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劉朝暉

1  INTERBUS控制網絡概述
INTERBUS現場總線技術是德國Phoenix Contact公司80年代中期推出的一種用于自動控制領域的網絡技術。以OSI七層參考模型兼容的INTERBUS協議控制網絡為基礎，結合Phoenix Contact公司全系列的自動化產品，實現了分布式控制。INTERBUS技術體現了控制網絡技術發展的最新趨勢，具有真正的分布性、開放性、互操作性和適應性。它已經被工業界廣泛接受，成為EN50254歐洲標準以及IEC61158國際標準的現場總線系統，及控制網絡的實際主流標準之一。在全球有3000多個總線設備生產廠家，安裝的現場設備超過35萬套系統，400萬個節點。INTERBUS自動化技術被廣泛應用于工業領域，如汽車工業、機械制造、化工石油、交通、儀器加工、煙草及造紙等行業。
2  INTERBUS的技術特點
INTERBUS現場總線包括遠程總線網絡和本地總線網絡，如圖1所示，兩種網絡傳輸相同的信號。遠程總線網絡用于遠距離傳輸數據，本地總線網絡連接到遠程總線網絡上，用于將傳感器、執行器和智能設備連入總線網絡，網絡上的總線終端BT（Bus Terminal）上的BK模塊負責將遠程總線數據轉換為本地總線數據。通過遠程總線分支功能，可以設置更復雜的樹狀拓撲網絡結構，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時性，4096個I/O數據掃描時間小于7.8ms，真正符合“以較低的傳輸速率與較高的協議效率保證極高的傳輸可靠性”這一現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。在同一個系統中，三種傳輸媒介（雙絞線電纜、光纖、紅外）可以根據需要混合使用。

圖1  INTERBUS總線網絡結構圖

由于所采用集總幀通訊的特殊的通訊協議和組網方式，使INTERBUS具有許多獨有的特點和優點，其中強大的診斷功能是區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路檢查更保證了INTERBUS的抗干擾性和設備實時監控。更重要的是所有這些特性均經過了十幾年的工業現場實際應用的檢驗。
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點，由INTERBUS技術為核心的公路隧道機電設備的監控管理系統已經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
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可以安裝在密封、防塵、防水的節點箱內，靠近被控制設備安裝；也可以使用高防護等級的現場安裝產品，完全置于被控設備旁。根據控制要求，選用各種類型的節點，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形式的集散控制系統相比較，現場設備布置簡潔、維修方便，材料、施工的綜合造價可節約70%，并且大大節省了安裝、調試時間。
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網絡，則可對隧道群進行集中管理。
3.1  監控系統硬件設備
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相關產品。
④  總線專用雙絞線電纜、光纖、紅外線產品。
⑤  PC-Based 控制器RFC、IPC。
⑥  現場安裝控制箱。
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。一部分軟件實現INTERBUS網絡節點的控制邏輯組態、控制計算、連接現場輸入輸出點、現場網絡管理等功能，另一部分軟件實現監控計算機的監控畫面的制作、顯示、報警、打印、計算機網絡管理等人機界面的功能。
(1)  系統組態控制軟件編程平臺現選用：
①  PC WORX；
②  特殊要求的組態控制軟件可采用Visual Basic、Visual C或Delphi編寫。
(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。
(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、照明、消防、交通控制方案、運營管理策略可以由專業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技術特點
(1)  隧道系統現場通訊采用INTERBUS現場總線和光纖環網技術，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設備的現場控制級共3層。監控計算機系統構成網絡。
(2)  各節點通過INTERBUS網絡，就近接收現場輸入信號，按照預先編寫的控制邏輯進行自動控制，控制現場設備的運行，實現預先設定的控制策略。
(3)  按照實際需求，現場節點能夠實現閉環自動控制功能。在監控計算機退出監控程序或計算機關機時，不會影響INTERBUS網絡上節點監控的設備之間的基本自動控制功能。
(4)  監控計算機原則上不參與邏輯組態，只執行人機界面的功能，大大提高了整個隧道監控系統的容錯能力。
(5)  中央控制室內設置自動控制或手動控制的模式轉換選擇開關。當相應子系統的控制模式轉換開關處于手動模式時，此子系統可接受計算機操作員的手動命令，其它子系統仍然可處于自動控制模式。
(6)  節點內的邏輯組態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，由監控計算機發出火災確認信號后，節點均只接受計算機操作員的手動控制命令。
5  INTERBUS分布式公路隧道監控系統監控技術特點
(1)  監控軟件選用網絡化的軟件平臺，計算機監控系統的網絡結構采用雙光纖冗余以太網結構，通過網絡交換機與INTERBUS網絡節點上的PC-Based控制器進行數據交換和實現雙機熱備功能。
(2)  根據各隧道現場的不同情況，在有特殊需要節點的INTERBUS I/O從站可采用INTERBUS冗余模塊完成雙機熱備功能。
(3)  隧道中央控制室內構成局域網，可對隧道內的設備進行多計算機采集站（SCADA）和多計算機監控站（VIEW）的網絡化監視和控制。也可以通過LAN或WEB網站，對隧道內的實時數據進行監控。
(4)  計算機監控軟件完成畫面監視、手動控制等人機界面的功能，不參與節點之間的自動邏輯控制，以保證現場INTERBUS網絡的獨立性。監控計算機軟件可以對節點進行手動控制和參數設置。
(5)  計算機監控系統可以完成以下功能