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圖 1

    INTERBUS采用ISO/OSI參考模型中的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。INTERBUS總線可分為遠(yuǎn)程總線和本地總線。遠(yuǎn)程總線用于遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)通信，采用RS-485傳輸，網(wǎng)絡(luò)本身不供電。本地總線通過總線終端模塊連接到遠(yuǎn)程總線上。在INTERBUS現(xiàn)場總線中，可以采用多種傳輸介質(zhì)，包括雙絞線、光纜、紅外線以及無線等等，它們可以自由混合使用。當(dāng)采用雙絞線時，遠(yuǎn)程總線設(shè)備間的距離可達(dá)400m，整個總線的總距離可達(dá)12.8km。
 
    INTERBUS為主從結(jié)構(gòu)，單個系統(tǒng)中遠(yuǎn)程總線子站的數(shù)量可達(dá)255個，如果加上本地總線設(shè)備，可達(dá)512個設(shè)備。每個主站可連接8192個輸入信號和8192個輸出信號。系統(tǒng)通常采用樹狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可靈活地根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行布線。在INTERBUS G4總線系統(tǒng)中，可以構(gòu)建一個多達(dá)16層的樹形結(jié)構(gòu)。

    由于采用了集總幀協(xié)議，INTERBUS具有結(jié)構(gòu)簡單、實時性高、總線周期時間固定、傳輸效率高等特點。INTERBUS總線不需終端電阻,現(xiàn)場I/O模塊及設(shè)備不需作專門的地址設(shè)置。另外，INTERBUS總線具有非常強大的診斷功能。在總線出故障時，INTERBUS可以精確地找出故障的位置、故障類型和故障代碼，通過“INTERBUS故障診斷手冊”或?qū)Ｓ迷\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(xiàn)場工程師可以非常快速地排除故障，使系統(tǒng)停機的時間減到最小。

3    工業(yè)廠房樓宇自控系統(tǒng)的設(shè)計

    在國內(nèi)某知名跨國企業(yè)的大型廠房樓宇自動化系統(tǒng)中，包括了生產(chǎn)車間、裝配車間、辦公樓、庫房、餐廳、CLUB中心等建筑，自控系統(tǒng)覆蓋區(qū)域達(dá)8萬平米。該控制系統(tǒng)以空調(diào)系統(tǒng)控制為主，控制部分包含空調(diào)機組、冷水系統(tǒng)、熱水系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、排風(fēng)系統(tǒng)、空壓機系統(tǒng)、配電監(jiān)控等。各個控制部分距離上跨度比較大，I/O節(jié)點多達(dá)3000多個。

    經(jīng)過對多種自控方案的對比，最終確定采用了INTERBUS總線控制方案。整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2：

圖2   系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

    PLC控制器采用帶以太網(wǎng)接口和INTERBUS總線接口的遠(yuǎn)程現(xiàn)場控制器 (Remote Field Controller, RFC)。按照區(qū)域劃分，共采用了6臺RFC430控制器。RFC控制器之間直接通過以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

    RFC430控制器采用INTEL 486DX處理器，可安裝在標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)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，可以直觀清晰地顯示控制器本身和INTERBUS總線的運行狀態(tài)。通過面板上的鍵盤可以查看總線的運行記錄和診斷信息。通過INTERBUS總線出向接口，可以向下連接INTERBUS從站。通過以太網(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、在線調(diào)試、監(jiān)控和診斷，也可通過OPC與運行在中央控制室的組態(tài)監(jiān)控軟件交換數(shù)據(jù)。

    現(xiàn)場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(shù)字量輸入/輸出、模擬量輸入/輸出、熱電阻/熱電偶、編碼器、計數(shù)器、電機啟動器等多種模塊。INLINE模塊采用彈簧接線方式，具有體積小、接線方便、配置靈活、擴展簡單等優(yōu)點，大大節(jié)省了空間，具有很高的性價比。每個INLINE子站可帶63個輸入/輸出模塊。

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

    上位監(jiān)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INTERBUS OPC Server進(jìn)行實時數(shù)據(jù)交換。

4     INTERBUS總線在工業(yè)廠房樓宇自控中應(yīng)用的特點

    由INTERBUS總線組成的樓宇自動化系統(tǒng)除了具備現(xiàn)有的樓宇自動化系統(tǒng)的特點外，此系統(tǒng)還有以下幾方面的優(yōu)點：

    4.1   編程軟件的先進(jìn)性和多功能

    本系統(tǒng)的程序開發(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，能對語句、功能塊、梯形圖混合編譯，并支持在線調(diào)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(shè)計，而且開放的VBA接口環(huán)境有利于系統(tǒng)的二次開發(fā)，筆者就利用VBA開發(fā)了短信報警模塊和整個系統(tǒng)運行的時間計劃。這種組合有著非常好的靈活性，對軟件工程師來說很方便。

    4.2   基于串級控制的控制系統(tǒng)

    整個樓宇自動化系統(tǒng)，空調(diào)機組系統(tǒng)為控制部分的重點，為提高系統(tǒng)的自適應(yīng)性能使用了很多串級控制的控制系統(tǒng)。

    以下是廠房樓宇自動化系統(tǒng)的1#空調(diào)機組運行畫面。

圖3   空調(diào)機組運行畫面

    筆者選用了變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)，與定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)相比，變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能效果明顯，控制靈活而且空調(diào)品質(zhì)高。但是系統(tǒng)一次投資有所提高，控制相對復(fù)雜，管理水平要求較高。

    對于像廠房空間比較大，而且溫度控制精度要求較高的空調(diào)系統(tǒng)，結(jié)合過程控制理論，提出基于串級控制的VAV末端控制方案。控制過程如下：

圖4   空調(diào)系統(tǒng)運行畫面

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

圖5   空調(diào)末端控制過程

    控制參數(shù)構(gòu)成串級回路。主副調(diào)節(jié)器都是PID調(diào)節(jié)器。

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

圖6   控制系統(tǒng)方框圖

    主PID調(diào)節(jié)器的輸出是送風(fēng)溫度的設(shè)定值，副PID的輸出是閥門的開度，通過PLC的AO口輸出到風(fēng)閥執(zhí)行器，控制閥門的開度。

    4.3   按照德國標(biāo)準(zhǔn)實施和通過德方驗收的系統(tǒng)

    德國的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在以下幾個方面體現(xiàn)了德國對空調(diào)自控系統(tǒng)要求：

   （１）系統(tǒng)的開放性
 
    各種I/O模塊、功能模塊可根據(jù)生產(chǎn)需要分布安裝，控制器與各模塊之間通過一根總線電纜相連，擴充時只要將模塊連到總線上，硬件上無需更改設(shè)置，直接從PC WorX中可以操作相應(yīng)模塊。再加上本系統(tǒng)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(tǒng)功能。系統(tǒng)的短信報警功能模塊就是用VBA接口調(diào)用上位機串口實現(xiàn)的。  

    （２） 系統(tǒng)隨季節(jié)（室外溫度）和時鐘而進(jìn)行的設(shè)置和調(diào)節(jié)

    （３）系統(tǒng)通訊上的診斷和保護(hù)

圖8  系統(tǒng)通訊故障診斷畫面