西门子模块6ES7215-1HF40-0XB0安装调试
1 引言
近年来，随着自动化控制、计算机、通讯、网络等技术的发展，信息交互沟通领域正迅速覆盖从工厂设备层到控制、管理各个层次，愈来愈多的工厂自动化系统采用设备总线、分布式控制、集中信息管理的系统结构。这种结构极大的降低了工程投资，有效增强了系统的开放性、可维护性，缩短了设计开发周期，获得了广泛应用。
杭州中美华东医药股份有限公司的空压机共有5台，分别为300立方2台、350立方1台、600立方1台及进口阿特拉斯1台。控制系统模式为多厂商plc一对一分布控制，下位plc有ab、omron、siemens，实现硬件联网的硬件成本比较高。要达到控制系统分散控制集中管理的目的，我们将少增加硬件，上位采用三维力控组态软件，把多厂家的plc数据采集到同一计算机器上，实现分散控制集中管理的目的。由上位机提供各plc之间可互操作的平台，实现数据共享。
2 解决方案
2.1 西门子
现场siemens采用型号为s7-300系列，cpu315-2dp。考虑到有dp接口，采用profibus总线方式通讯。profibus-dp协议是s7系列plc基于mpi、profibus、ethernet网络的优化通信协议，主要用于s7-400/400、s7300/400plc之间主-主通信，也非常适用于s7 plc与hmi通信，组态软件可以通过profibus-dp协议和s7-300/400通信。它是一种设备间的主从方式的通讯协议。它在主站和从站之间采用轮循的通讯方式，具有12m的通信速率和多支持126个总线站，网络规格可达90km。系统中上位机作为主站必须安装有支持dp的通讯卡和相应授权，如cp5611/cp5613a2。通过dp通讯电缆连接上位机和硬件设备。由于5台空压机中有3台是用西门子plc控制的，故在step7中须设置从站dp地址不同，在本系统中分别设置为2、3、4，同时在pc站组态相应连接下载即可。系统中需要安装力控pcauto 6.0、step7 5.4(及以上版本)、simatic net中的softnet-dp组件、cp5613a2通讯卡。
2.2 欧姆龙
由于在600立方空压机控制系统中采用omron型号为c200h系列，cpu42-e。它在本地控制柜上挂了一块proface的gp2500s触摸屏，占用了plc的串口，所以增加了通信板c200h-com06，其提供rs-232、422、485接口进行与工控机com口连接。力控与欧姆龙公司plc的串行通讯都是采用hostbbbb协议进行通讯的，hostbbbb协议是欧姆龙的专有协议，是对于fa系统的优化通信方式，它适合一台上位机与一台或多台plc进行链接。上位机可对plc传送程序，并监控plc的数据区，以及控制plc的工作情况。hostbbbb系统允许一台上位机通过上位机链接命令向hostbbbb系统的plc发送命令，plc处理来自上位机的每条指令，并把结果传回上位机。系统通信既可采用rs-232c方式，又可采用rs-422方式。rs-232c方式是基于1:1的通信，距离为15m。rs-422方式是实现1:n的通信，即一台上位机与多台plc进行通信，多可有32台plc连接到上位机，通信距离大可达500m。上位机可对plc的程序进行传送或读取，并可对plc数据区进行读写操作双重检查系统，所有通信都将作奇偶检验和帧检验，从而能估计出通信中的错误。在本系统中由于工控机与omron plc的通讯距离小于15m，故采用rs-232的基于1:1方式。
2.3 罗克韦尔
阿特拉斯空压机现场控制柜采用的是罗克韦尔型号为slc5/o3系统，cpu1747-l532。控制网络采用第三方公司prosoft的1-661/664-7208的modbus模块，力控和以上网络的通讯主要采用标准modbus协议方式连接。阿特拉斯空压机主要参数的modbus地址为厂家提供。在本系统中由于工控机与ab plc的通讯距离较远，采用rs-485的基于modbus的rtu协议方式。ab plc做从站，由于在工控机ipc-610h中没有物理rs-485口，我们采用isa总线结构的moxa多功能串口卡cp134i，它具有4个隔离的rs-485口，用它与ab的plc通讯,并对以后的功能延伸起到备用功能。
2.4 adam模拟量输入模块adam4017
在空压机现场由于计量的需要引入十几个**及压力点，如总管压力、**等，但它们的测点较分散，故采用台湾亚当模块4017来完成采集任务，并通过rs-485接口组网，力控支持与adam模块的串口连接。当用一条485总线连接多个模块时，每块模块的地址必须是唯一的。理论上可连接255个亚当模块。
3 系统实现
系统配置详见附表，网络拓扑如附图所示。
附表 系统配置
附图 网络拓扑图
上位监控软件使用了国内性价比较高的面向工业应用的集成开发软件pcauto6.0，其大特点为：能以灵活多样的组态方式而不是编程方式来进行系统集成，它提供了良好的用户开发界面和简捷的工程实现方法，只要将其预设置的各种软件模块进行简单的组态，便可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能。同时它能和国内外各种工业控制厂家的设备进行网络通讯，可以方便地向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口，从而达到集中管理和监控的目的。
整个空压机监控中心具备以下功能：
(1) 1-5#空压机的流程图画面显示；
(2) 数据采集、实时数据显示，5号空压机的远程压力设定；
(3) 历史趋势图、实时趋势图；
(4) 事故报警及报表打印功能；
(5) 实时数据和历史数据搜索查阅。
1 引言
伴随着列车“高速度、高密度运行”新形势的飞速发展，以及全国铁路6次大提速中出现的“单司机、长交路”等新情况，如何在保证安全的前提下**铁路运营管理水平已成为铁路发展的当务之急。为了保证列车的行车安全、**列车运行效率，研究列车速度控制并得到满意的控制效果是非常必要的。而列车的运行过程是极其复杂的，不确定因素多且离散性大。对列车运行过程进行安全有效的控制仍是铁路自动化领域一直未能很好解决的焦点问题之一。因此关于列车速度控制方法的研究对铁路运输具有十分重要的意义。然而原有的列车速度控制方法难以满足安全行车要求。因此本文采用的预测控制可以根据以后的输入对控制参数和控制策略进行有计划的调整，降低了控制量的时滞，**了列车的控制效果和控制效率。预测控制利用在线估计预测模型，减少了由于模型不准确带来的误差，使得模型具有实时性。由于预测控制采用在线滚动优化指标和反馈校正策略，使系统具有较好的稳定性和鲁棒性。
2 列车速度控制数学计算模型
2.1 列车的运动方程
列车是在具有坡道和弯道的轨道上依靠机车的粘着牵引力行驶的，由于驾驶坡道的长度远远大于列车的车长，可将列车作为一个质点处理，其运动方程可用牛顿第二定律表示如下：
(1)
(2)
式中：c—作用于列车上的单位合力(kn)；
v—列车运行速度(m/s)；
s—列车走行距离(m)；
因为单位合力不是常数，上述方程无法直接求解。试着用逼近法求解：假设列车在一段很小的计算时间间隔△t内单位合力为常数，可得：
c =f(v1,s1,u1)－w(v1,s1) (3)
式中：f(v1,s1,u1)，w(v1,s1)分别为在速度v1、位置s1、手柄级位u1时的总牵引力(包含制动力，制动力为负)和总阻力。
因为
加入式可得：
(4)
(5)
已知v1，根据式(2)近似地求出这一段的c，根据式(4)可求出v2，如此向前推算，可以画出列车运行的速度——距离曲线。其中△t取得越小，计算精度越高。
2.2 列车制动距离计算
(1)空走距离
(6)
式中：v0—制动初速；
tk—空走时间。
(2)有效制动距离
用分析法可得分速度间隔的间隔距离为：
(m) (7)
有效制动距离为：
(8)
用上式计算有效制动距离时，通常每个速度间隔不超过10km/h。
3 列车速度控制预测模型
假设在时刻k有u(k)为控制输入，s(k)为当前位置，v(k)为当前速度。根据式(2)求得列车的合力c，根据式(4)可以确定：
(9)
列车运行单步输出预测模型为：
vm(k+1)=g(v(k), u(k), s(k)) (10)
式中：g(v(k), u(k), s(k))为函数表达式，表明vm(k+1)是v(k), u(k), s(k)的合成函数。由式(9)递推叠代的方法可以得到列车多步的运行速度输出预测公式：
vm(k+p△t) = g(v(k+(p－1)△t),…,v(k+(p－(p－1)△t)),v(k), u(k), s(k) (11)
式中：p—预测步数；
△t—采样时间。
根据预测模型引入实际模型与预测模型当前输出之间的偏差进行修正，修正后的1步预测输出为：
vp(k+1)= vm(k+1)+h(v(k)－vm(k))
= vm(k+1)+ he(k) (12)
其中：e(k)—实际模型和预测模型k时刻的误差；
h—误差修正系数。
我们可确定预测误差的目标函数为：
jp=[vp(k+1)－v (k+1)]2 (13)
取滚动优化中的优化性能指标为：
jp=[vp(k+1)－v (k+1)]2 (14)
根据优化性能指标求取优控制量：
令 
(15)
得vm(k+1)+he(k)－v(k+1)=0 (16)
即vm(k+1)= v(k+1)－he(k) (17)
这里 vm(k+1)=△u(k) (18)
所以，优控制变化量为：
△u(k)=v(k)+he(k) (19)
4 列车速度预测控制算法
列车速度预测控制过程示意图如图1所示。系统的控制过程以一个闭塞区间为单位进行。图中vin为列车的入口速度；vout为列车运行出口速度；s(k)为制动区，它是由预测模型根据线路条件、入口/出口速度，以标称减压量计算出来的；s(k+α△t)为一个控制时间α△t(α为控制时间常数)内的列车运行距离；smax为实施上一个控制时间后，由预测模型计算出来的余下运行时间内的列车制动距离。△s为安全防护距离(货车为100m，客车40m)。这里的标称减压量随着速度的高低有所不同。
图1 速度预测控制过程示意图
5 仿真实验与结果分析
以兰州-定西铁路线路为实验线路，选取骆驼巷-桑园子一个闭塞区间研究列车的速度预测控制并进行系统仿真。线路具体参数如下：线路全长1.9km，高限速为100km/h，允许速度为60km/h，限制慢行速度为30km/h，平均坡度为6‰，曲线半径为r680。机车型号为ss3b型，载重4000t，编组50辆，列车管压500kpa，采用高磷闸瓦。
根据列车运行特点，利用预测控制方法对列车运行速度设计仿真程序，利用matlab软件仿真。仿真结果如图2、图3、图4所示。
图2 列车常规制动速度-距离控制曲线
图3 基于预测控制的列车速度-距离曲线
图4 同车同速、不同控制方法制动曲线图
列车速度控制曲线如图2所示。列车在979.2m开始实施制动，在此之前进行速度为80km/h的匀速运动。然后列车开始进行加速度不等的减速运动。列车在1.9km处速度为0。
列车速度预测控制曲线如图3所示。列车在距列车在1030m开始实施制动，在此之前进行速度为80km/h的匀速运动。因为列车的阻力与列车速度有关，所以在不同速度时刻列车的阻力不同，列车的加速度也不同，列车运行是一变桨加速度运动。列车在1.9km处速度为0。图中横坐标为列车运行预测控制的距离，纵坐标为列车运行速度。
图4为同车同速、不同控制方法制动曲线图。图中横坐标为列车运行控制的距离，纵坐标为列车运行速度。预测控制列车速度在制动过程中小于防护速度，大于列车常规制动速度。说明列车速度预测控制方法优于常规制动。