Interbus
INTERBUS - шина по типу послідовного каналу для датчиків і виконавчих механізмів . Використовується для зв'язку промислових комп'ютерів , програмованих логічних контролерів PLC , комп'ютерів на базі VMEbus , роботів з різноманітними датчиками і сенсорами . Розроблено Phoenix Contact і доступна з 1987 року. Є однією з основних шин зв'язку з датчиками , стандартизована в EN 50254 і IEC 61158 .
Топологія шини - «кільце» з централізованим методом доступу в режимі ведучий- ведений .
На даний момент більше 600 виробників підтримують даний стандарт в системах управління та інших пристроях.
Зміст
Походження
Робота над створенням INTERBUS почалася ще в 1983 році відомою німецькою організацією Phoenix Contact, а в 1987 результати були представлені на Гановерській Ярмарці. Початкова область застосування даної мережі, яка називалась Interbus-S, це високошвидкісний детермінований обмін даними з датчиками та виконавчими механізмами. З розвитком РС-сумісних рішень в області промислової автоматизації, функціональність мережі доповнювалась, область її призначення розширилась на розподілені комунікаційні структури, що базуються на стандартних РС технологіях, а сама промислова мережна система стала називатись INTERBUS. На сьогоднішній день рішення INTERBUS підтримують та розвивають організації INTERBUS Club (www.interbusclub.com) та Open Control Foundation. Мережі закріплені в німецькому стандарті DIN 19258, європейському - EN 50254, та міжнародному - IEC 61158.
INTERBUS є мережею рівня датчиків. Вона має кільцеву топологію, в якій обмін даними організовується шляхом передачі полів кадру від пристрою до пристрою по кільцю. У голові мережної системи знаходиться Ведучий, який виконує функції контролера, або забезпечує зв’язок INTERBUS з верхніми рівнями управління. Всі інші вузли системи є Веденими пристроями, які разом з Ведучим організовують фізичне кільце.
Фізична структура
Всі пристрої мережі підключаються один до одного через дуплексний зв’язок, організовуючи тим самим прямий та зворотній канали кільця (Рис.1). Тобто кожний вузол, окрім вузла Ведучого, має два дуплексні канали – Вхідний Інтерфейс (incoming interface) та Вихідний Інтерфейс (outgoing interface), і при відсутності відгалужувачів, кабельний зв’язок утворює видиму лінійну топологію, в якій кінцевий пристрій в мережі всередині замикає кільце. Фізична структура мережі INTERBUS складається з таких елементів:
- 1.Мережний Ведучий (Bus Master), який управляє мережею та виконує функції контролера;
- 2.Мережні Пристрої (Bus Devices), які виконують функції засобів вводу/виводу, і в залежності від підтримуваних вхідних/вихідних інтерфейсів можуть бути таких типів:
- a. Віддалений Пристрій (Remote Device);
- b. Локальний Пристрій (Local Device);
- c. Пристрій Петлі (Loop Device);
- 3. Мережні Відгалужувачі (Bus Couplers), інша назва мережні термінальні модулі (Bus Terminal Module), які забезпечують сегментацію мережі, тобто відгалуження від основної гілки;
4. Мережні кабелі. Всі елементи поєднуються між собою через Вхідні та Вихідні Інтерфейси, фізична реалізація яких може бути різною: дуплексний варіант RS-485; з’єднання по TTL; модуляція струму живлення 24 В; оптичне кільце. Незалежно від структури мережі, бітова швидкість є постійною 500 кБіт/с, сумарна максимальна довжина лінії зв’язку - 13 км, максимальна кількість пристроїв - 512, максимальна кількість точок вводу/виводу – 4096. Декілька Пристроїв та мережних з’єднувачів, які починаються з Мережного Ведучого або Мережного Відгалужувача та закінчуються наступним Мережним Відгалужувачем або кінцевим пристроєм (без підключеного Вихідного Інтерфейсу) називається Мережним Сегментом (Bus Segment). У структурі мережі INTERBUS, в залежності від типу Інтерфейсів можуть використовуватись такі основні типи Сегментів:
- Віддалений Сегмент (Remote bus segment), на базі RS-485 або оптоволокні ;
- Локальний Сегмент (Local bus segment) або I/O Шина (I/O Bus) на базі TTL;
- Сегмент INTERBUS Петлі (INTERBUS Loop segment), на базі модуляції струму живлення 24 В;
Структура мережі дозволяє ієрархію Сегментів до 16 рівнів. Тобто сегмент може включати декілька Відгалужувачів, Сегменти яких в свою чергу можуть також включати відгалужувачі. Сегментація INTERBUS дає зручний та прозорий механізм для довільного територіального розміщення пристроїв по всій території ділянки процесу. Крім того сегментація дозволяє використовувати в одній і тій же мережі різні середовища передачі в залежності від умов експлуатації.
Віддалений Сегмент
Мережний Ведучий підключається до наступного Віддаленого Пристрою, або Мережного Відгалужувача через дуплексний варіант інтерфейсу RS-485. Таким чином основним сегментом INTERBUS є Віддалений Сегмент (Рис. 1). Від нього можуть іти відгалуження на інші сегменти такого ж, або іншого типу. Слід зазначити, що відгалуження буде тільки з точки зору кабельних відводів, але топологія залишиться кільцевою. Передача бітів проводиться методом NRZ.
До Віддаленого Сегменту накладаються наступні вимоги (Рис.2): максимальна кількість Пристроїв на сегмент – 256, максимальна дистанція між Пристроями – 400 м для RS-485 та 3600 м для оптоволокна, максимальна довжина сегменту – 12.8 км, живлення мережних засобів – локальне, стандартний з’єднувач - 9-піновий SUB-D вилка для Вхідного Інтерфейсу(піни: DO – 1; /DO – 6; DI – 2; /DI – 7; GND – 4), та 9-піновий SUB-D розетка для Вихідного (піни: DO – 1; /DO – 6; DI – 2; /DI – 7; GND – 4, RBST – 9; +5V- 5). Внутрішня структура Віддаленого Пристрою показана на Рис. 2. Як видно Вхідний та Вихідний Інтерфейс реалізований за допомогою RS-485 інтерфейсу, в якого вхідні та вихідні сигнали А,В,А',В' позначені як /DI, DI, /DO та DO. Сигнал RBST на Вихідному Інтерфейсі повинен бути підключений до 5В (перемичка між 9-тим та 5-тим піном), що повідомляє даному пристрою, що він не являється кінцевим в ланцюгу. Перемичка виставляється безпосередньо на конекторі самого кабелю, щоб при підключені наступного вузла, Пристрій ставав проміжним в ланцюгу, при відключенні – кінцевим, тобто замикав ланцюг. Обов’язковою є вимога підключення сигнальної землі (пін 4). Таким чином для з’єднання Віддалених Пристроїв необхідно використати кабель з 3-ма витими парами. Віддалений Сегмент не живить пристрої по мережному кабелю. Така можливість доступна для рішення з назвою Installation Remote Bus. В цьому випадку використовується 9-жильний кабель (3 витих пари + 3 проводи на живлення), а максимальна довжина сегменту обмежується 50 м.
Локальний Сегмент
Локальний Сегмент, який також називається I/O Шиною, призначений для об’єднання між собою Локальних Пристроїв на невеликих відстанях (наприклад модульні острова вводу/виводу). Внаслідок цього немає необхідності у використанні інтерфейсу RS-485, а використовується TTL рівні сигналів (5В), які застосовуються в обчислювальній техніці. Локальний Сегмент починається зі спеціального Мережного Відгалужувача, до якого один за одним підключається Локальні Пристрої. Максимальна відстань між Локальними пристроями – 1.5 м, максимальна довжина сегменту – 10 м. Окрім сигналів DI, /DI, DO та /DO додатково до Локальних Пристроїв з Мережного Відгалужувача підводиться живлення. Локальні Сегменти доступні в декількох конструктивних варіантах: Локальний Сегмент з ST-шиною; Локальний Сегмент з вбудованою станцією (INLINE Station); Локальний Сегмент на оптоволоконному з’єднані. Для Локального Сегменту максимальна кількість Локальних Пристроїв – 63 (8 для Сегменту з ST-шиною).
Сегмент INTERBUS Петлі
Даний тип сегменту, який також називається Петля Датчиків (Sensor loop, IP65 local bus), використовує 2-провідну лінію передачі, яка в поєднанні з Пристроями Петлі організовує кільце (Рис.4). По даній витій парі передається живлення для Пристроїв Петлі напругою 24 В постійного струму, яке модулюється манчестерським кодом, тим самим забезпечуючи передачу цифрових даних. Основна область застосування Сегменту – безпосереднє підключення датчиків та виконавчих механізмів в промислових умовах експлуатації (виконання IP 65 та IP 54). Сегмент INTERBUS Петлі має наступні характеристики: максимальна довжина Сегменту – 100 м; максимальна відстань між Пристроями – 10 м, максимальна кількість Пристроїв – 32, максимальний струм споживання – 1.5 А; середовище передачі – неекранований двопровідний кабель 2х1.5 мм2 (16 AWG).
