基于INTERBUS总线的智能楼宇控制系统
2009/12/29 15:48:00
（1．中国科技大学，合肥，230026；2.中科大兰德自动化有限公司，合肥，230026）
摘 要：本文提出了基于INTERBUS总线结构的楼宇控制系统。对于楼宇系统关键组成部分——变风量空调系统（VAV），采用了串级控制等过程控制方法，实现了对大空间范围内温度的快速调节。
关键词：InterBus总线，串级控制，楼宇控制系统，变风量空调系统
Intelligent Building Control System Based on InterBus Fieldbus
Abstract : This article discussed a type of building control system based on InterBus Fieldbus. In this control system, variable air volume system(VAV) is an important part. We applied processing control theory like serial control in VAV control. And the VAV system realized quick regulation of temperature in big room.
Keywords : InterBus FieldBus , Serial Control , Building Control System , VAV
楼宇控制系统是将建筑物（或建筑群）内的电力、照明、空调、运输、防灾、保安、广播等机电设备以集中监视、控制和管理为目的而构成的一个综合系统。它的目的是使建筑物成为安全、健康、舒适、温馨的生活环境和工作环境，并保证系统运行的经济性和智能化。
在现代化的大型建筑中，一般都采用中央空高调系统。空调系统的作用就是对室内空气进行处理，使空气的温度、流动速度及新鲜度、洁净度等指标符合场所的使用要求。为此必须对空气进行冷却或加热、除湿或加湿，以及过滤等处理措施。其相应设备有制冷机组、热水炉、风机盘管系统、风管系统、水管系统等。例如，空调系统中，冷水机组是由设备生产厂成套供应的，它一般是根据空气调节原理及规律等由微处理器自动控制的。冷水机组由压缩机、冷凝器与蒸发器组成，压缩机把制冷剂压缩，压缩后的制冷剂进入冷凝器，被冷却水冷却后，变成液体，析出的热量由冷却水带走，并在冷却塔里排入大气。液体制冷剂由冷凝器进入蒸发器进行蒸发吸收，使冷冻水降温，然后冷冻水进入水冷风机盘管吸收空气中的热量，如此循环不已，把房间的热量带出。[1]
1、INTERBUS总线[2][3]
INTERBUS是德国跨国集团PHOENIX公司提供的工业现场总线，是最早的总线之一。现已广泛地应用于电子工业、汽车工业、烟草工业、冶金工业、仓储及传送技术、造纸工业、包装工业、智能建筑业、食品工业等等。
INTERBUS与Modbus、Profibus等合称为八大现场总线，它既有总线的共同特点，如系统的开放、可靠；现场设备模块化、智能化；系统结构高度分散、对现场环境适应强。同时，INTERBUS总线传输距离远（最远达12.8km），远距离传输无需中继，扩充非常方便。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，扩充时只要将模块接到总线上，硬件上无需更改设置，只需在控制软件上更改一下系统组态（自动识别）和添加新的功能，总线运行时，上位机可通过INTERBUS OPC Server读写过程数据和变量（写只能对输出变量而言），从而实现对系统的监控，并对收集的信息进行处理，满足生产管理信息化的需要。
2、系统概述
本文以PHOENIX厂房楼宇自动化系统为应用背景，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。各个控制部分距离上跨度比较大，而且I/O节点多达2000多个。
针对实际系统特点，我们采用INTERBUS总线设计如下的系统结构
BK模块：总线耦合器
RFC：PLC控制器，PHOENIX 生产
RFC控制器9针D型口连接INTERBUS总线系统，通过RFC控制器上的以太网口连接工业以太网， RFC控制器之间可通过以太网进行通讯。INTERBUS总线相邻两个子站之间的距离为400米。根据现场安装需要，在I/O点变化情况下，通过增加INTERBUS总线耦合器BK，可灵活挂出子站。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。INTERBUS总线为全双工数据传输方式,有极高的数据传输实时性。
图1 系统结构图
现场模块采用Phoenix Contact的INLINE产品。BK模块是每个子站的总线耦合器，每个BK模块可带63个输入/输出模块，BK模块之间用总线电缆进行连接。Inline提供了所有的进行控制所需要的信息采集、传输数据的模块，本系统用到的有数字输入、数字输出、模拟输入、模拟输出模块。
3、基于串级控制的变风量空调系统
整个楼宇自动化系统，空调机组系统为控制部分的重点，以下是PHOENIX厂房楼宇自动化系统的1#空调机组运行画面。
我们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。
图2 空调系统运行画面
对于象PHOENIX厂房这种空间比较大，而且温度控制精度要求较高的空调系统，我们结合过程控制理论，提出基于串级控制的VAV末端控制方案。控制过程如下：
图3 空调末端控制过程
以房间各点的平均温度作为主控制参数，送风温度作为副控制参数构成串级回路。主副调节器都是PID调节器。
图4 控制系统方框图
y1：主控制参数(室内平均温度) y2：副控制参数(送风温度)
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、结语
这套系统自2006年元月份运行以来，稳定性非常好，未出现网络故障。并顺利通过德方验收。获得一致好评。
本系统的程序开发是在PHOENIX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。上位机组态软件我们选用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，我们就利用VBA开发了短信报警模块和整个系统运行的时间计划。
参考 文 献
[1] 宋 静等. 变风量空调系统末端调节控制法. 智能建筑. 2006.8:20-23
[2] 王 原. Interbus-S总线及应用. 仪器仪表用户杂志. 1998.5:19-22
[3] 黄劭刚,江 昊,晏小平. Interbus 现场总线技术在汽车生产物流中的应用. 东南大学学报. 2003.9:Vol.33
摘 要：本文提出了基于INTERBUS总线结构的楼宇控制系统。对于楼宇系统关键组成部分——变风量空调系统（VAV），采用了串级控制等过程控制方法，实现了对大空间范围内温度的快速调节。
关键词：InterBus总线，串级控制，楼宇控制系统，变风量空调系统
Intelligent Building Control System Based on InterBus Fieldbus
Abstract : This article discussed a type of building control system based on InterBus Fieldbus. In this control system, variable air volume system(VAV) is an important part. We applied processing control theory like serial control in VAV control. And the VAV system realized quick regulation of temperature in big room.
Keywords : InterBus FieldBus , Serial Control , Building Control System , VAV
楼宇控制系统是将建筑物（或建筑群）内的电力、照明、空调、运输、防灾、保安、广播等机电设备以集中监视、控制和管理为目的而构成的一个综合系统。它的目的是使建筑物成为安全、健康、舒适、温馨的生活环境和工作环境，并保证系统运行的经济性和智能化。
在现代化的大型建筑中，一般都采用中央空高调系统。空调系统的作用就是对室内空气进行处理，使空气的温度、流动速度及新鲜度、洁净度等指标符合场所的使用要求。为此必须对空气进行冷却或加热、除湿或加湿，以及过滤等处理措施。其相应设备有制冷机组、热水炉、风机盘管系统、风管系统、水管系统等。例如，空调系统中，冷水机组是由设备生产厂成套供应的，它一般是根据空气调节原理及规律等由微处理器自动控制的。冷水机组由压缩机、冷凝器与蒸发器组成，压缩机把制冷剂压缩，压缩后的制冷剂进入冷凝器，被冷却水冷却后，变成液体，析出的热量由冷却水带走，并在冷却塔里排入大气。液体制冷剂由冷凝器进入蒸发器进行蒸发吸收，使冷冻水降温，然后冷冻水进入水冷风机盘管吸收空气中的热量，如此循环不已，把房间的热量带出。[1]
1、INTERBUS总线[2][3]
INTERBUS是德国跨国集团PHOENIX公司提供的工业现场总线，是最早的总线之一。现已广泛地应用于电子工业、汽车工业、烟草工业、冶金工业、仓储及传送技术、造纸工业、包装工业、智能建筑业、食品工业等等。
INTERBUS与Modbus、Profibus等合称为八大现场总线，它既有总线的共同特点，如系统的开放、可靠；现场设备模块化、智能化；系统结构高度分散、对现场环境适应强。同时，INTERBUS总线传输距离远（最远达12.8km），远距离传输无需中继，扩充非常方便。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，扩充时只要将模块接到总线上，硬件上无需更改设置，只需在控制软件上更改一下系统组态（自动识别）和添加新的功能，总线运行时，上位机可通过INTERBUS OPC Server读写过程数据和变量（写只能对输出变量而言），从而实现对系统的监控，并对收集的信息进行处理，满足生产管理信息化的需要。
2、系统概述
本文以PHOENIX厂房楼宇自动化系统为应用背景，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。各个控制部分距离上跨度比较大，而且I/O节点多达2000多个。
针对实际系统特点，我们采用INTERBUS总线设计如下的系统结构
BK模块：总线耦合器
RFC：PLC控制器，PHOENIX 生产
RFC控制器9针D型口连接INTERBUS总线系统，通过RFC控制器上的以太网口连接工业以太网， RFC控制器之间可通过以太网进行通讯。INTERBUS总线相邻两个子站之间的距离为400米。根据现场安装需要，在I/O点变化情况下，通过增加INTERBUS总线耦合器BK，可灵活挂出子站。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。INTERBUS总线为全双工数据传输方式,有极高的数据传输实时性。
图1 系统结构图
现场模块采用Phoenix Contact的INLINE产品。BK模块是每个子站的总线耦合器，每个BK模块可带63个输入/输出模块，BK模块之间用总线电缆进行连接。Inline提供了所有的进行控制所需要的信息采集、传输数据的模块，本系统用到的有数字输入、数字输出、模拟输入、模拟输出模块。
3、基于串级控制的变风量空调系统
整个楼宇自动化系统，空调机组系统为控制部分的重点，以下是PHOENIX厂房楼宇自动化系统的1#空调机组运行画面。
我们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。
图2 空调系统运行画面
对于象PHOENIX厂房这种空间比较大，而且温度控制精度要求较高的空调系统，我们结合过程控制理论，提出基于串级控制的VAV末端控制方案。控制过程如下：
图3 空调末端控制过程
以房间各点的平均温度作为主控制参数，送风温度作为副控制参数构成串级回路。主副调节器都是PID调节器。
图4 控制系统方框图
y1：主控制参数(室内平均温度) y2：副控制参数(送风温度)
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、结语
这套系统自2006年元月份运行以来，稳定性非常好，未出现网络故障。并顺利通过德方验收。获得一致好评。
本系统的程序开发是在PHOENIX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。上位机组态软件我们选用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，我们就利用VBA开发了短信报警模块和整个系统运行的时间计划。
参考 文 献
[1] 宋 静等. 变风量空调系统末端调节控制法. 智能建筑. 2006.8:20-23
[2] 王 原. Interbus-S总线及应用. 仪器仪表用户杂志. 1998.5:19-22
[3] 黄劭刚,江 昊,晏小平. Interbus 现场总线技术在汽车生产物流中的应用. 东南大学学报. 2003.9:Vol.33
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