基于PROFIBUSDP的变频器网络控制

磁悬浮列车牵引控制系统的主要特点是：基于直线同步电机运动原理，在考虑效率和功率需求下，采用定子区段方式的长定子一直线磁场电动机的大规模、复杂、高实时性分布分散式的电力拖动控制系统。为避免列车在通常两段定子段转换过程中出现推力损失的干扰问题，设置两根平行于列车轨道的定子绕组结构，应用区段转换方法可以解决LI]。在实际的磁悬浮列车运行控制系统下，搭建基于PROFIBUS—DP现场总线网络的变频器远程控制系统，实现网络中主站与从站的数据交换及整个系统监控，对于研究和模拟基于牵引供电系统电力投切逻辑顺序，以及长定子换流方法的磁悬浮列车的牵引控制有重要意义。

1 模拟控制系统的PR0FIBUS—DP网络结构

1.1 具有变频器的PROFIBUS-DP总线控制特点PROFIBU DP是一种针对较复杂设备的数字与模拟信号量传递的高速字节等级的设备总线通信系统，一般以在RS485网络中的主站与从站之间周期数据交换形式运行。这种所分配的主站轮寻网络中对应的从站是确定性总线的访问技术。其特点是：主站与从站之间的数据交换都是由主站设备发起的，从站无总线访问权，且各从站具有相同的优先级。PROFIBUS—DP在多变频器系统中的应用有很大的优越性：1)各个对象可在不同的应用场合下，采用多种传输介质，以一条传输介质即可实现所有设备对象的互联；2)采用数字信号技术，降低信号干扰，还可实现检错功能，从而极大地提高信号传输的可靠性和精度；3)变频器智能性和可靠性的提高，使其现场处理数据的功能增强，简化了设备之间的数据交换。这类现场总线的分散性和变频器本身智能性的统一，使得整个控制系统的可靠性得到加强；4)变频器控制算法的实现由主站控制器实现，针对不同的应用，仅需重新设计控制软件，提高了系统的灵活性；5)开放型网络使得不同的变频器产品可挂接在同一网络中，共同实现控制。

1.2 模拟系统网络控制结构

磁悬浮列车系统主要由下列子系统构成：1)运行控制子系统，其完成列车安全监控，列车给定信息的生成和实际信息的收集，并生成相应的运行控制命令发布给牵引控制子系统；2)牵引控制子系统，其接收运行控制子系统所发布的信息和命令，来完成基于直线同步电机为基本控制对象的控制任务，并根据当前运行状态控制长定子的换流控制等；3)联系各子系统，功能、设备的通信子系统。磁悬浮列车系统是一类结构分散，功能分层的网络系统。为模拟长定子换流过程，将分成3层功能：上位机监控、现场控制器及现场各执行设备，它们通过两层网络来联系。

1.2.1 工业以太网 SIMATIC 控制系统通过CP343—1及上位PC机通过网络接口卡(NIC)连接到工业以太网中。上位机(安全计算机、监控计算机)应用SIEMENS提供的以太网软件SOFTNET所提供的函数，嵌入Windows应用程序中完成与SIMATIC系统实现数据交换，以完成上位机的监视和安全控制功能。

1.2.2 PROFIBUS—DP现场总线网络

PROFBUS—DP是本系统主干网络，网络拓扑结构为线性总线型。系统采用CPU315—2DP作为PROFIBUS一DP网络中现场主控制器，同时在主槽中通过背板连接数字I／O显示系统本身的网络通信、程序控制运行状态。系统远程I／O从站采用ET200M 分布式I／O系统，通过此I／O系统模拟电力开关站投切逻辑关系和远程监控[2]。系统控制对象采用了CT公司具有PROFIBUS—DP 网络接口的UD73可选模块的变频器。同时，此模块具有RS485／232串行通信接口和针对变频驱动器软件控制的操作系统，相应的驱动器编程语言DPL，可实现变频器局部自我控制。为实现各个软件层(PRCIFIBUS-DP中主站的STEP 7控制程序，CT变频器组局部控制DPL程序)中程序运行的变量值、状态的可视化及便于进行相应程序调试，将主站通过MPI接口与程序监控机，变频器通过UD73提供的串口与变频器监控机。

3 PROFIBUS—DP 网络中通信与监控的实现

根据系统的硬件及通信要求，由STEP 7软件进行硬件和网络组态。根据硬件组态分配的从站PROFIBUS-DP地址和中央插槽I／O地址实现控制与通信。

3.1 模拟系统各I／O定义

根据系统要求的功能和组态过程中定义的I／O地址，对两类I／O功能定义做如下简述：

1)ET200M 构成的分散型I／O 系统完成变频I／O控制。主要的I／O 功能：禁止运行、正常运行准备、启动、恢复上一时刻的速度值、恢复初始速度、加速、减速等输入控制；运行故障、运行准备(悬浮准备好)、正常运行、网络设备状态、电力供应状态等输出控制与监视。其中对于多点同时有信号情况下，在软件中根据模拟系统要求实现各控制输入优先级。

2)中央插槽中的I／O 监视端