磁懸浮列車牽引控制系統(tǒng)的主要特點是：基于直線同步電機運動原理，在考慮效率和功率需求下，采用定子區(qū)段方式的長定子一直線磁場電動機的大規(guī)模、復雜、高實時性分布分散式的電力拖動控制系統(tǒng)．為避免列車在通常兩段定子段轉換過程中出現(xiàn)推力損失的干擾問題，設置兩根平行于列車軌道的定子繞組結構，應用區(qū)段轉換方法可以解決LI]．在實際的磁懸浮列車運行控制系統(tǒng)下，搭建基于PROFIBUS—DP現(xiàn)場總線網(wǎng)絡的變頻器遠程控制系統(tǒng)，實現(xiàn)網(wǎng)絡中主站與從站的數(shù)據(jù)交換及整個系統(tǒng)監(jiān)控，對于研究和模擬基于牽引供電系統(tǒng)電力投切邏輯順序，以及長定子換流方法的磁懸浮列車的牽引控制有重要意義． 1 模擬控制系統(tǒng)的PR0FIBUS—DP網(wǎng)絡結構 　　 具有變頻器的PROFIBUS-DP總線控制特點PROFIBU DP是一種針對較復雜設備的數(shù)字與模擬信號量傳遞的高速字節(jié)等級的設備總線通信系統(tǒng)，一般以在RS485網(wǎng)絡中的主站與從站之間周期數(shù)據(jù)交換形式運行．這種所分配的主站輪尋網(wǎng)絡中對應的從站是確定性總線的訪問技術。其特點是：主站與從站之間的數(shù)據(jù)交換都是由主站設備發(fā)起的，從站無總線訪問權，且各從站具有相同的優(yōu)先級． PROFIBUS—DP在多變頻器系統(tǒng)中的應用有很大的優(yōu)越性：1）各個對象可在不同的應用場合下，采用多種傳輸介質(zhì)，以一條傳輸介質(zhì)即可實現(xiàn)所有設備對象的互聯(lián)；2）采用數(shù)字信號技術，降低信號干擾，還可實現(xiàn)檢錯功能，從而極大地提高信號傳輸?shù)目煽啃院途龋?）變頻器智能性和可靠性的提高，使其現(xiàn)場處理數(shù)據(jù)的功能增強，簡化了設備之間的數(shù)據(jù)交換．這類現(xiàn)場總線的分散性和變頻器本身智能性的統(tǒng)一，使得整個控制系統(tǒng)的可靠性得到加強；4）變頻器控制算法的實現(xiàn)由主站控制器實現(xiàn)，針對不同的應用，僅需重新設計控制軟件，提高了系統(tǒng)的靈活性；5）開放型網(wǎng)絡使得不同的變頻器產(chǎn)品可掛接在同一網(wǎng)絡中，共同實現(xiàn)控制。 　　模擬系統(tǒng)網(wǎng)絡控制結構 　　磁懸浮列車系統(tǒng)主要由下列子系統(tǒng)構成：1）運行控制子系統(tǒng)，其完成列車安全監(jiān)控，列車給定信息的生成和實際信息的收集，并生成相應的運行控制命令發(fā)布給牽引控制子系統(tǒng)；2）牽引控制子系統(tǒng)，其接收運行控制子系統(tǒng)所發(fā)布的信息和命令，來完成基于直線同步電機為基本控制對象的控制任務，并根據(jù)當前運行狀態(tài)控制長定子的換流控制等；3）聯(lián)系各子系統(tǒng)，功能、設備的通信子系統(tǒng)．磁懸浮列車系統(tǒng)是一類結構分散，功能分層的網(wǎng)絡系統(tǒng)．為模擬長定子換流過程，將分成3層功能：上位機監(jiān)控、現(xiàn)場控制器及現(xiàn)場各執(zhí)行設備，它們通過兩層網(wǎng)絡來聯(lián)系． 　　工業(yè)以太網(wǎng) SIMATIC 控制系統(tǒng)通過CP343—1及上位PC機通過網(wǎng)絡接口卡（NIC）連接到工業(yè)以太網(wǎng)中．上位機（安全計算機、監(jiān)控計算機）應用SIEMENS提供的以太網(wǎng)軟件SOFTNET所提供的函數(shù)，嵌入Windows應用程序中完成與SIMATIC系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，以完成上位機的監(jiān)視和安全控制功能． 　　PROFIBUS—DP現(xiàn)場總線網(wǎng)絡 　　PROFBUS—DP是本系統(tǒng)主干網(wǎng)絡，網(wǎng)絡拓撲結構為線性總線型．系統(tǒng)采用CPU315—2DP作為PROFIBUS一DP網(wǎng)絡中現(xiàn)場主控制器，同時在主槽中通過背板連接數(shù)字I／O顯示系統(tǒng)本身的網(wǎng)絡通信、程序控制運行狀態(tài)．系統(tǒng)遠程I／O從站采用ET200M 分布式I／O系統(tǒng)，通過此I／O系統(tǒng)模擬電力開關站投切邏輯關系和遠程監(jiān)控[2]．系統(tǒng)控制對象采用了CT公司具有PROFIBUS—DP 網(wǎng)絡接口的UD73可選模塊的變頻器．同時，此模塊具有RS485／232串行通信接口和針對變頻驅(qū)動器軟件控制的操作系統(tǒng)，相應的驅(qū)動器編程語言DPL，可實現(xiàn)變頻器局部自我控制．為實現(xiàn)各個軟件層（PRCIFIBUS-DP中主站的STEP 7控制程序，CT變頻器組局部控制DPL程序）中程序運行的變量值、狀態(tài)的可視化及便于進行相應程序調(diào)試，將主站通過MPI接口與程序監(jiān)控機，變頻器通過UD73提供的串口與變頻器監(jiān)控機． 　　PROFIBUS—DP 網(wǎng)絡中通信與監(jiān)控的實現(xiàn) 　　根據(jù)系統(tǒng)的硬件及通信要求，由STEP 7軟件進行硬件和網(wǎng)絡組態(tài)．根據(jù)硬件組態(tài)分配的從站PROFIBUs_DP地址和中央插槽I／O地址實現(xiàn)控制與通信． 　　模擬系統(tǒng)各I／o定義 　　根據(jù)系統(tǒng)要求的功能和組態(tài)過程中定義的I／O地址，對兩類I／O功能定義做如下簡述： 　　1）ET200M 構成的分散型I／O 系統(tǒng)完成變頻I／O控制．主要的I／O 功能：禁止運行、正常運行準備、啟動、恢復上一時刻的速度值、恢復初始速度、加速、減速等輸入控制；運行故障、運行準備（懸浮準備好）、正常運行、網(wǎng)絡設備狀態(tài)、電力供應狀態(tài)等輸出控制與監(jiān)視．其中對于多點同時有信號情況下，在軟件中根據(jù)模擬系統(tǒng)要求實現(xiàn)各控制輸入優(yōu)先級． 　　2）中央插槽中的I／O 監(jiān)視端口定義：控制器自身狀態(tài)（可實現(xiàn)控制功能否）；以太網(wǎng)運行正常；PROFIBUS—DP運行正常等輸出監(jiān)視． 　　 主站與變頻器數(shù)據(jù)交換 　　變頻器可選模塊UD73提供用于實現(xiàn)網(wǎng)絡控制的數(shù)據(jù)通道，表1對于它們的數(shù)據(jù)通道及映射參數(shù)含義進行了描述．通過設定UD73模塊中的參數(shù)#20．05（設置變頻器的PROFIBUS-DP地址參數(shù)）為組態(tài)中所分配的地址，實現(xiàn)與主站連接． 　　由于應用MOVE指令來訪問I／O或過程鏡像輸入輸出表時僅能一次讀出不多于4個字節(jié)的連續(xù)數(shù)據(jù) ，為保證通信數(shù)據(jù)的連續(xù)性（這種連續(xù)性實現(xiàn)數(shù)據(jù)作為一個整體連續(xù)發(fā)送而不被中斷，以防止由于中斷而帶來控制上的可能嚴重后果），通常主站與從站進行數(shù)據(jù)交換過程中以連續(xù)的8個字節(jié)進行其間的數(shù)據(jù)交換．這樣就需要應用SFC14（DPRD—DAT）和SFC15（DPWR—DAT）來完成，下面為實際應用程序中應用這兩個系統(tǒng)功能的實例． //... CALL "DPRD— DAT" ／／主站讀取變頻器8個字節(jié)（4個字） LADDR ：=W #1#11O ／／從變頻器讀取數(shù)據(jù)的輸入?yún)^(qū)域所組態(tài)的起始地址； RET_VAL：=MW20 ／／如果在函數(shù)運行過程中發(fā)生錯誤，返回故障代碼； RECORD ：=P#M 30．0 BYTE 8 ／／所讀取的用戶數(shù)據(jù)的目的區(qū)域．要與在STEP 7中所選擇的模塊組態(tài)的數(shù)據(jù)長度相同．僅容許BYTE數(shù)據(jù)類型 //... CALL "DPWR_DAT" ／／主站發(fā)送8個字節(jié)給變頻器（4個字） LADDR ：=W #16#1OO ／／要被寫入數(shù)據(jù)的模塊的輸出地址中所組態(tài)的起始地址； RECORD ：=P#M 6O．O BYTE 8 ／／與”DPRD_DAT”對應的參數(shù)含義相同，不過RET_VAL：=MW22 ／／在這里RECORD聲明為“INPUT”； //... 　　在表中看到，循環(huán)數(shù)據(jù)通道中IN Word3未用，如果在變頻器參數(shù)#2O．04映射為=1，這樣讀入的數(shù)據(jù)是沒意義的，應予以屏蔽． 　　主站與遠程I／O數(shù)據(jù)交換 　　PROFIBUS-DP網(wǎng)絡是將一般的“分散型外圍設備”看成主站所處的中央插槽中的I／O模塊．但實際位于中央插槽的I／O模塊與遠程I／O在STEP 7軟件系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)類型是不同的，不過對于其訪問方法是一致的，即都可以應用STEP 7中的MOVE指令完成數(shù)據(jù)交換的．實際應用程序中讀取遠程I／O實例： //... L "ET200M_IN" ／／遠程I／O輸入符號變量對應PIW0，在變量表中定義 T MW 140 ／／通過MOVE將遠程I／O輸入裝在至內(nèi)部中間繼電器Mw14O； //... 　　系統(tǒng)監(jiān)控功能的實現(xiàn) 　　STEP 7提供了大量的系統(tǒng)監(jiān)控功能組織塊．針對本系統(tǒng)應用情況，采用了諸如OB86（分布式I／O系統(tǒng)中子網(wǎng)，機架或站出現(xiàn)故障），OB87（通信故障），OB122（I／O訪問錯誤），OBI21（程序錯誤）等組織塊[6]．由于這些組織塊中的局部變量提供了所有其所處理故障的錯誤類型、代碼，中斷優(yōu)先級及中斷調(diào)用時間等信息．那么在應用中，采用了為每類故障定義的數(shù)據(jù)結構塊（DB）來記錄這些故障信息，比如故障類型，代碼和故障時間等，在主應用程序中以一定的時間周期掃描這些DB，以完成整個系統(tǒng)運行的監(jiān)控．同時，正是調(diào)用了這些組織塊使得系統(tǒng)在某些故障下仍可保證系統(tǒng)控制程序的運行，從而保證了整個系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定． 　　基于PROFIBUS—DP的變頻器控制在模擬控制系統(tǒng)的應用 　　算法描述 　　長定子換流技術描述了相關定子繞組基于當前列車運行狀態(tài)在時間上邏輯順序操作的方法，其過程可作為多電機在時間上的協(xié)調(diào)控制問題．對于長定子繞組換流技術的研究，可通過多電機協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)來模擬．不同的運行情況，要求不同的牽引力，從而導致不同的換流方法．其對應的相關聯(lián)的定子繞組數(shù)量、控制設備數(shù)量及控制復雜度等都將不同．現(xiàn)有的換流方法主要有：兩步法（列車站內(nèi)牽引）；三步法（列車高速運行牽引）等．以兩步法為對象，將模擬磁懸浮列車一側相鄰兩個長定子繞組的控制方法． 　　兩步法過程如下：當列車處于當前定子段某位置時，開始降低此定子段電流（必須保證列車進入下一定子段時電流為零）．當電流為零時，切斷開關，斷開此定子段與電源電氣連接，并將下一定子段與電源連接，完成切換．整個過程中保證推力損失為最?。? 　　控制初步實現(xiàn) 　　通過對基于PROFIBUS—DP的多電機控制系統(tǒng)的分析，采用了所形成的網(wǎng)絡層次結構來模擬磁懸浮列車的換流過程，其控制結構如圖2．將兩臺電機作為兩步法中的相鄰定子段，它們的速度和作為轉換過程中推力變化的一種數(shù)量描述． 　　以時間中斷組織塊OB35（時間基準為100 ms）作為控制軟件周期查詢和更新狀態(tài)的時間基準．設計計數(shù)器Counter1作為主站從遠程I／O取得控制狀態(tài)信息和向變頻器輸出控制的時間周期，計數(shù)器Counter2作為非更新期間的網(wǎng)絡中各設備狀態(tài)監(jiān)視的時間周期．設計基于PROFIBUS—DP的網(wǎng)絡控制流程圖如圖3． 　　結 語 　　文中描述了基于PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線的遠程變頻控制系統(tǒng)，敘述了系統(tǒng)的硬件、軟件，實現(xiàn)了主站與各類從站的通信任務和系統(tǒng)監(jiān)控任務，完成了磁懸浮列車運動控制模擬系統(tǒng)的基本功能：列車運行過程的各類狀態(tài)及長定子換流方法的模擬．討論了基于PROFIBUS—DP現(xiàn)場總線的多變頻器調(diào)速系統(tǒng)的可靠性，智能性及靈活性等特點，為復雜的多電機協(xié)調(diào)控制問題的解決提供了參考．