǒng)的要求也有別于其他行業(yè)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，因?yàn)槠嚬I(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場相對較復(fù)雜。例如焊裝工藝，就代表著汽車工業(yè)控制現(xiàn)場的一些典型特點(diǎn)：

（1） 現(xiàn)場工作環(huán)境惡劣。焊接的過程中充斥著焊渣和焊接飛濺，更換焊槍電極頭也有可能會(huì)有水流的噴射，這些對設(shè)備的防護(hù)等級提出了更高的要求。

（2） 強(qiáng)電磁干擾。焊接設(shè)備在焊接過程中的電磁干擾發(fā)射不僅會(huì)對電網(wǎng)造成污染，對連接 在同一電網(wǎng)中的用電設(shè)備造成影響和損壞，對設(shè)備品質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)通信和信號傳輸都是重大的考驗(yàn)。

（3） 現(xiàn)場I/O數(shù)量眾多且非常分散。每個(gè)工位夾具上都有相當(dāng)多的電磁閥需要驅(qū)動(dòng)，眾多的夾爪汽缸上的夾緊和松開到位的信號需要收集。這些信號相對很分散，采集點(diǎn)都處在夾具的不同部位。

（4） 網(wǎng)絡(luò)從站數(shù)量多。在汽車項(xiàng)目規(guī)劃中，一般會(huì)使用現(xiàn)場總線技術(shù)，也通常會(huì)使用IP67防護(hù)等級的一體化模塊，因?yàn)橐粋€(gè)一體化模塊就是一個(gè)節(jié)點(diǎn)，所以網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量一般都較多。例如一條主焊線，往往都有上百個(gè)節(jié)點(diǎn)，如果使用機(jī)器人焊接，機(jī)器人還要占用相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)資源。

汽車工業(yè)對控制系統(tǒng)提出了很高的要求，所以在規(guī)劃和設(shè)計(jì)生產(chǎn)線自控系統(tǒng)時(shí)我們必須考慮周全。要選擇最適合工藝布局和現(xiàn)場環(huán)境的現(xiàn)場總線協(xié)議，我們必須要保證：

·眾多的I/O從站能夠經(jīng)濟(jì)合理的分布。
·所有的站點(diǎn)能進(jìn)行方便的調(diào)試和直接簡單的網(wǎng)絡(luò)管理。
·大量的控制信號能夠?qū)崟r(shí)穩(wěn)定的傳輸。
·現(xiàn)場的各種故障能夠及時(shí)診斷和定位。
·與其他系統(tǒng)的兼容性和技術(shù)升級的可操作性。

2、Interbus總線綜述

Interbus總線是世界上最早的現(xiàn)場總線，早在1984就由德國phoenix Contact公司研發(fā)，1987年正式在漢諾威博覽會(huì)上展出。由于該總線的廣泛應(yīng)用和快速發(fā)展，已經(jīng)先后成為德國DIN19258標(biāo)準(zhǔn)，EN50254歐洲標(biāo)準(zhǔn)和IEC61158國際標(biāo)準(zhǔn)。Interbus的各種性能參數(shù)非常貼近汽車生產(chǎn)實(shí)際的需要，是最早進(jìn)入汽車工業(yè)的現(xiàn)場總線，現(xiàn)在也是世界汽車行業(yè)最受歡迎的現(xiàn)場總線，其傳統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域就是汽車工業(yè)。隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，Interbus作為自動(dòng)化控制的解決方案正越來越多的應(yīng)用到其他領(lǐng)域，例如物流、造紙、印刷、食品和飲料、樓宇自動(dòng)化、木材加工、裝配和機(jī)器人應(yīng)用、機(jī)械工程、工廠自動(dòng)化、以及過程控制。應(yīng)用的工程數(shù)量達(dá)到78萬多個(gè)，應(yīng)用節(jié)點(diǎn)數(shù)量居全球第二。

Interbus可以這樣迅速的發(fā)展，是因?yàn)檫@個(gè)總線協(xié)議確實(shí)有它自己的特點(diǎn)。Interbus總線傳輸距離最長達(dá)到12.8公里（雙絞線），兩個(gè)從站間距就可以達(dá)到400米（雙絞線），單主站最多可連接255個(gè)從站，恒定的傳輸速率500Kbps時(shí)，掃描4096個(gè)I/O點(diǎn)的時(shí)間為7.8毫秒。總線采用獨(dú)特的環(huán)型組網(wǎng)形式和傳輸協(xié)議，它具備其他總線所沒有的準(zhǔn)確的故障定位、詳實(shí)的故障信息。三種傳輸媒介在從站間可以混合使用，有效數(shù)據(jù)傳輸效率高達(dá)52% 。 即插即用、無須設(shè)定地址、無須終端電阻。這里很多特性都是Interbus所獨(dú)有的，這些特性在很多工藝場合可以體現(xiàn)出它獨(dú)有的優(yōu)勢，也正是因?yàn)檫@樣，Interbus總線協(xié)議才能成為世界汽車行業(yè)最受歡迎的現(xiàn)場總線。

3、Interbus總線給汽車工業(yè)帶來了什么

Interbus總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)非常的靈活，可以任意的接分支，分支上面還可以再接若干分支，一直可以拓?fù)?6層，這樣使設(shè)計(jì)和施工都變得非常的靈活。汽車工業(yè)中很多工藝都會(huì)用到懸鏈，滾床，利用這種靈活的分支技術(shù)，一段懸鏈、一路滾床，或者一個(gè)夾具工位都可以做成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)分支，這樣就避免了一根總線繞到底的情況，既提高了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，又節(jié)省了總線電纜。還可以從邏輯上對每個(gè)分支進(jìn)行單獨(dú)控制。較長的傳輸距離和靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也使用戶在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時(shí)非常的寬松，靈活，方便。使用其他總線協(xié)議往往在距離、站數(shù)、站點(diǎn)分布這方面會(huì)有一些技術(shù)束縛，Interbus可以讓用戶解脫出來。

圖1

Interbus的調(diào)試和網(wǎng)絡(luò)管理非常的方便。每一個(gè)總線設(shè)備，都有一個(gè)識別寄存器，在總線啟動(dòng)的第一個(gè)周期，主站就可以讀取存儲(chǔ)在所有連接在總線網(wǎng)絡(luò)上的識別寄存器數(shù)據(jù)，從而識別每一個(gè)總線設(shè)備。所以這里就不需要硬件設(shè)址，在硬件安裝好后，用組態(tài)軟件讀取識別寄存器數(shù)據(jù)，就可以把硬件組態(tài)讀上來。在網(wǎng)絡(luò)調(diào)試時(shí)可以任意的關(guān)斷某個(gè)網(wǎng)絡(luò)分支或者站點(diǎn)。這樣，根據(jù)工藝段的不同，把現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分支分段管理非常的方便，比如我們把一個(gè)夾具工位做成一個(gè)分支，這樣就可以分開調(diào)試，分開管理，即使某個(gè)工位有網(wǎng)絡(luò)故障也不影響其他工位的調(diào)試或者生產(chǎn)。也可以把每個(gè)工位的幾臺(tái)焊接機(jī)器人作為一個(gè)Interbus總線分支進(jìn)行管理，把機(jī)器人和夾具的控制系統(tǒng)分開管理。這樣，對現(xiàn)場的調(diào)試以及后期設(shè)備維護(hù)和升級都是非常有幫助的。