菲尼克斯电气基于INTERBUS总线的智能楼宇控制系统

单位】　　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)