基于PROFIBUSDP的變頻器網絡控制

磁懸浮列車牽引控制系統的主要特點是：基于直線同步電機運動原理，在考慮效率和功率需求下，采用定子區段方式的長定子一直線磁場電動機的大規模、復雜、高實時性分布分散式的電力拖動控制系統。為避免列車在通常兩段定子段轉換過程中出現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下，搭建基于PROFIBUS—DP現場總線網絡的變頻器遠程控制系統，實現網絡中主站與從站的數據交換及整個系統監控，對于研究和模擬基于牽引供電系統電力投切邏輯順序，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 模擬控制系統的PR0FIBUS—DP網絡結構

1.1 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字與模擬信號量傳遞的高速字節等級的設備總線通信系統，一般以在RS485網絡中的主站與從站之間周期數據交換形式運行。這種所分配的主站輪尋網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據交換都是由主站設備發起的，從站無總線訪問權，且各從站具有相同的優先級。PROFIBUS—DP在多變頻器系統中的應用有很大的優越性：1)各個對象可在不同的應用場合下，采用多種傳輸介質，以一條傳輸介質即可實現所有設備對象的互聯；2)采用數字信號技術，降低信號干擾，還可實現檢錯功能，從而極大地提高信號傳輸的可靠性和精度；3)變頻器智能性和可靠性的提高，使其現場處理數據的功能增強，簡化了設備之間的數據交換。這類現場總線的分散性和變頻器本身智能性的統一，使得整個控制系統的可靠性得到加強；4)變頻器控制算法的實現由主站控制器實現，針對不同的應用，僅需重新設計控制軟件，提高了系統的靈活性；5)開放型網絡使得不同的變頻器產品可掛接在同一網絡中，共同實現控制。

1.2 模擬系統網絡控制結構

磁懸浮列車系統主要由下列子系統構成：1)運行控制子系統，其完成列車安全監控，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布給牽引控制子系統；2)牽引控制子系統，其接收運行控制子系統所發布的信息和命令，來完成基于直線同步電機為基本控制對象的控制任務，并根據當前運行狀態控制長定子的換流控制等；3)聯系各子系統，功能、設備的通信子系統。磁懸浮列車系統是一類結構分散，功能分層的網絡系統。為模擬長定子換流過程，將分成3層功能：上位機監控、現場控制器及現場各執行設備，它們通過兩層網絡來聯系。

1.2.1 工業以太網 SIMATIC 控制系統通過CP343—1及上位PC機通過網絡接口卡(NIC)連接到工業以太網中。上位機(安全計算機、監控計算機)應用SIEMENS提供的以太網軟件SOFTNET所提供的函數，嵌入Windows應用程序中完成與SIMATIC系統實現數據交換，以完成上位機的監視和安全控制功能。

1.2.2 PROFIBUS—DP現場總線網絡

PROFBUS—DP是本系統主干網絡，網絡拓撲結構為線性總線型。系統采用CPU315—2DP作為PROFIBUS一DP網絡中現場主控制器，同時在主槽中通過背板連接數字I／O顯示系統本身的網絡通信、程序控制運行狀態。系統遠程I／O從站采用ET200M 分布式I／O系統，通過此I／O系統模擬電力開關站投切邏輯關系和遠程監控[2]。系統控制對象采用了CT公司具有PROFIBUS—DP 網絡接口的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動器軟件控制的操作系統，相應的驅動器編程語言DPL，可實現變頻器局部自我控制。為實現各個軟件層(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、狀態的可視化及便于進行相應程序調試，將主站通過MPI接口與程序監控機，變頻器通過UD73提供的串口與變頻器監控機。

3 PROFIBUS—DP 網絡中通信與監控的實現

根據系統的硬件及通信要求，由STEP 7軟件進行硬件和網絡組態。根據硬件組態分配的從站PROFIBUS-DP地址和中央插槽I／O地址實現控制與通信。

3.1 模擬系統各I／O定義

根據系統要求的功能和組態過程中定義的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、網絡設備狀態、電力供應狀態等輸出控制與監視。其中對于多點同時有信號情況下，在軟件中根據模擬系統要求實現各控制輸入優先級。

2)中央插槽中的I／O 監視端口定義：控制器自身狀態(可實現控制功能否)；以太網運行正常；PROFIBUS—DP運行正常等輸出監視。

3.2 主站與變頻器數據交換

變頻器可選模塊UD73提供用于實現網絡控制的數據通道，表1對于它們的數據通道及映射參數含義進行了描述。通過設定UD73模塊中的參數#20。05(設置變頻器的PROFIBUS-DP地址參數)為組態中所分配的地址，實現與主站連接。

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個字節的連續數據 ，為保證通信數據的連續性(這種連續性實現數據作為一個整體連續發送而不被中斷，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據交換過程中以連續的8個字節進行其間的數據交換。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功能的實例。