圖 1

    INTERBUS采用ISO/OSI參考模型中的物理層、數據鏈路層和應用層。INTERBUS總線(xiàn)可分為遠程總線(xiàn)和本地總線(xiàn)。遠程總線(xiàn)用于遠距離的數據通信，采用RS-485傳輸，網(wǎng)絡(luò )本身不供電。本地總線(xiàn)通過(guò)總線(xiàn)終端模塊連接到遠程總線(xiàn)上。在INTERBUS現場(chǎng)總線(xiàn)中，可以采用多種傳輸介質(zhì)，包括雙絞線(xiàn)、光纜、紅外線(xiàn)以及無(wú)線(xiàn)等等，它們可以自由混合使用。當采用雙絞線(xiàn)時(shí)，遠程總線(xiàn)設備間的距離可達400m，整個(gè)總線(xiàn)的總距離可達12.8km。
 
    INTERBUS為主從結構，單個(gè)系統中遠程總線(xiàn)子站的數量可達255個(gè)，如果加上本地總線(xiàn)設備，可達512個(gè)設備。每個(gè)主站可連接8192個(gè)輸入信號和8192個(gè)輸出信號。系統通常采用樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò )結構，可靈活地根據系統結構進(jìn)行布線(xiàn)。在INTERBUS G4總線(xiàn)系統中，可以構建一個(gè)多達16層的樹(shù)形結構。

    由于采用了集總幀協(xié)議，INTERBUS具有結構簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)性高、總線(xiàn)周期時(shí)間固定、傳輸效率高等特點(diǎn)。INTERBUS總線(xiàn)不需終端電阻,現場(chǎng)I/O模塊及設備不需作專(zhuān)門(mén)的地址設置。另外，INTERBUS總線(xiàn)具有非常強大的診斷功能。在總線(xiàn)出故障時(shí)，INTERBUS可以精確地找出故障的位置、故障類(lèi)型和故障代碼，通過(guò)“INTERBUS故障診斷手冊”或專(zhuān)用診斷工具Diag+軟件可以查看故障代碼的含義、潛在原因和解決方法，從而使得現場(chǎng)工程師可以非?？焖俚嘏懦收?，使系統停機的時(shí)間減到最小。

3    工業(yè)廠(chǎng)房樓宇自控系統的設計

    在國內某知名跨國企業(yè)的大型廠(chǎng)房樓宇自動(dòng)化系統中，包括了生產(chǎn)車(chē)間、裝配車(chē)間、辦公樓、庫房、餐廳、CLUB中心等建筑，自控系統覆蓋區域達8萬(wàn)平米。該控制系統以空調系統控制為主，控制部分包含空調機組、冷水系統、熱水系統、照明系統、排風(fēng)系統、空壓機系統、配電監控等。各個(gè)控制部分距離上跨度比較大，I/O節點(diǎn)多達3000多個(gè)。

    經(jīng)過(guò)對多種自控方案的對比，最終確定采用了INTERBUS總線(xiàn)控制方案。整個(gè)系統的結構如圖2：

圖2   系統結構圖

    PLC控制器采用帶以太網(wǎng)接口和INTERBUS總線(xiàn)接口的遠程現場(chǎng)控制器 (Remote Field Controller, RFC)。按照區域劃分，共采用了6臺RFC430控制器。RFC控制器之間直接通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行數據交換。

    RFC430控制器采用INTEL 486DX處理器，可安裝在標準導軌上，運行速度快，功能強大。RFC控制器自身集成了液晶顯示屏，可以直觀(guān)清晰地顯示控制器本身和INTERBUS總線(xiàn)的運行狀態(tài)。通過(guò)面板上的鍵盤(pán)可以查看總線(xiàn)的運行記錄和診斷信息。通過(guò)INTERBUS總線(xiàn)出向接口，可以向下連接INTERBUS從站。通過(guò)以太網(wǎng)，可以非常方便地連接到公司的局域網(wǎng)中，既可以進(jìn)行程序下載、在線(xiàn)調試、監控和診斷，也可通過(guò)OPC與運行在中央控制室的組態(tài)監控軟件交換數據。

    現場(chǎng)從站模塊采用菲尼克斯電氣的INLINE產(chǎn)品。INLINE系列產(chǎn)品包括數字量輸入/輸出、模擬量輸入/輸出、熱電阻/熱電偶、編碼器、計數器、電機啟動(dòng)器等多種模塊。INLINE模塊采用彈簧接線(xiàn)方式，具有體積小、接線(xiàn)方便、配置靈活、擴展簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，大大節省了空間，具有很高的性?xún)r(jià)比。每個(gè)INLINE子站可帶63個(gè)輸入/輸出模塊。

    控制軟件采用基于IEC61131-3和IEC61131-5編程標準的PCWORX軟件。PCWORX集成了IEC61131編程、現場(chǎng)總線(xiàn)組態(tài)和系統診斷功能。支持多種IEC61131語(yǔ)言，包括指令表（IL）、功能塊圖（FBD）、梯形圖（LD）、順序功能圖（SFC）、結構化文本（ST）以及可選用的機器順序功能圖（MSFC）等。IEC61131的基本語(yǔ)言IL、FBD和LD可直接而自由地進(jìn)行交叉編譯。同時(shí)，交叉參考表為編程人員顯示了在應用程序中所用到的變量和功能塊的情況。

    上位監控軟件則選用Genesis-32軟件。該軟件包含圖形界面GraphWorX32、趨勢圖TrendWorX32、報警界面AlarmWorX32等功能，并集成VBA接口。Genesis-32與RFC控制器之間通過(guò)INTERBUS OPC Server進(jìn)行實(shí)時(shí)數據交換。

4     INTERBUS總線(xiàn)在工業(yè)廠(chǎng)房樓宇自控中應用的特點(diǎn)

    由INTERBUS總線(xiàn)組成的樓宇自動(dòng)化系統除了具備現有的樓宇自動(dòng)化系統的特點(diǎn)外，此系統還有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：

    4.1   編程軟件的先進(jìn)性和多功能

    本系統的程序開(kāi)發(fā)是在德國菲尼克斯電氣公司PC WorX 3.03下進(jìn)行的，該編譯器功能非常強大，能對語(yǔ)句、功能塊、梯形圖混合編譯，并支持在線(xiàn)調試、交叉參考和仿真。

    上位機組態(tài)軟件選用Genesis-32，這款軟件不但非常容易進(jìn)行組態(tài)設計，而且開(kāi)放的VBA接口環(huán)境有利于系統的二次開(kāi)發(fā)，筆者就利用VBA開(kāi)發(fā)了短信報警模塊和整個(gè)系統運行的時(shí)間計劃。這種組合有著(zhù)非常好的靈活性，對軟件工程師來(lái)說(shuō)很方便。

    4.2   基于串級控制的控制系統

    整個(gè)樓宇自動(dòng)化系統，空調機組系統為控制部分的重點(diǎn)，為提高系統的自適應性能使用了很多串級控制的控制系統。

    以下是廠(chǎng)房樓宇自動(dòng)化系統的1#空調機組運行畫(huà)面。

圖3   空調機組運行畫(huà)面

    筆者選用了變風(fēng)量空調系統，與定風(fēng)量空調系統相比，變風(fēng)量空調系統節能效果明顯，控制靈活而且空調品質(zhì)高。但是系統一次投資有所提高，控制相對復雜，管理水平要求較高。

    對于像廠(chǎng)房空間比較大，而且溫度控制精度要求較高的空調系統，結合過(guò)程控制理論，提出基于串級控制的VAV末端控制方案?？刂七^(guò)程如下：

圖4   空調系統運行畫(huà)面

    以房間各點(diǎn)的平均溫度作為主控制參數，送風(fēng)溫度作為副

圖5   空調末端控制過(guò)程

    控制參數構成串級回路。主副調節器都是PID調節器。

    y1 ：主控制參數(室內平均溫度); y2 ：副控制參數(送風(fēng)溫度)

圖6   控制系統方框圖

    主PID調節器的輸出是送風(fēng)溫度的設定值，副P(pán)ID的輸出是閥門(mén)的開(kāi)度，通過(guò)PLC的AO口輸出到風(fēng)閥執行器，控制閥門(mén)的開(kāi)度。

    4.3   按照德國標準實(shí)施和通過(guò)德方驗收的系統

    德國的技術(shù)標準在以下幾個(gè)方面體現了德國對空調自控系統要求：

   （１）系統的開(kāi)放性
 
    各種I/O模塊、功能模塊可根據生產(chǎn)需要分布安裝，控制器與各模塊之間通過(guò)一根總線(xiàn)電纜相連，擴充時(shí)只要將模塊連到總線(xiàn)上，硬件上無(wú)需更改設置，直接從PC WorX中可以操作相應模塊。再加上本系統選用組態(tài)的VBA接口，可以操作上位機所有資源，大大拓展了系統功能。系統的短信報警功能模塊就是用VBA接口調用上位機串口實(shí)現的。  

    （２） 系統隨季節（室外溫度）和時(shí)鐘而進(jìn)行的設置和調節

    （３）系統通訊上的診斷和保護

圖8  系統通訊故障診斷畫(huà)面