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劉朝暉

1  INTERBUS控制網(wǎng)絡概述
INTERBUS現(xiàn)場總線技術是德國Phoenix Contact公司80年代中期推出的一種用于自動控制領域的網(wǎng)絡技術。以OSI七層參考模型兼容的INTERBUS協(xié)議控制網(wǎng)絡為基礎，結合Phoenix Contact公司全系列的自動化產(chǎn)品，實現(xiàn)了分布式控制。INTERBUS技術體現(xiàn)了控制網(wǎng)絡技術發(fā)展的最新趨勢，具有真正的分布性、開放性、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(xiàn)場總線系統(tǒng)，及控制網(wǎng)絡的實際主流標準之一。在全球有3000多個總線設備生產(chǎn)廠家，安裝的現(xiàn)場設備超過35萬套系統(tǒng)，400萬個節(jié)點。INTERBUS自動化技術被廣泛應用于工業(yè)領域，如汽車工業(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的技術特點
INTERBUS現(xiàn)場總線包括遠程總線網(wǎng)絡和本地總線網(wǎng)絡，如圖1所示，兩種網(wǎng)絡傳輸相同的信號。遠程總線網(wǎng)絡用于遠距離傳輸數(shù)據(jù)，本地總線網(wǎng)絡連接到遠程總線網(wǎng)絡上，用于將傳感器、執(zhí)行器和智能設備連入總線網(wǎng)絡，網(wǎng)絡上的總線終端BT（Bus Terminal）上的BK模塊負責將遠程總線數(shù)據(jù)轉換為本地總線數(shù)據(jù)。通過遠程總線分支功能，可以設置更復雜的樹狀拓撲網(wǎng)絡結構，以適應各種廠房結構。INTERBUS 通訊采用傳輸效率極高的集總幀型的數(shù)據(jù)方式，保證數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)通訊的實時性，4096個I/O數(shù)據(jù)掃描時間小于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(xiàn)場總線傳輸基本要求。INTERBUS總線采用的樹型結構，可連接255 個子站，易于擴展、分層，總長達12.8 公里。在同一個系統(tǒng)中，三種傳輸媒介（雙絞線電纜、光纖、紅外）可以根據(jù)需要混合使用。

圖1  INTERBUS總線網(wǎng)絡結構圖

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和優(yōu)點，其中強大的診斷功能是區(qū)別于其它總線最典型的一點。INTERBUS的診斷功能提供了詳細的故障信息（故障地址、故障類型和故障歷史記錄），診斷寄存器提供了用戶程序處理故障信息的工具，控制板3行16段LCD顯示直觀醒目。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。基于RS-485的差分信號傳輸和專門的總線環(huán)路檢查更保證了INTERBUS的抗干擾性和設備實時監(jiān)控。更重要的是所有這些特性均經(jīng)過了十幾年的工業(yè)現(xiàn)場實際應用的檢驗。
鑒于INTERBUS的高抗干擾能力、長距離傳輸、傳輸媒介混用、強大的故障診斷功能等特殊的優(yōu)點，由INTERBUS技術為核心的公路隧道機電設備的監(jiān)控管理系統(tǒng)已經(jīng)在世界各地被成功應用。
3  INTERBUS分布式公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)特點
圖2就是采用INTERBUS的分布式公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)結構圖（按照奧地利Plabutsch隧道結構）。

圖2  INTERBUS分布式公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)結構圖

INTERBUS公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的控制節(jié)點可以安裝在密封、防塵、防水的節(jié)點箱內(nèi)，靠近被控制設備安裝；也可以使用高防護等級的現(xiàn)場安裝產(chǎn)品，完全置于被控設備旁。根據(jù)控制要求，選用各種類型的節(jié)點，在隧道出入口的變電站、中央控制室、豎井、隧道體內(nèi)布置安裝。與傳統(tǒng)的采用集中放線形式的集散控制系統(tǒng)相比較，現(xiàn)場設備布置簡潔、維修方便，材料、施工的綜合造價可節(jié)約70%，并且大大節(jié)省了安裝、調(diào)試時間。
INTERBUS公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)可以對單洞雙向公路隧道或雙洞單向公路隧道內(nèi)的機電設備進行分布式監(jiān)控，每一座隧道均可設置獨立的集中監(jiān)控中心。在此基礎上，采用光纖ETHERNET網(wǎng)絡，則可對隧道群進行集中管理。
3.1  監(jiān)控系統(tǒng)硬件設備
①  INTERBUS系列I/O及驅動模塊（IP20）。
②  INTERBUS系列I/O及驅動模塊（IP54-67）。
③  ETHERNET相關產(chǎn)品。
④  總線專用雙絞線電纜、光纖、紅外線產(chǎn)品。
⑤  PC-Based 控制器RFC、IPC。
⑥  現(xiàn)場安裝控制箱。
3.2  監(jiān)控系統(tǒng)軟件設備
INTERBUS公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)的軟件可分為兩部分。一部分軟件實現(xiàn)INTERBUS網(wǎng)絡節(jié)點的控制邏輯組態(tài)、控制計算、連接現(xiàn)場輸入輸出點、現(xiàn)場網(wǎng)絡管理等功能，另一部分軟件實現(xiàn)監(jiān)控計算機的監(jiān)控畫面的制作、顯示、報警、打印、計算機網(wǎng)絡管理等人機界面的功能。
(1)  系統(tǒng)組態(tài)控制軟件編程平臺現(xiàn)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。
(2)  系統(tǒng)監(jiān)控軟件的編程平臺選用：
①  Factory Line；
②  Gensis32；
③  具有OPC接口的監(jiān)控軟件；
④  特殊要求的監(jiān)控軟件可采用Visual Basic、Visual C++或Delphi編寫。
(3)  監(jiān)控軟件計算機系統(tǒng)平臺采用：
①  Windows2000；
②  WinNT4.0。
(4)  公路隧道通風、照明、消防、交通控制方案、運營管理策略可以由專業(yè)隧道工程設計單位設計、提供。
4  INTERBUS分布式公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)技術特點
(1)  隧道系統(tǒng)現(xiàn)場通訊采用INTERBUS現(xiàn)場總線和光纖環(huán)網(wǎng)技術，以分布、分層方式構成。分為中央控制室的監(jiān)控級、各設備控制室的設備控制級和控制現(xiàn)場設備的現(xiàn)場控制級共3層。監(jiān)控計算機系統(tǒng)構成網(wǎng)絡。
(2)  各節(jié)點通過INTERBUS網(wǎng)絡，就近接收現(xiàn)場輸入信號，按照預先編寫的控制邏輯進行自動控制，控制現(xiàn)場設備的運行，實現(xiàn)預先設定的控制策略。
(3)  按照實際需求，現(xiàn)場節(jié)點能夠實現(xiàn)閉環(huán)自動控制功能。在監(jiān)控計算機退出監(jiān)控程序或計算機關機時，不會影響INTERBUS網(wǎng)絡上節(jié)點監(jiān)控的設備之間的基本自動控制功能。
(4)  監(jiān)控計算機原則上不參與邏輯組態(tài)，只執(zhí)行人機界面的功能，大大提高了整個隧道監(jiān)控系統(tǒng)的容錯能力。
(5)  中央控制室內(nèi)設置自動控制或手動控制的模式轉換選擇開關。當相應子系統(tǒng)的控制模式轉換開關處于手動模式時，此子系統(tǒng)可接受計算機操作員的手動命令，其它子系統(tǒng)仍然可處于自動控制模式。
(6)  節(jié)點內(nèi)的邏輯組態(tài)軟件有控制模式的無擾動切換功能。
(7)  在火災或特定的緊急情況下，由監(jiān)控計算機發(fā)出火災確認信號后，節(jié)點均只接受計算機操作員的手動控制命令。
5  INTERBUS分布式公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控技術特點
(1)  監(jiān)控軟件選用網(wǎng)絡化的軟件平臺，計算機監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構采用雙光纖冗余以太網(wǎng)結構，通過網(wǎng)絡交換機與INTERBUS網(wǎng)絡節(jié)點上的PC-Based控制器進行數(shù)據(jù)交換和實現(xiàn)雙機熱備功能。
(2)  根據(jù)各隧道現(xiàn)場的不同情況，在有特殊需要節(jié)點的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(nèi)構成局域網(wǎng)，可對隧道內(nèi)的設備進行多計算機采集站（SCADA）和多計算機監(jiān)控站（VIEW）的網(wǎng)絡化監(jiān)視和控制。也可以通過LAN或WEB網(wǎng)站，對隧道內(nèi)的實時數(shù)據(jù)進行監(jiān)控。
(4)  計算機監(jiān)控軟件完成畫面監(jiān)視、手動控制等人機界面的功能，不參與節(jié)點之間的自動邏輯控制，以保證現(xiàn)場INTERBUS網(wǎng)絡的獨立性。監(jiān)控計算機軟件可以對節(jié)點進行手動控制和參數(shù)設置。
(5)  計算機監(jiān)控系統(tǒng)可以完成以下功能