王衛(wèi)東

（山東能源集團棗礦集團田陳煤礦，山東 滕州 277523）

1 項目概況

根據(jù)國家發(fā)改委等八部門關(guān)于《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》的通知，為實現(xiàn)礦井減人、提效以及智能化的建設(shè)需求，斜巷提升機需要實現(xiàn)遠程自動化控制、集中控制以及上傳采集的設(shè)備狀態(tài)信息。

在礦山及其他生產(chǎn)企業(yè)中，控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)等有人操作系統(tǒng)通常都是采用就地控制?？刂葡到y(tǒng)普遍采用電口485通信，缺點是傳輸距離短，抗干擾能力差。當(dāng)通信接口提供給顯示屏?xí)r，遠方控制無備用通信接口。為實現(xiàn)集中遠程控制，需要擴展通信接口或更換新的整套電控系統(tǒng)。更換新的電控系統(tǒng)價格高、安裝運輸工作量大且施工調(diào)試占用時間長，礦山生產(chǎn)條件不允許。將舊電控系統(tǒng)中PLC485通信口改造為以太網(wǎng)口，電口轉(zhuǎn)網(wǎng)口，使用千兆以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)，實現(xiàn)上位機自動化遠程集中控制，極大縮短施工周期，降低施工成本，減小施工工作量。此方案通用性強，杜絕了原電控生產(chǎn)廠家的技術(shù)壟斷[1]。

以田陳煤礦集中軌道提升機自動化遠程控制升級改造為例。近兩年新安裝的電控系統(tǒng)采用西門子S7-200 SMART、S7-1200以及S7-1500 PLC控制，安裝時間長的電控系統(tǒng)多采用S7-200 PLC控制。由于西門子官方未調(diào)試過S7-200與S7-200 SMART，S7-400與S7-1500間的以太網(wǎng)通信，因此在改造時必須先做到S7-200與S7-200 SMART、S7-400與S7-1500之間以太網(wǎng)穩(wěn)定通信，才能實現(xiàn)新舊兩套電控系統(tǒng)的兼容與互通[2]。所以西門子PLC之間的以太網(wǎng)通信就成了該項目的關(guān)鍵技術(shù)。

2 研究設(shè)計思路

西門子S7-200系列在集散系統(tǒng)自動化中能夠充分發(fā)揮出強大功能。其使用范圍從覆蓋簡單的替代繼電器控制到復(fù)雜的自動化控制。但因其CPU僅具有1個RS485通信/編程口，用作顯示屏接口時，遠程通信能力不足。因此，若要實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通，就需要對舊電控系統(tǒng)使用的S7-200 PLC擴展一個CP243-1（6GK7 243-1EX01-0XE0）通信模塊，進而實現(xiàn)S7-200 PLC的網(wǎng)口通信。因無成功案例借鑒，因此為減少現(xiàn)場改造施工時間，可通過先在地面連接好硬件，采用PC機調(diào)試S7-200和S7-200 SMART PLC的以太網(wǎng)通信，成功后再應(yīng)用到現(xiàn)場[3]。

該設(shè)計中需要使用硬件包括S7-200 CPU、CP243-1（6GK7 243-1EX01-0XE0）、S7-200 SMART CPU（固件V2.1/V2.2/V2.3）、PC（帶以太網(wǎng)卡）以及TP以太網(wǎng)電纜。使用的軟件包括STEP 7 Micro/WIN V4.0 SP9和 STEP 7 Micro/WIN SMART V2.3。所完成的通信任務(wù)包括將S7-200（192.168.0.102）VB4000的數(shù)據(jù)發(fā)送到S7-200 SMART（192.168.0.15）VB4000，利用S7-200 （192.168.0.102）VB4001獲取S7-200 SMART（192.168.0.15）VB4001的數(shù)據(jù)。

3 改造方法

3.1 S7-200 PLC的以太網(wǎng)通信配置

使用裝有STEP 7 Micro/WIN V4.0 SP9軟件的PC機，通過編程電纜與S7-200連接。連接后，在軟件工具欄中選擇“以太網(wǎng)向?qū)А钡呐渲媒缑妫瑥摹耙蕴W(wǎng)向?qū)А迸渲脵谶M入配置界面。配置界面中會有相應(yīng)提示，為CP 243-1以太網(wǎng)模塊定義參數(shù)。定義通信模塊地址時，根據(jù)配置向?qū)崾具x擇“讀取模塊”，讀取CP 243-1的模塊信息，然后再選擇該模塊信息，添加該模塊地址。添加通信模塊地址信息后，根據(jù)配置向?qū)У奶崾拘畔?，選擇與通信模塊型號相匹配的版本。本例中的通信模塊（CP 243-1）為6GK7243-1EX01-0XE0工業(yè)以太網(wǎng)模塊，單擊“下一步”出現(xiàn)“模塊地址”彈窗，在該界面中的IP地址欄內(nèi)設(shè)定IP為192.168.0.102，保存并退出界面。需要注意的是，每個CP 243-1通信模塊都需要配置一個通信地址。在配置CP 243-1模塊時，需配置“模塊命令字節(jié)”，占用一個QB輸出字節(jié)。字節(jié)的地址不能任意填寫，需通過計算獲取。根據(jù)計算CP 243-1前面的I/O所占用的Q地址字節(jié)來決定后，依次排列到CP 243-1的模塊位置即可。如本例CP 243-1通信模塊安裝在主PLC（S7-200）之后，前面輸出占據(jù)了QB0和QB1兩個字節(jié)，故CP 243-1通信模塊的地址為QB2。此外，讀寫通信模塊與主PLC間的數(shù)據(jù)時，需要配置CP 243-1通信模塊的連接數(shù)目。最多可以同時支持8個異步數(shù)據(jù)連接，選擇為此模塊配置的連接數(shù)目為1，單擊下一步進入“配置連接”。

3.2 S7-200 SMART的以太網(wǎng)通信配置

完成上述操作后，系統(tǒng)會提示“已配置1個連接，請指定每個連接應(yīng)當(dāng)用作客戶機還是服務(wù)器，并配置它的屬性”。選擇“此為客戶機連接”后，本地PLC和遠程服務(wù)器間可發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸請求。與S7-200 SMART通信遠程屬性TSAP可設(shè)置為02.00。輸入S7-200 SMART側(cè)的IP地址為192.168.0.15。根據(jù)配置向?qū)?，選擇“數(shù)據(jù)傳輸”進行標(biāo)記，選擇“新傳輸”按鈕進行配置，依次選擇讀取數(shù)據(jù)和寫入數(shù)據(jù)，填寫通信數(shù)據(jù)的字節(jié)個數(shù)，填寫發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)和接收數(shù)據(jù)區(qū)的起始地址。

3.3 S7-200與S7-200 SMART之間的以太網(wǎng)通信配置

首先將S7-200的VB4000傳送到S7-200 SMART CPU的VB4000，然后S7-200 VB4001自動獲取S7-200 SMART的VB4001的數(shù)據(jù)。具體設(shè)置如圖1所示。

圖1 定義數(shù)據(jù)傳輸

點擊“確認”進入以太網(wǎng)向?qū)RC保護，選擇“是，為數(shù)據(jù)塊中的此配置生成CRC保護”，確保模塊的配置信息不會被覆蓋，主程序運行時無法修改。在調(diào)試時，CP243-1與遠程通信對象連接或與STEP7-Micro/Win軟件通信時，應(yīng)保持活動時間間隔，使用缺省的時間間隔為30 s，進行“下一步”配置。

進入以太網(wǎng)向?qū)渲梅峙浯鎯^(qū)，配置一個起始地址。配置的存儲區(qū)起始地址不要和程序中的其他地址沖突，此處選擇VB6000至VB6001進行“下一步”配置。完成上述通信配置后，在程序中調(diào)用配置向?qū)傻腅THx_CTRL和ETHx_XFR程序塊，將整個通信設(shè)置輸入到S7-200 CPU。不能同時激活S7-200同一個連接的多個數(shù)據(jù)傳輸，只能分時調(diào)用[4]?？衫们耙粋€數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瓿膳c下一個數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始相互閉鎖。S7-200分時調(diào)用、前一個數(shù)據(jù)傳輸完成以及下一個數(shù)據(jù)傳輸開始程序段分別如圖2、圖3以及圖4所示。

S7-200 SMART作為服務(wù)器，不需要額外的通信編程，只需注意將S7-200 SMART CPU的IP設(shè)置為192.168.0.15，子網(wǎng)掩碼設(shè)置為255.255.255.0即可。S7-200與S7-200 SMART通信正常，監(jiān)控結(jié)果如圖5所示。依據(jù)測算和現(xiàn)場確認，遠程操作和現(xiàn)場就地操作的延遲不超過0.5 s。

圖2 S7-200分時調(diào)用程序段

圖3 S7-200前一個數(shù)據(jù)傳輸完成程序段

圖4 S7-200一個數(shù)據(jù)傳輸開始程序段

圖5 監(jiān)視結(jié)果

4 結(jié) 論

地面調(diào)試時，在連接好硬件后，采用PC機調(diào)試S7-200和S7-200 SMART PLC的以太網(wǎng)通信，通過多次數(shù)據(jù)修改調(diào)試完成后成功應(yīng)用到田陳煤礦-532集中軌道提升機。通過在舊電控系統(tǒng)中加裝1個6GK7 243-1EX01-0XE0型模塊，將S7-200 PLC的485通信改造為以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通信，使用礦內(nèi)已安裝的千兆以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)，與新安裝遠程自動控制操作臺實現(xiàn)了新舊電控系統(tǒng)可靠、實時以及穩(wěn)定的連接，實現(xiàn)雙?？刂啤蓚€操作臺通過轉(zhuǎn)換開關(guān)實現(xiàn)就地、遠程以及自動化控制切換。當(dāng)近控或遠控操作臺中一臺有故障時切換到另一臺，提升了系統(tǒng)運行的可靠性和安全性。遠程自動化開車時，根據(jù)信號啟停，每班可減少主提升司機2人。實現(xiàn)地面集中控制時，只需要通過以太網(wǎng)將所有提升機的運行狀態(tài)信號傳輸至地面集控中心上位機，在自動化模式下運行，地面集中控制全過程視頻監(jiān)控。安裝改造一臺提升機實際用時6 h，調(diào)試試運行1天，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。532集中軌道提升機的通信改造經(jīng)驗已逐步推廣應(yīng)用到我礦其他水平斜巷運輸提升機及棗礦集團其他礦井，并取得了良好的效益。