1、汽車制造業對控制系統的要求

汽車制造業是典型的多工種、多工藝、多物料的大規模生產過程。同時隨著汽車行業之間競爭的日益激烈，各生產廠家都普遍面臨著：提高生產效率、降低生產成本、提高生產管理水平等種種壓力。對于汽車項目而言，無論是新建項目，還是現有設備的擴展和改造，在規劃和設計控制系統時都應該有一個基本指導原則：采用最先進的自動化技術和產品， 從而最大程度減小系統集成和調試時間、降低投資成本，方便生產運行階段的維護與工藝調整。提高各工藝設備系統的穩定性，減少故障停機時間保證計劃產量的實現。

對汽車工業的控制系統的要求也有別于其他行業的自動控制系統，因為汽車工業生產現場相對較復雜。例如焊裝工藝，就代表著汽車工業控制現場的一些典型特點：

（1） 現場工作環境惡劣。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有水流的噴射，這些對設備的防護等級提出了更高的要求。

（2） 強電磁干擾。焊接設備在焊接過程中的電磁干擾發射不僅會對電網造成污染，對連接 在同一電網中的用電設備造成影響和損壞，對設備品質、網絡通信和信號傳輸都是重大的考驗。

（3） 現場I/O數量眾多且非常分散。每個工位夾具上都有相當多的電磁閥需要驅動，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，采集點都處在夾具的不同部位。

（4） 網絡從站數量多。在汽車項目規劃中，一般會使用現場總線技術，也通常會使用IP67防護等級的一體化模塊，因為一個一體化模塊就是一個節點，所以網絡節點數量一般都較多。例如一條主焊線，往往都有上百個節點，如果使用機器人焊接，機器人還要占用相應的網絡節點資源。

汽車工業對控制系統提出了很高的要求，所以在規劃和設計生產線自控系統時我們必須考慮周全。要選擇最適合工藝布局和現場環境的現場總線協議，我們必須要保證：

·眾多的I/O從站能夠經濟合理的分布。

·所有的站點能進行方便的調試和直接簡單的網絡管理。

·大量的控制信號能夠實時穩定的傳輸。

·現場的各種故障能夠及時診斷和定位。

·與其他系統的兼容性和技術升級的可操作性。

2、Interbus總線綜述

Interbus總線是世界上最早的現場總線，早在1984就由德國phoenix Contact公司研發，1987年正式在漢諾威博覽會上展出。由于該總線的廣泛應用和快速發展，已經先后成為德國DIN19258標準，EN50254歐洲標準和IEC61158國際標準。Interbus的各種性能參數非常貼近汽車生產實際的需要，是最早進入汽車工業的現場總線，現在也是世界汽車行業最受歡迎的現場總線，其傳統的應用領域就是汽車工業。隨著工業自動化的發展，Interbus作為自動化控制的解決方案正越來越多的應用到其他領域，例如物流、造紙、印刷、食品和飲料、樓宇自動化、木材加工、裝配和機器人應用、機械工程、工廠自動化、以及過程控制。應用的工程數量達到78萬多個，應用節點數量居全球第二。

Interbus可以這樣迅速的發展，是因為這個總線協議確實有它自己的特點。Interbus總線傳輸距離最長達到12.8公里（雙絞線），兩個從站間距就可以達到400米（雙絞線），單主站最多可連接255個從站，恒定的傳輸速率500Kbps時，掃描4096個I/O點的時間為7.8毫秒。總線采用獨特的環型組網形式和傳輸協議，它具備其他總線所沒有的準確的故障定位、詳實的故障信息。三種傳輸媒介在從站間可以混合使用，有效數據傳輸效率高達52% 。 即插即用、無須設定地址、無須終端電阻。這里很多特性都是Interbus所獨有的，這些特性在很多工藝場合可以體現出它獨有的優勢，也正是因為這樣，Interbus總線協議才能成為世界汽車行業最受歡迎的現場總線。

3、Interbus總線給汽車工業帶來了什么

Interbus總線的拓撲結構非常的靈活，可以任意的接分支，分支上面還可以再接若干分支，一直可以拓撲16層，這樣使設計和施工都變得非常的靈活。汽車工業中很多工藝都會用到懸鏈，滾床，利用這種靈活的分支技術，一段懸鏈、一路滾床，或者一個夾具工位都可以做成一個網絡分支，這樣就避免了一根總線繞到底的情況，既提高了網絡的穩定性，又節省了總線電纜。還可以從邏輯上對每個分支進行單獨控制。較長的傳輸距離和靈活的拓撲結構也使用戶在進行網絡規劃時非常的寬松，靈活，方便。使用其他總線協議往往在距離、站數、站點分布這方面會有一些技術束縛，Interbus可以讓用戶解脫出來。

圖1

Interbus的調試和網絡管理非常的方便。每一個總線設備，都有一個識別寄存器，在總線啟動的第一個周期，主站就可以讀取存儲在所有連接在總線網絡上的識別寄存器數據，從而識別每一個總線設備。所以這里就不需要硬件設址，在硬件安裝好后，用組態軟件讀取識別寄存器數據，就可以把硬件組態讀上來。在網絡調試時可以任意的關斷某個網絡分支或者站點。這樣，根據工藝段的不同，把現場總線網絡進行分支分段管理非常的方便，比如我們把一個夾具工位做成一個分支，這樣就可以分開調試，分開管理，即使某個工位有網絡故障也不影響其他工位的調試或者生產。也可以把每個工位的幾臺焊接機器人作為一個Interbus總線分支進行管理，把機器人和夾具的控制系統分開管理。這樣，對現場的調試以及后期設備維護和升級都是非常有幫助的。

下面我們來看看神龍汽車在采用Interbus總線之后，網絡分支管理在現場輸送設備上的一個應用實例。系統的控制功能和工藝流程這里不多說，我們主要來看看在采用Interbus總線協議之后，為了優化網絡管理和方便后期設備維修，設備網絡是如何規劃。

網絡結構圖如下所示：

圖2

圖中：

MASTER——主站，PLC或是INTERBUS控制卡。

BK——INTERBUS耦合器，即一個網絡節點，也叫從站。

RB——擴展在耦合器后面的分支模塊。本例中擴展了10塊。

MD——馬達啟動器。

現場一共有十個滾床輸送段，做成2層網絡，第2層網絡有10個分支。設計者在主控柜中的第一個從站的耦合器（BK）之后就擴展了10個分支模塊（RB），每個RB后面再通過INTERBUS總線連接“BK”或馬達啟動器，上例中每個滾床配置一臺馬達啟動器用來驅動滾床電機，所有驅動控制信號通過INTERBUS總線傳輸，MD上帶有數字量輸入接口，現場的傳感器通過MD傳到PLC。用來驅動各自工藝段的電機和收集輸入信號。網絡結構非常清楚，每段分支，每個設備都可以單獨的關斷單獨調試。這樣的結構，對設備的調試和管理而言，無疑是最方便的。

圖3 （從站1）主控柜

總線采用的差分傳輸技術，對干擾信號具有很強的免疫力，再加上Interbus總線使用“面向對象”的數據傳輸形式，采用串行移位的方式，進行CRC冗余校驗，以集總幀的傳輸形式大大降低傳輸出錯的可能性，最大程度上提高了傳輸的效率，使信號的傳輸非常的可靠和穩定。與其他協議相比，Interbus協議尤其適用于存在著強電磁干擾的環境，而汽車工業的焊裝車間正是一個這樣的現場。當然，其他的工藝段也同樣要求信號傳輸的可靠，同樣需要穩定的總線協議。

在汽車工業中，控制點相對較多，自動化程度高，現場環境比較惡劣，線路也較復雜，和其他行業的生產控制相比，故障率相對偏高。這樣，對于維護人員和設備的診斷功能都提出了較高的要求。準確的故障定位和詳實故障信息是Interbus總線所具有的非常重要的一個特點。它獨特的環形傳輸協議與強大的自診斷功能決定了這一特點。這是其他樹形總線所不能做到的，不需要任何處理，控制卡自帶的LCD顯示屏就可以直接顯示出故障的類型、位置、和代碼，根據故障代碼可以在診斷手冊上查到故障產生的原因和處理的方法。這樣對網絡上的斷路、短路、過壓、電磁干擾等等都可以準確的定位診斷，再配以IBS Diag+這款通用型的總線診斷軟件，可以對網絡中的任何設備進行診斷，包括總線的數據傳輸質量都可以量化出來。

隨著自動化技術的發展，Interbus與Profibus兩大國際組織一起研發的Profinet可能是未來工業現場網絡的趨勢，Interbus協議對于Profinet也是全透明的，Interbus升級到Profinet系統，除增加一個硬件網關外，不需要作任何的改動。所以，從系統的兼容性和技術升級方面來講，Interbus沒有任何的技術門檻。

4、結束語

從Interbus總線協議誕生至今，網絡應用節點數量已經超過800萬個，尤其在汽車行業，是很多行業巨頭選擇的現場總線標準，如大眾、寶馬、戴姆勒。克萊斯勒、保時捷等等。同時在國內的一汽、二汽、上汽、長安等幾個集團中也有相當多的工廠采用Interbus現場總線進行生產控制，Interbus在國內有著越來越多的用戶。可見Interbus在汽車工業自動化控制領域的影響是非常深遠的，Interbus現場總線服務于汽車行業，同時也見證了世界汽車工業的發展和成長，可以說，Interbus是汽車工業的忠實伙伴。

責任編輯：gt