劉朝暉

1  INTERBUS控制網(wǎng)絡(luò )概述
INTERBUS現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)是德國Phoenix Contact公司80年代中期推出的一種用于自動(dòng)控制領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。以OSI七層參考模型兼容的INTERBUS協(xié)議控制網(wǎng)絡(luò )為基礎，結合Phoenix Contact公司全系列的自動(dòng)化產(chǎn)品，實(shí)現了分布式控制。INTERBUS技術(shù)體現了控制網(wǎng)絡(luò )技術(shù)發(fā)展的最新趨勢，具有真正的分布性、開(kāi)放性、互操作性和適應性。它已經(jīng)被工業(yè)界廣泛接受，成為EN50254歐洲標準以及IEC61158國際標準的現場(chǎng)總線(xiàn)系統，及控制網(wǎng)絡(luò )的實(shí)際主流標準之一。在全球有3000多個(gè)總線(xiàn)設備生產(chǎn)廠(chǎng)家，安裝的現場(chǎng)設備超過(guò)35萬(wàn)套系統，400萬(wàn)個(gè)節點(diǎn)。INTERBUS自動(dòng)化技術(shù)被廣泛應用于工業(yè)領(lǐng)域，如汽車(chē)工業(yè)、機械制造、化工石油、交通、儀器加工、煙草及造紙等行業(yè)。
2  INTERBUS的技術(shù)特點(diǎn)
INTERBUS現場(chǎng)總線(xiàn)包括遠程總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )和本地總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，如圖1所示，兩種網(wǎng)絡(luò )傳輸相同的信號。遠程總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )用于遠距離傳輸數據，本地總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )連接到遠程總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )上，用于將傳感器、執行器和智能設備連入總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，網(wǎng)絡(luò )上的總線(xiàn)終端BT（Bus Terminal）上的BK模塊負責將遠程總線(xiàn)數據轉換為本地總線(xiàn)數據。通過(guò)遠程總線(xiàn)分支功能，可以設置更復雜的樹(shù)狀拓撲網(wǎng)絡(luò )結構，以適應各種廠(chǎng)房結構。INTERBUS 通訊采用傳輸效率極高的集總幀型的數據方式，保證數據傳輸嚴格的同步性和周期性；全雙工的通訊方式和500K 的一致速率保證了數據通訊的實(shí)時(shí)性，4096個(gè)I/O數據掃描時(shí)間小于7.8ms，真正符合“以較低的傳輸速率與較高的協(xié)議效率保證極高的傳輸可靠性”這一現場(chǎng)總線(xiàn)傳輸基本要求。INTERBUS總線(xiàn)采用的樹(shù)型結構，可連接255 個(gè)子站，易于擴展、分層，總長(cháng)達12.8 公里。在同一個(gè)系統中，三種傳輸媒介（雙絞線(xiàn)電纜、光纖、紅外）可以根據需要混合使用。

圖1  INTERBUS總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )結構圖

由于所采用集總幀通訊的特殊的通訊協(xié)議和組網(wǎng)方式，使INTERBUS具有許多獨有的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，其中強大的診斷功能是區別于其它總線(xiàn)最典型的一點(diǎn)。INTERBUS的診斷功能提供了詳細的故障信息（故障地址、故障類(lèi)型和故障歷史記錄），診斷寄存器提供了用戶(hù)程序處理故障信息的工具，控制板3行16段LCD顯示直觀(guān)醒目。特別是準確的故障地址為快速排除故障提供了保障；故障歷史記錄為排除難于把握的隨機干擾提供了可能?；赗S-485的差分信號傳輸和專(zhuān)門(mén)的總線(xiàn)環(huán)路檢查更保證了INTERBUS的抗干擾性和設備實(shí)時(shí)監控。更重要的是所有這些特性均經(jīng)過(guò)了十幾年的工業(yè)現場(chǎng)實(shí)際應用的檢驗。
鑒于INTERBUS的高抗干擾能力、長(cháng)距離傳輸、傳輸媒介混用、強大的故障診斷功能等特殊的優(yōu)點(diǎn)，由INTERBUS技術(shù)為核心的公路隧道機電設備的監控管理系統已經(jīng)在世界各地被成功應用。
3  INTERBUS分布式公路隧道監控系統特點(diǎn)
圖2就是采用INTERBUS的分布式公路隧道監控系統結構圖（按照奧地利Plabutsch隧道結構）。

圖2  INTERBUS分布式公路隧道監控系統結構圖

INTERBUS公路隧道監控系統中各子系統的控制節點(diǎn)可以安裝在密封、防塵、防水的節點(diǎn)箱內，靠近被控制設備安裝；也可以使用高防護等級的現場(chǎng)安裝產(chǎn)品，完全置于被控設備旁。根據控制要求，選用各種類(lèi)型的節點(diǎn)，在隧道出入口的變電站、中央控制室、豎井、隧道體內布置安裝。與傳統的采用集中放線(xiàn)形式的集散控制系統相比較，現場(chǎng)設備布置簡(jiǎn)潔、維修方便，材料、施工的綜合造價(jià)可節約70%，并且大大節省了安裝、調試時(shí)間。
INTERBUS公路隧道監控系統可以對單洞雙向公路隧道或雙洞單向公路隧道內的機電設備進(jìn)行分布式監控，每一座隧道均可設置獨立的集中監控中心。在此基礎上，采用光纖ETHERNET網(wǎng)絡(luò )，則可對隧道群進(jìn)行集中管理。
3.1  監控系統硬件設備
①  INTERBUS系列I/O及驅動(dòng)模塊（IP20）。
②  INTERBUS系列I/O及驅動(dòng)模塊（IP54-67）。
③  ETHERNET相關(guān)產(chǎn)品。
④  總線(xiàn)專(zhuān)用雙絞線(xiàn)電纜、光纖、紅外線(xiàn)產(chǎn)品。
⑤  PC-Based 控制器RFC、IPC。
⑥  現場(chǎng)安裝控制箱。
3.2  監控系統軟件設備
INTERBUS公路隧道監控系統的軟件可分為兩部分。一部分軟件實(shí)現INTERBUS網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的控制邏輯組態(tài)、控制計算、連接現場(chǎng)輸入輸出點(diǎn)、現場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )管理等功能，另一部分軟件實(shí)現監控計算機的監控畫(huà)面的制作、顯示、報警、打印、計算機網(wǎng)絡(luò )管理等人機界面的功能。
(1)  系統組態(tài)控制軟件編程平臺現選用：
①  PC WORX；
②  特殊要求的組態(tài)控制軟件可采用Visual Basic、Visual C或Delphi編寫(xiě)。
(2)  系統監控軟件的編程平臺選用：
①  Factory Line；
②  Gensis32；
③  具有OPC接口的監控軟件；
④  特殊要求的監控軟件可采用Visual Basic、Visual C++或Delphi編寫(xiě)。
(3)  監控軟件計算機系統平臺采用：
①  Windows2000；
②  WinNT4.0。
(4)  公路隧道通風(fēng)、照明、消防、交通控制方案、運營(yíng)管理策略可以由專(zhuān)業(yè)隧道工程設計單位設計、提供。
4  INTERBUS分布式公路隧道監控系統組態(tài)技術(shù)特點(diǎn)
(1)  隧道系統現場(chǎng)通訊采用INTERBUS現場(chǎng)總線(xiàn)和光纖環(huán)網(wǎng)技術(shù)，以分布、分層方式構成。分為中央控制室的監控級、各設備控制室的設備控制級和控制現場(chǎng)設備的現場(chǎng)控制級共3層。監控計算機系統構成網(wǎng)絡(luò )。
(2)  各節點(diǎn)通過(guò)INTERBUS網(wǎng)絡(luò )，就近接收現場(chǎng)輸入信號，按照預先編寫(xiě)的控制邏輯進(jìn)行自動(dòng)控制，控制現場(chǎng)設備的運行，實(shí)現預先設定的控制策略。
(3)  按照實(shí)際需求，現場(chǎng)節點(diǎn)能夠實(shí)現閉環(huán)自動(dòng)控制功能。在監控計算機退出監控程序或計算機關(guān)機時(shí)，不會(huì )影響INTERBUS網(wǎng)絡(luò )上節點(diǎn)監控的設備之間的基本自動(dòng)控制功能。
(4)  監控計算機原則上不參與邏輯組態(tài)，只執行人機界面的功能，大大提高了整個(gè)隧道監控系統的容錯能力。
(5)  中央控制室內設置自動(dòng)控制或手動(dòng)控制的模式轉換選擇開(kāi)關(guān)。當相應子系統的控制模式轉換開(kāi)關(guān)處于手動(dòng)模式時(shí)，此子系統可接受計算機操作員的手動(dòng)命令，其它子系統仍然可處于自動(dòng)控制模式。
(6)  節點(diǎn)內的邏輯組態(tài)軟件有控制模式的無(wú)擾動(dòng)切換功能。
(7)  在火災或特定的緊急情況下，由監控計算機發(fā)出火災確認信號后，節點(diǎn)均只接受計算機操作員的手動(dòng)控制命令。
5  INTERBUS分布式公路隧道監控系統監控技術(shù)特點(diǎn)
(1)  監控軟件選用網(wǎng)絡(luò )化的軟件平臺，計算機監控系統的網(wǎng)絡(luò )結構采用雙光纖冗余以太網(wǎng)結構，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )交換機與INTERBUS網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)上的PC-Based控制器進(jìn)行數據交換和實(shí)現雙機熱備功能。
(2)  根據各隧道現場(chǎng)的不同情況，在有特殊需要節點(diǎn)的INTERBUS I/O從站可采用INTERBUS冗余模塊完成雙機熱備功能。
(3)  隧道中央控制室內構成局域網(wǎng)，可對隧道內的設備進(jìn)行多計算機采集站（SCADA）和多計算機監控站（VIEW）的網(wǎng)絡(luò )化監視和控制。也可以通過(guò)LAN或WEB網(wǎng)站，對隧道內的實(shí)時(shí)數據進(jìn)行監控。
(4)  計算機監控軟件完成畫(huà)面監視、手動(dòng)控制等人機界面的功能，不參與節點(diǎn)之間的自動(dòng)邏輯控制，以保證現場(chǎng)INTERBUS網(wǎng)絡(luò )的獨立性。監控計算機軟件可以對節點(diǎn)進(jìn)行手動(dòng)控制和參數設置。
(5)  計算機監控系統可以完成以下功能