劉朝暉

1  INTERBUS控制網(wǎng)絡(luò)概述
INTERBUS現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)是德國(guó)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O(shè)SI七層參考模型兼容的INTERBUS協(xié)議控制網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，結(jié)合Phoenix Contact公司全系列的自動(dòng)化產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了分布式控制。INTERBUS技術(shù)體現(xiàn)了控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的最新趨勢(shì)，具有真正的分布性、開(kāi)放性、互操作性和適應(yīng)性。它已經(jīng)被工業(yè)界廣泛接受，成為EN50254歐洲標(biāo)準(zhǔn)以及IEC61158國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)，及控制網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際主流標(biāo)準(zhǔn)之一。在全球有3000多個(gè)總線(xiàn)設(shè)備生產(chǎn)廠(chǎng)家，安裝的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備超過(guò)35萬(wàn)套系統(tǒng)，400萬(wàn)個(gè)節(jié)點(diǎn)。INTERBUS自動(dòng)化技術(shù)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，如汽車(chē)工業(yè)、機(jī)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(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)包括遠(yuǎn)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(hào)。遠(yuǎn)程總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)用于遠(yuǎn)距離傳輸數(shù)據(jù)，本地總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接到遠(yuǎn)程總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上，用于將傳感器、執(zhí)行器和智能設(shè)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(fù)責(zé)將遠(yuǎn)程總線(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為本地總線(xiàn)數(shù)據(jù)。通過(guò)遠(yuǎn)程總線(xiàn)分支功能，可以設(shè)置更復(fù)雜的樹(shù)狀拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)各種廠(chǎng)房結(jié)構(gòu)。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(yán)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(shí)時(shí)性，4096個(gè)I/O數(shù)據(jù)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(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)傳輸基本要求。INTERBUS總線(xiàn)采用的樹(shù)型結(jié)構(gòu)，可連接255 個(gè)子站，易于擴(kuò)展、分層，總長(zhǎng)達(dá)12.8 公里。在同一個(gè)系統(tǒng)中，三種傳輸媒介（雙絞線(xiàn)電纜、光纖、紅外）可以根據(jù)需要混合使用。

圖1  INTERBUS總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)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(dú)有的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，其中強(qiáng)大的診斷功能是區(qū)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(xì)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(zhǔn)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(jī)干擾提供了可能。基于RS-485的差分信號(hào)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(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)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(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用的檢驗(yàn)。
鑒于INTERBUS的高抗干擾能力、長(zhǎng)距離傳輸、傳輸媒介混用、強(qiáng)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(jī)電設(shè)備的監(jiān)控管理系統(tǒng)已經(jīng)在世界各地被成功應(yīng)用。
3  INTERBUS分布式公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)特點(diǎn)
圖2就是采用INTERBUS的分布式公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（按照奧地利Plabutsch隧道結(jié)構(gòu)）。

圖2  INTERBUS分布式公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

INTERBUS公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的控制節(jié)點(diǎn)可以安裝在密封、防塵、防水的節(jié)點(diǎn)箱內(nèi)，靠近被控制設(shè)備安裝；也可以使用高防護(hù)等級(jí)的現(xiàn)場(chǎng)安裝產(chǎn)品，完全置于被控設(shè)備旁。根據(jù)控制要求，選用各種類(lèi)型的節(jié)點(diǎn)，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(xiàn)形式的集散控制系統(tǒng)相比較，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布置簡(jiǎn)潔、維修方便，材料、施工的綜合造價(jià)可節(jié)約70%，并且大大節(jié)省了安裝、調(diào)試時(shí)間。
INTERBUS公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)單洞雙向公路隧道或雙洞單向公路隧道內(nèi)的機(jī)電設(shè)備進(jìn)行分布式監(jiān)控，每一座隧道均可設(shè)置獨(dú)立的集中監(jiān)控中心。在此基礎(chǔ)上，采用光纖ETHERNET網(wǎng)絡(luò)，則可對(duì)隧道群進(jìn)行集中管理。
3.1  監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)備
①  INTERBUS系列I/O及驅(qū)動(dòng)模塊（IP20）。
②  INTERBUS系列I/O及驅(qū)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(xiàn)場(chǎng)安裝控制箱。
3.2  監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)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(shí)現(xiàn)INTERBUS網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的控制邏輯組態(tài)、控制計(jì)算、連接現(xiàn)場(chǎng)輸入輸出點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)管理等功能，另一部分軟件實(shí)現(xiàn)監(jiān)控計(jì)算機(jī)的監(jiān)控畫(huà)面的制作、顯示、報(bào)警、打印、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理等人機(jī)界面的功能。
(1)  系統(tǒng)組態(tài)控制軟件編程平臺(tái)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(xiě)。
(2)  系統(tǒng)監(jiān)控軟件的編程平臺(tái)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(xiě)。
(3)  監(jiān)控軟件計(jì)算機(jī)系統(tǒng)平臺(tái)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(yùn)營(yíng)管理策略可以由專(zhuān)業(yè)隧道工程設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)、提供。
4  INTERBUS分布式公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)技術(shù)特點(diǎn)
(1)  隧道系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)通訊采用INTERBUS現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)和光纖環(huán)網(wǎng)技術(shù)，以分布、分層方式構(gòu)成。分為中央控制室的監(jiān)控級(jí)、各設(shè)備控制室的設(shè)備控制級(jí)和控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)共3層。監(jiān)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。
(2)  各節(jié)點(diǎn)通過(guò)INTERBUS網(wǎng)絡(luò)，就近接收現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)，按照預(yù)先編寫(xiě)的控制邏輯進(jìn)行自動(dòng)控制，控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)預(yù)先設(shè)定的控制策略。
(3)  按照實(shí)際需求，現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)控制功能。在監(jiān)控計(jì)算機(jī)退出監(jiān)控程序或計(jì)算機(jī)關(guān)機(jī)時(shí)，不會(huì)影響INTERBUS網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點(diǎn)監(jiān)控的設(shè)備之間的基本自動(dòng)控制功能。
(4)  監(jiān)控計(jì)算機(jī)原則上不參與邏輯組態(tài)，只執(zhí)行人機(jī)界面的功能，大大提高了整個(gè)隧道監(jiān)控系統(tǒng)的容錯(cuò)能力。
(5)  中央控制室內(nèi)設(shè)置自動(dòng)控制或手動(dòng)控制的模式轉(zhuǎn)換選擇開(kāi)關(guān)。當(dāng)相應(yīng)子系統(tǒng)的控制模式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)處于手動(dòng)模式時(shí)，此子系統(tǒng)可接受計(jì)算機(jī)操作員的手動(dòng)命令，其它子系統(tǒng)仍然可處于自動(dòng)控制模式。
(6)  節(jié)點(diǎn)內(nèi)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(zāi)或特定的緊急情況下，由監(jiān)控計(jì)算機(jī)發(fā)出火災(zāi)確認(rèn)信號(hào)后，節(jié)點(diǎn)均只接受計(jì)算機(jī)操作員的手動(dòng)控制命令。
5  INTERBUS分布式公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)特點(diǎn)
(1)  監(jiān)控軟件選用網(wǎng)絡(luò)化的軟件平臺(tái)，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用雙光纖冗余以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與INTERBUS網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上的PC-Based控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和實(shí)現(xiàn)雙機(jī)熱備功能。
(2)  根據(jù)各隧道現(xiàn)場(chǎng)的不同情況，在有特殊需要節(jié)點(diǎn)的INTERBUS I/O從站可采用INTERBUS冗余模塊完成雙機(jī)熱備功能。
(3)  隧道中央控制室內(nèi)構(gòu)成局域網(wǎng)，可對(duì)隧道內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行多計(jì)算機(jī)采集站（SCADA）和多計(jì)算機(jī)監(jiān)控站（VIEW）的網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)視和控制。也可以通過(guò)LAN或WEB網(wǎng)站，對(duì)隧道內(nèi)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控。
(4)  計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件完成畫(huà)面監(jiān)視、手動(dòng)控制等人機(jī)界面的功能，不參與節(jié)點(diǎn)之間的自動(dòng)邏輯控制，以保證現(xiàn)場(chǎng)INTERBUS網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)立性。監(jiān)控計(jì)算機(jī)軟件可以對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行手動(dòng)控制和參數(shù)設(shè)置。
(5)  計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以完成以下功能