Interbus – průmyslová komunikační sběrnice trochu jinak

Interbus – průmyslová komunikační sběrnice trochu jinak

Vývoj v automatizaci a řízení technologií vedl k přechodu od připojování vstupů a výstupů řídicího systému v rozváděči k využívání průmyslových sběrnic. Jako jedna z prvních s touto myšlenkou přišla firma Phoenix Contact. Průmyslová sběrnice Interbus, jejímž autorem je tato firma, se stala standardem v mnoha odvětvích průmyslu. Interbus je součástí mezinárodních norem IEC 61158 a EN 50254. V současné době se o propagaci této sběrnice stará organizace Interbus Club, sdružující dodavatele a významné uživatele této sběrnice. Na ni se může obrátit každý, kdo potřebuje informace o implementaci, certifikaci, standardizaci a technických vlastnostech sběrnice Interbus.

V tomto článku se věnujeme základním vlastnostem sběrnice Interbus – topologii, přenosu dat pomocí souhrnného bloku, fyzikálním možnostem přenosu a jeho diagnostice.

Topologie

Sběrnici Interbus je možné použít ke sběru dat ve většině řídicích systémů významných výrobců. Pro samotné napojení sběrnice na řídicí systém se používá komunikační procesor. Komunikační procesor se jako jediný řídicí účastník (master) na sběrnici stará o její kompletní obsluhu, přenos dat, statistické vyhodnocení přenosu a diagnostiku.

Topologie sběrnice je aktivní kruh: každý účastník je začleněn do uzavřené přenosové cesty. Hlavní kruh může mít odbočky – větve nižší úrovně. Úrovní může být až šestnáct. Tato topologická struktura, zvaná otevřený strom, činí sběrnici velmi flexibilní, snadno přizpůsobitelnou změnám technologie (obr. 1). Celkem může být na sběrnici připojeno 512 zařízení s 4 096 vstupně-výstupními body. Maximální vzdálenost mezi dvěma přístroji na sběrnici je 400 m, celková délka sběrnice je do 13 km. Informace o struktuře sběrnice je uložena jen v komunikačním procesoru, a tak není zapotřebí fyzicky adresovat jednotlivé účastníky. Kompletní adresace se provádí při konfiguraci komunikačního procesoru z PC pomocí konfiguračního nástroje CMD.

Pro připojení distribuovaných vstupů a výstupů lze použít I/O sběrnici Interbus Loop. Dvoužilový kabel této sběrnice současně přenáší data i napájí připojená zařízení (19,2 až 30 V, proud do 1,8 A; k dispozici jsou i moduly pro větší proudy). Maximální vzdálenost mezi dvěma účastníky v této smyčce je 20 m, celková délka smyčky může být do 200 m.

Přenos dat

Interbus na rozdíl od jiných sběrnic používá k přenosu informací metodu souhrnného bloku (summation frame). Tato metoda využívá jeden velký blok dat, ve kterém má každý účastník vyhrazenou svoji část (obr. 2). Přenos tohoto bloku je realizován postupným sériovým přenosem jednotlivých bitů. Přenos se uskutečňuje vždy mezi dvěma účastníky na sběrnici (řídící účastník na prvního řízeného účastníka, první na druhého atd., poslední řízený účastník zpět na řídícího). Nekomunikuje tedy přímo řídící a řízený účastník, ale data se šíří pomocí postupného předávaní bitů mezi účastníky v kruhu. Každý účastník přečte celý blok a pracuje s daty, která jsou pro něj určena. Delší zprávy mohou být rozděleny do více bloků (např. při nastavování parametrů účastníka). Pro ostatní data funguje účastník jen jako opakovač a zesilovač. V jednom cyklu sběrnice komunikuje řídící účastník se všemi řízenými účastníky na sběrnici – komunikace je časově deterministická. Při komunikaci metodou souhrnného bloku se výrazně mění objem přenášených procesních dat. Naproti tomu objem organizačních (režijních) dat je v rámci jednoho cyklu konstantní. Takovým způsobem se v některých případech dosahuje až pětinásobně větší účinnosti přenosu dat oproti sběrnicím s pevnou délkou bloku.

Fyzická vrstva sběrnice

Ve sběrnici Interbus jsou fyzicky spojeni pouze sousední účastníci. Způsob zapojení konektorů zároveň zabezpečuje uzavření smyčky na každém účastníku, a tak odpadá nutnost použít zakončovací rezistory. K přenosu signálů využívá Interbus dva základní typy médií – měděné vodiče a optická vlákna. Oba způsoby přenosu lze v jedné síti snadno kombinovat.

Tab. 1. Přenosová média

Přenos prostřednictvím optického kabelu má nesporné výhody: nejsou problémy s elektromagnetickým rušením, zařízení jsou elektricky izolovaná a není třeba spojovat ekvipotenciální hladiny v jednotlivých segmentech sítě. Interbus používá tři typy optických vláken (tab. 1).

Velmi dobrou vlastností polymerového optického vlákna je jeho nenáročná příprava k použití a cenová výhodnost.

Diagnostika

Diagnostika se největší měrou podepsala na úspěchu sběrnice Interbus.

Kruhová topologie umožňuje rozdělit celou síť na nezávislé segmenty. Vyskytne-li se v některém z nich závažná chyba, tj. přerušení sběrnice nebo zkrat, lze toto místo přesně lokalizovat a řídicí člen vadný segment odpojí.

V době klidu na sběrnici, kdy řídící člen nevysílá žádná procesní data, zasílají se stavové zprávy. Nepřijme-li účastník žádnou zprávu po dobu delší než 25 ms, usoudí, že komunikace není v pořádku, přejde do bezpečného stavu a přeruší činnost.

U optických spojů je neustále sledována úroveň signálu mezi účastníky. Při jeho poklesu vysílající účastník zabezpečí zesílení vyzařovaného signálu. Změny na optické cestě lze sledovat také z konfiguračního PC a údržba zařízení tak má úplný přehled o kvalitě přenosu.

U měděného spoje není nutná optická diagnostika, nadále však zůstává statistická diagnostika samotného přenosu. Dalším stupněm v diagnostice je zobrazování případných chyb a stavu sběrnice na displeji komunikačního procesoru. Komunikační procesor dokáže zobrazit místo a příčinu vzniku poruchy. Stejnou informaci zároveň poskytuje komunikační procesor také nadřazenému řídicímu systému.

Právě předáváním plnohodnotné informace o diagnostice umožňuje Interbus automatickou práci vyspělých diagnostických nástrojů – např. DiagNet. DiagNet (obr. 3) je softwarový nástroj pro velmi přehlednou diagnostiku. Protože sítě průmyslových sběrnic mohou být plošně rozlehlé a strukturálně složité, začíná mít údržba zařízení problém s lokalizací chybných modulů. Proto DiagNet obsahuje nástroje na jejich lokalizaci pomocí zobrazení struktury sběrnice, fotodokumentaci ve více úrovních, popisu chyby a návrhu na její odstranění, zobrazuje dokumentaci daného modulu, a to vše při dodržení výsady jednoduché obsluhy a konfigurace. Velkou výhodou nástroje DiagNet je zároveň jeho provázanost s projekčním systémem Eplan a konfiguračním nástrojem CMD. Dokumentaci dokáže DiagNet zobrazovat přímo ze serveru, na kterém může být umístěn centrální archiv celého závodu. Tím zároveň odpadá nutnost synchronizovat verze dokumentace v systému Eplan, což bývá hlavně ve větších podnicích problém. Hlavní výhodou diagnostiky je zkrácení doby nutné k lokalizování chyby při instalaci a také při samotném provozu sběrnice na řádově jednotky minut. Zvláště v linkách hromadné sériové výroby se tím dosáhne výrazných časových a ekonomických úspor.

(Blumenbecker Prag, s. r. o.)

Blumenbecker Prag s. r. o.
Počernická 96
108 03 Praha 10
tel: 296 411 630
fax: 296 411 620
e-mail: info@blumenbecker.cz
http://www.blumenbecker.cz