磁懸浮列車牽引控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：基于直線同步電機(jī)運(yùn)動(dòng)原理，在考慮效率和功率需求下，采用定子區(qū)段方式的長(zhǎng)定子一直線磁場(chǎng)電動(dòng)機(jī)的大規(guī)模、復(fù)雜、高實(shí)時(shí)性分布分散式的電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)．為避免列車在通常兩段定子段轉(zhuǎn)換過程中出現(xiàn)推力損失的干擾問題，設(shè)置兩根平行于列車軌道的定子繞組結(jié)構(gòu)，應(yīng)用區(qū)段轉(zhuǎn)換方法可以解決LI]．在實(shí)際的磁懸浮列車運(yùn)行控制系統(tǒng)下，搭建基于PROFIBUS—DP現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的變頻器遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中主站與從站的數(shù)據(jù)交換及整個(gè)系統(tǒng)監(jiān)控，對(duì)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(zhǎng)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(luò)結(jié)構(gòu) 　　 具有變頻器的PROFIBUS-DP總線控制特點(diǎn)PROFIBU DP是一種針對(duì)較復(fù)雜設(shè)備的數(shù)字與模擬信號(hào)量傳遞的高速字節(jié)等級(jí)的設(shè)備總線通信系統(tǒng)，一般以在RS485網(wǎng)絡(luò)中的主站與從站之間周期數(shù)據(jù)交換形式運(yùn)行．這種所分配的主站輪尋網(wǎng)絡(luò)中對(duì)應(yīng)的從站是確定性總線的訪問技術(shù)。其特點(diǎn)是：主站與從站之間的數(shù)據(jù)交換都是由主站設(shè)備發(fā)起的，從站無總線訪問權(quán)，且各從站具有相同的優(yōu)先級(jí)． PROFIBUS—DP在多變頻器系統(tǒng)中的應(yīng)用有很大的優(yōu)越性：1）各個(gè)對(duì)象可在不同的應(yīng)用場(chǎng)合下，采用多種傳輸介質(zhì)，以一條傳輸介質(zhì)即可實(shí)現(xiàn)所有設(shè)備對(duì)象的互聯(lián)；2）采用數(shù)字信號(hào)技術(shù)，降低信號(hào)干擾，還可實(shí)現(xiàn)檢錯(cuò)功能，從而極大地提高信號(hào)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(chǎng)處理數(shù)據(jù)的功能增強(qiáng)，簡(jiǎn)化了設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換．這類現(xiàn)場(chǎng)總線的分散性和變頻器本身智能性的統(tǒng)一，使得整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠性得到加強(qiáng)；4）變頻器控制算法的實(shí)現(xiàn)由主站控制器實(shí)現(xiàn)，針對(duì)不同的應(yīng)用，僅需重新設(shè)計(jì)控制軟件，提高了系統(tǒng)的靈活性；5）開放型網(wǎng)絡(luò)使得不同的變頻器產(chǎn)品可掛接在同一網(wǎng)絡(luò)中，共同實(shí)現(xiàn)控制。 　　模擬系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)構(gòu) 　　磁懸浮列車系統(tǒng)主要由下列子系統(tǒng)構(gòu)成：1）運(yùn)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(shí)際信息的收集，并生成相應(yīng)的運(yùn)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(yùn)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(jī)為基本控制對(duì)象的控制任務(wù)，并根據(jù)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)控制長(zhǎng)定子的換流控制等；3）聯(lián)系各子系統(tǒng)，功能、設(shè)備的通信子系統(tǒng)．磁懸浮列車系統(tǒng)是一類結(jié)構(gòu)分散，功能分層的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)．為模擬長(zhǎng)定子換流過程，將分成3層功能：上位機(jī)監(jiān)控、現(xiàn)場(chǎng)控制器及現(xiàn)場(chǎng)各執(zhí)行設(shè)備，它們通過兩層網(wǎng)絡(luò)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(jī)通過網(wǎng)絡(luò)接口卡（NIC）連接到工業(yè)以太網(wǎng)中．上位機(jī)（安全計(jì)算機(jī)、監(jiān)控計(jì)算機(jī)）應(yīng)用SIEMENS提供的以太網(wǎng)軟件SOFTNET所提供的函數(shù)，嵌入Windows應(yīng)用程序中完成與SIMATIC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，以完成上位機(jī)的監(jiān)視和安全控制功能． 　　PROFIBUS—DP現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò) 　　PROFBUS—DP是本系統(tǒng)主干網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為線性總線型．系統(tǒng)采用CPU315—2DP作為PROFIBUS一DP網(wǎng)絡(luò)中現(xiàn)場(chǎng)主控制器，同時(shí)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(luò)通信、程序控制運(yùn)行狀態(tài)．系統(tǒng)遠(yuǎn)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(guān)站投切邏輯關(guān)系和遠(yuǎn)程監(jiān)控[2]．系統(tǒng)控制對(duì)象采用了CT公司具有PROFIBUS—DP 網(wǎng)絡(luò)接口的UD73可選模塊的變頻器．同時(shí)，此模塊具有RS485／232串行通信接口和針對(duì)變頻驅(qū)動(dòng)器軟件控制的操作系統(tǒng)，相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器編程語(yǔ)言DPL，可實(shí)現(xiàn)變頻器局部自我控制．為實(shí)現(xiàn)各個(gè)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(yùn)行的變量值、狀態(tài)的可視化及便于進(jìn)行相應(yīng)程序調(diào)試，將主站通過MPI接口與程序監(jiān)控機(jī)，變頻器通過UD73提供的串口與變頻器監(jiān)控機(jī)． 　　PROFIBUS—DP 網(wǎng)絡(luò)中通信與監(jiān)控的實(shí)現(xiàn) 　　根據(jù)系統(tǒng)的硬件及通信要求，由STEP 7軟件進(jìn)行硬件和網(wǎng)絡(luò)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(shí)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(duì)兩類I／O功能定義做如下簡(jiǎn)述： 　　1）ET200M 構(gòu)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(yùn)行、正常運(yùn)行準(zhǔn)備、啟動(dòng)、恢復(fù)上一時(shí)刻的速度值、恢復(fù)初始速度、加速、減速等輸入控制；運(yùn)行故障、運(yùn)行準(zhǔn)備（懸浮準(zhǔn)備好）、正常運(yùn)行、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備狀態(tài)、電力供應(yīng)狀態(tài)等輸出控制與監(jiān)視．其中對(duì)于多點(diǎn)同時(shí)有信號(hào)情況下，在軟件中根據(jù)模擬系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)各控制輸入優(yōu)先級(jí)． 　　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(shí)現(xiàn)控制功能否）；以太網(wǎng)運(yùn)行正常；PROFIBUS—DP運(yùn)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(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制的數(shù)據(jù)通道，表1對(duì)于它們的數(shù)據(jù)通道及映射參數(shù)含義進(jìn)行了描述．通過設(shè)定UD73模塊中的參數(shù)#20．05（設(shè)置變頻器的PROFIBUS-DP地址參數(shù)）為組態(tài)中所分配的地址，實(shí)現(xiàn)與主站連接． 　　由于應(yīng)用MOVE指令來訪問I／O或過程鏡像輸入輸出表時(shí)僅能一次讀出不多于4個(gè)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)作為一個(gè)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(yán)重后果），通常主站與從站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換過程中以連續(xù)的8個(gè)字節(jié)進(jìn)行其間的數(shù)據(jù)交換．這樣就需要應(yīng)用SFC14（DPRD—DAT）和SFC15（DPWR—DAT）來完成，下面為實(shí)際應(yīng)用程序中應(yīng)用這兩個(gè)系統(tǒng)功能的實(shí)例． //... CALL "DPRD— DAT" ／／主站讀取變頻器8個(gè)字節(jié)（4個(gè)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(yùn)行過程中發(fā)生錯(cuò)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(zhǎng)度相同．僅容許BYTE數(shù)據(jù)類型 //... CALL "DPWR_DAT" ／／主站發(fā)送8個(gè)字節(jié)給變頻器（4個(gè)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(duì)應(yīng)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(yīng)予以屏蔽． 　　主站與遠(yuǎn)程I／O數(shù)據(jù)交換 　　PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)是將一般的“分散型外圍設(shè)備”看成主站所處的中央插槽中的I／O模塊．但實(shí)際位于中央插槽的I／O模塊與遠(yuǎn)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(duì)于其訪問方法是一致的，即都可以應(yīng)用STEP 7中的MOVE指令完成數(shù)據(jù)交換的．實(shí)際應(yīng)用程序中讀取遠(yuǎn)程I／O實(shí)例： //... L "ET200M_IN" ／／遠(yuǎn)程I／O輸入符號(hào)變量對(duì)應(yīng)PIW0，在變量表中定義 T MW 140 ／／通過MOVE將遠(yuǎn)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(shí)現(xiàn) 　　STEP 7提供了大量的系統(tǒng)監(jiān)控功能組織塊．針對(duì)本系統(tǒng)應(yīng)用情況，采用了諸如OB86（分布式I／O系統(tǒng)中子網(wǎng)，機(jī)架或站出現(xiàn)故障），OB87（通信故障），OB122（I／O訪問錯(cuò)誤），OBI21（程序錯(cuò)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(cuò)誤類型、代碼，中斷優(yōu)先級(jí)及中斷調(diào)用時(shí)間等信息．那么在應(yīng)用中，采用了為每類故障定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)塊（DB）來記錄這些故障信息，比如故障類型，代碼和故障時(shí)間等，在主應(yīng)用程序中以一定的時(shí)間周期掃描這些DB，以完成整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的監(jiān)控．同時(shí)，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(yùn)行，從而保證了整個(gè)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(yīng)用 　　算法描述 　　長(zhǎng)定子換流技術(shù)描述了相關(guān)定子繞組基于當(dāng)前列車運(yùn)行狀態(tài)在時(shí)間上邏輯順序操作的方法，其過程可作為多電機(jī)在時(shí)間上的協(xié)調(diào)控制問題．對(duì)于長(zhǎng)定子繞組換流技術(shù)的研究，可通過多電機(jī)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)來模擬．不同的運(yùn)行情況，要求不同的牽引力，從而導(dǎo)致不同的換流方法．其對(duì)應(yīng)的相關(guān)聯(lián)的定子繞組數(shù)量、控制設(shè)備數(shù)量及控制復(fù)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(yùn)行牽引）等．以兩步法為對(duì)象，將模擬磁懸浮列車一側(cè)相鄰兩個(gè)長(zhǎng)定子繞組的控制方法． 　　兩步法過程如下：當(dāng)列車處于當(dāng)前定子段某位置時(shí)，開始降低此定子段電流（必須保證列車進(jìn)入下一定子段時(shí)電流為零）．當(dāng)電流為零時(shí)，切斷開關(guān)，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(gè)過程中保證推力損失為最?。? 　　控制初步實(shí)現(xiàn) 　　通過對(duì)基于PROFIBUS—DP的多電機(jī)控制系統(tǒng)的分析，采用了所形成的網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)來模擬磁懸浮列車的換流過程，其控制結(jié)構(gòu)如圖2．將兩臺(tái)電機(jī)作為兩步法中的相鄰定子段，它們的速度和作為轉(zhuǎn)換過程中推力變化的一種數(shù)量描述． 　　以時(shí)間中斷組織塊OB35（時(shí)間基準(zhǔn)為100 ms）作為控制軟件周期查詢和更新狀態(tài)的時(shí)間基準(zhǔn)．設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)器Counter1作為主站從遠(yuǎn)程I／O取得控制狀態(tài)信息和向變頻器輸出控制的時(shí)間周期，計(jì)數(shù)器Counter2作為非更新期間的網(wǎng)絡(luò)中各設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視的時(shí)間周期．設(shè)計(jì)基于PROFIBUS—DP的網(wǎng)絡(luò)控制流程圖如圖3． 　　結(jié) 語(yǔ) 　　文中描述了基于PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線的遠(yuǎn)程變頻控制系統(tǒng)，敘述了系統(tǒng)的硬件、軟件，實(shí)現(xiàn)了主站與各類從站的通信任務(wù)和系統(tǒng)監(jiān)控任務(wù)，完成了磁懸浮列車運(yùn)動(dòng)控制模擬系統(tǒng)的基本功能：列車運(yùn)行過程的各類狀態(tài)及長(zhǎng)定子換流方法的模擬．討論了基于PROFIBUS—DP現(xiàn)場(chǎng)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(diǎn)，為復(fù)雜的多電機(jī)協(xié)調(diào)控制問題的解決提供了參考．