图 1

    INTERBUS采用ISO/OSI参考模型中的物理层、数据链路层和应用层。INTERBUS总线可分为远程总线和本地总线。远程总线用于远距离的数据通信，采用RS-485传输，网络本身不供电。本地总线通过总线终端模块连接到远程总线上。在INTERBUS现场总线中，可以采用多种传输介质，包括双绞线、光缆、红外线以及无线等等，它们可以自由混合使用。当采用双绞线时，远程总线设备间的距离可达400m，整个总线的总距离可达12.8km。
 
    INTERBUS为主从结构，单个系统中远程总线子站的数量可达255个，如果加上本地总线设备，可达512个设备。每个主站可连接8192个输入信号和8192个输出信号。系统通常采用树状网络结构，可灵活地根据系统结构进行布线。在INTERBUS G4总线系统中，可以构建一个多达16层的树形结构。

    由于采用了集总帧协议，INTERBUS具有结构简单、实时性高、总线周期时间固定、传输效率高等特点。INTERBUS总线不需终端电阻,现场I/O模块及设备不需作专门的地址设置。另外，INTERBUS总线具有非常强大的诊断功能。在总线出故障时，INTERBUS可以精确地找出故障的位置、故障类型和故障代码，通过“INTERBUS故障诊断手册”或专用诊断工具Diag+软件可以查看故障代码的含义、潜在原因和解决方法，从而使得现场工程师可以非常快速地排除故障，使系统停机的时间减到最小。

3    工业厂房楼宇自控系统的设计

    在国内某知名跨国企业的大型厂房楼宇自动化系统中，包括了生产车间、装配车间、办公楼、库房、餐厅、CLUB中心等建筑，自控系统覆盖区域达8万平米。该控制系统以空调系统控制为主，控制部分包含空调机组、冷水系统、热水系统、照明系统、排风系统、空压机系统、配电监控等。各个控制部分距离上跨度比较大，I/O节点多达3000多个。

    经过对多种自控方案的对比，最终确定采用了INTERBUS总线控制方案。整个系统的结构如图2：

图2   系统结构图

    PLC控制器采用带以太网接口和INTERBUS总线接口的远程现场控制器 (Remote Field Controller, RFC)。按照区域划分，共采用了6台RFC430控制器。RFC控制器之间直接通过以太网进行数据交换。

    RFC430控制器采用INTEL 486DX处理器，可安装在标准导轨上，运行速度快，功能强大。RFC控制器自身集成了液晶显示屏，可以直观清晰地显示控制器本身和INTERBUS总线的运行状态。通过面板上的键盘可以查看总线的运行记录和诊断信息。通过INTERBUS总线出向接口，可以向下连接INTERBUS从站。通过以太网，可以非常方便地连接到公司的局域网中，既可以进行程序下载、在线调试、监控和诊断，也可通过OPC与运行在中央控制室的组态监控软件交换数据。

    现场从站模块采用菲尼克斯电气的INLINE产品。INLINE系列产品包括数字量输入/输出、模拟量输入/输出、热电阻/热电偶、编码器、计数器、电机启动器等多种模块。INLINE模块采用弹簧接线方式，具有体积小、接线方便、配置灵活、扩展简单等优点，大大节省了空间，具有很高的性价比。每个INLINE子站可带63个输入/输出模块。

    控制软件采用基于IEC61131-3和IEC61131-5编程标准的PCWORX软件。PCWORX集成了IEC61131编程、现场总线组态和系统诊断功能。支持多种IEC61131语言，包括指令表（IL）、功能块图（FBD）、梯形图（LD）、顺序功能图（SFC）、结构化文本（ST）以及可选用的机器顺序功能图（MSFC）等。IEC61131的基本语言IL、FBD和LD可直接而自由地进行交叉编译。同时，交叉参考表为编程人员显示了在应用程序中所用到的变量和功能块的情况。

    上位监控软件则选用Genesis-32软件。该软件包含图形界面GraphWorX32、趋势图TrendWorX32、报警界面AlarmWorX32等功能，并集成VBA接口。Genesis-32与RFC控制器之间通过INTERBUS OPC Server进行实时数据交换。

4     INTERBUS总线在工业厂房楼宇自控中应用的特点

    由INTERBUS总线组成的楼宇自动化系统除了具备现有的楼宇自动化系统的特点外，此系统还有以下几方面的优点：

    4.1   编程软件的先进性和多功能

    本系统的程序开发是在德国菲尼克斯电气公司PC WorX 3.03下进行的，该编译器功能非常强大，能对语句、功能块、梯形图混合编译，并支持在线调试、交叉参考和仿真。

    上位机组态软件选用Genesis-32，这款软件不但非常容易进行组态设计，而且开放的VBA接口环境有利于系统的二次开发，笔者就利用VBA开发了短信报警模块和整个系统运行的时间计划。这种组合有着非常好的灵活性，对软件工程师来说很方便。

    4.2   基于串级控制的控制系统

    整个楼宇自动化系统，空调机组系统为控制部分的重点，为提高系统的自适应性能使用了很多串级控制的控制系统。

    以下是厂房楼宇自动化系统的1#空调机组运行画面。

图3   空调机组运行画面

    笔者选用了变风量空调系统，与定风量空调系统相比，变风量空调系统节能效果明显，控制灵活而且空调品质高。但是系统一次投资有所提高，控制相对复杂，管理水平要求较高。

    对于像厂房空间比较大，而且温度控制精度要求较高的空调系统，结合过程控制理论，提出基于串级控制的VAV末端控制方案。控制过程如下：

图4   空调系统运行画面

    以房间各点的平均温度作为主控制参数，送风温度作为副

图5   空调末端控制过程

    控制参数构成串级回路。主副调节器都是PID调节器。

    y1 ：主控制参数(室内平均温度); y2 ：副控制参数(送风温度)

图6   控制系统方框图

    主PID调节器的输出是送风温度的设定值，副PID的输出是阀门的开度，通过PLC的AO口输出到风阀执行器，控制阀门的开度。

    4.3   按照德国标准实施和通过德方验收的系统

    德国的技术标准在以下几个方面体现了德国对空调自控系统要求：

   （１）系统的开放性
 
    各种I/O模块、功能模块可根据生产需要分布安装，控制器与各模块之间通过一根总线电缆相连，扩充时只要将模块连到总线上，硬件上无需更改设置，直接从PC WorX中可以操作相应模块。再加上本系统选用组态的VBA接口，可以操作上位机所有资源，大大拓展了系统功能。系统的短信报警功能模块就是用VBA接口调用上位机串口实现的。  

    （２） 系统随季节（室外温度）和时钟而进行的设置和调节

    （３）系统通讯上的诊断和保护

图8  系统通讯故障诊断画面