MPI總線在礦井提升機中的應(yīng)用

王 樂，曹喜生，王長錢

（1.天水電氣傳動研究所有限責任公司，甘肅天水741020；2.蘭州瑞豐實業(yè)有限公司天水分公司，甘肅天水741000）

1 引言

隨著工業(yè)自動化水平的提高，各類控制系統(tǒng)中數(shù)字化設(shè)備也越來越多，通過現(xiàn)場總線技術(shù)來實現(xiàn)數(shù)字化設(shè)備間的通訊和聯(lián)絡(luò)，是自動化水平高低的核心體現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)通訊方式的多樣化和通訊速率的高速化，使信息交換領(lǐng)域從設(shè)備控制層延伸到企業(yè)管理層。信息技術(shù)的飛速發(fā)展，促進了自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革，以網(wǎng)絡(luò)為主干的分布式控制系統(tǒng)已成為當今自動化系統(tǒng)的主流趨勢。MPI（Multipoint Interface）通訊是工業(yè)控制系統(tǒng)中經(jīng)常用到的一種通訊方式，以其簡單經(jīng)濟的特點被廣泛應(yīng)用。下面主要講述MPI協(xié)議以及其在礦井提升機中的應(yīng)用。

2 MPI接口

MPI是多點接口（MultiPoint Interface）的簡稱，是用于PLC之間通訊的保密協(xié)議。特別是當通信速率要求不高、通信數(shù)據(jù)量不大時，MPI通信可將PLC S7-200／300／400、操作面板 TP／OP 及上位機MPI／Profibus通信卡等組成小型通訊網(wǎng)絡(luò)，不需要額外的硬件和軟件就可網(wǎng)絡(luò)化進行數(shù)據(jù)通訊。相比較于Profibus-DP，MPI具有以下特點①站點連接數(shù)量：MPI最大32個，DP126個；②傳輸速度：MPI最高速度為187.5K，DP的通訊速度可以達到12M；③成本：MPI的成本要低于DP；④易用性：MPI的使用要比DP方便。

3 礦井提升機電控系統(tǒng)中MPI的應(yīng)用

3.1 直流提升機電控系統(tǒng)簡介

本文以一套單繩纏繞式斜井礦井提升機為例，介紹了MPI通訊及其在礦井提升機電控系統(tǒng)中的應(yīng)用。其系統(tǒng)圖如圖1所示。

系統(tǒng)由低壓系統(tǒng)、高壓系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、程控系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、監(jiān)視系統(tǒng)和主電機等組成。低壓系統(tǒng)為整個系統(tǒng)提供多種低壓交、直流電源。高壓系統(tǒng)將10kV高壓作為提升機系統(tǒng)主回路的進線電源。傳動系統(tǒng)使用兩套直流調(diào)速器共同驅(qū)動絞車電機。監(jiān)視系統(tǒng)采用工控機作為系統(tǒng)監(jiān)視，將提升參數(shù)直觀地顯示出來；主控系統(tǒng)和輔控系統(tǒng)采用S7-300系列的PLC，利用MPI互聯(lián)，通過Profibus-DP與傳動系統(tǒng)信息交換。對傳動裝置的操作由司機在操作臺通過手柄或觸摸屏進行控制，操作信息由PLC經(jīng)過邏輯判斷再控制相應(yīng)的傳動裝置做出響應(yīng)。

圖1 礦井提升機系統(tǒng)框圖

3.2 MPI網(wǎng)絡(luò)組成

本系統(tǒng)利用兩套S7-300系列PLC構(gòu)成MPI和Profibus-DP并存的通訊網(wǎng)絡(luò)，以2臺整流柜、1臺加裝CP5613卡的一體化工控機為從站的系統(tǒng)，系統(tǒng)通訊圖如圖2所示。系統(tǒng)中每個MPI段（兩個終端電阻之間）最多可掛32個節(jié)點，屏蔽電纜不大于50m，如果覆蓋距離大于50m，可使用RS485中繼器進行擴展，最大可擴展到1000m。MPI網(wǎng)絡(luò)符合RS485標準，具有多點通信的性質(zhì)，其波特率缺省設(shè)為 187.5kbps（S7-200 設(shè)為 19.2kbps）。一個MPI網(wǎng)內(nèi)的各個節(jié)點均有不同的MPI地址和一個相同的最高MPI地址（默認31），最高地址可設(shè)為126，但為提高網(wǎng)絡(luò)通訊速度，最高MPI地址應(yīng)設(shè)置小一點。

圖2 通訊網(wǎng)絡(luò)圖

MPI通訊在本系統(tǒng)中的設(shè)置分為PLC側(cè)和PC側(cè)的參數(shù)設(shè)置兩部分。①PLC側(cè)參數(shù)設(shè)置：在step 7軟件中對兩個PLC硬件組態(tài)進行設(shè)置，設(shè)置參數(shù)如表1所示，通常情況下，不改變MPI默認的通信速率，整個MPI網(wǎng)絡(luò)的速率保持一致，而且MPI地址也不能沖突；②PC側(cè)參數(shù)設(shè)置：在控制面板中“Set PG／PC Interface”設(shè)置選用的編程卡，如PC Adapter作為編程卡。

表1 MPI通訊PLC側(cè)參數(shù)設(shè)置

PLC之間的MPI通訊有三種通訊方式：①全局數(shù)據(jù)包通訊方式；②無組態(tài)連接通訊方式；③組態(tài)連接通訊方式。在本系統(tǒng)中采用第一種通訊方式—全局數(shù)據(jù)包通訊方式。對于PLC之間的數(shù)據(jù)交換，全局數(shù)據(jù)包通訊方式只關(guān)心數(shù)據(jù)的發(fā)送區(qū)和接收區(qū)，它的通訊方式是在配置PLC硬件的過程中，組態(tài)所要通訊的PLC站之間的發(fā)送區(qū)和接收區(qū)，不需要程序處理。它僅適合S7-300／S7-400的PLC之間相互通訊。

在已建立好MPI網(wǎng)絡(luò)的項目中組態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送區(qū)和接收區(qū)，選中 MPI網(wǎng)絡(luò)，選擇“Options”-“Define Global Data”進入組態(tài)畫面，如圖 3（a）所示，然后雙擊“GD ID”右邊的PLC欄選擇所需要通訊的PLC，最多可以有15個PLC參與通訊，在每個PLC欄下填上數(shù)據(jù)的發(fā)送區(qū)和接收區(qū)。然后選擇對應(yīng)行，點擊“編輯”-“發(fā)送器”或“接收器”，設(shè)置為發(fā)送區(qū)或接收區(qū)。編譯存盤后，將組態(tài)下載到相應(yīng)的PLC中，即可進行數(shù)據(jù)通訊。本系統(tǒng)設(shè)置全局數(shù)據(jù)后如圖 3（b）所示。

MPI總線不僅應(yīng)用于PLC數(shù)據(jù)之間的傳輸，而且還應(yīng)用于上位機通訊，通過一個PC適配器連接PLC與HMI產(chǎn)品（Protool和Wincc）。本系統(tǒng)中上位機監(jiān)控使用Protool，上位機利用CP5613卡通過PC適配器可以方便地與總線相連接，接收當前各站的信息進行綜合，對當前各種設(shè)備的運行狀態(tài)、運行參數(shù)、提升參數(shù)和提升參數(shù)曲線實時顯示并存儲，并為當前的提升作業(yè)和出現(xiàn)故障時的分析提供依據(jù)。

3.3 MPI總線在提升機中的進一步應(yīng)用

隨著礦井提升機電控系統(tǒng)自動化水平的增強和對產(chǎn)量要求的提高，對于提升機系統(tǒng)可用性的要求也隨之增加?；谶@種需求，出現(xiàn)了MPI總線與雙PLC構(gòu)成直接的PLC軟冗余機制（暖待機）。

圖3 全局數(shù)據(jù)組態(tài)畫面

軟冗余系統(tǒng)是將兩個裝載有“軟冗余”包和冗余用戶程序的S7-300和S7-400站，通過MPI總線連接起來，并且這兩個DP站系統(tǒng)與帶有冗余DP從站接口模塊的ET200M相連。主機站和待機站上都裝載容錯組件，當主機PLC正在處理程序組件時，待機PLC則跳過這些程序，當主站PLC沒有故障時，主PLC運行冗余信息并將冗余信息送至待機PLC，待機PLC跳過這些信息，沒有任何輸出，在這期間待機PLC時刻準備接替主PLC工作；在主站PLC，DP總線或DP從站檢測出有故障時，從站PLC將主站PLC送來冗余信息進行處理，待機PLC將接管主PLC進行程序處理，并接替主站對系統(tǒng)進行控制，完成軟冗余切換。也就是待機站上的程序時刻準備接管主站的程序處理。這種PLC的待機模式稱為暖待機，與S7-400系統(tǒng)上使用的兩套PLC相互緊密配合（熱待機）有所不同。

4 結(jié)束語

采用MPI網(wǎng)絡(luò)通訊，無需另外配置專用的通信模塊，大大降低了網(wǎng)絡(luò)設(shè)計成本。MPI網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)置采用全局數(shù)據(jù)包通信方式，用戶不需要了解其內(nèi)在復(fù)雜的通信協(xié)議，對于各個PLC之間只進行少量數(shù)據(jù)交換的系統(tǒng)，通過MPI網(wǎng)絡(luò)進行全局數(shù)據(jù)通信，使用簡單，成本低，對于礦井提升機電控系統(tǒng)設(shè)計來說是一種經(jīng)濟而有效的方案。

［1］崔 堅，李 佳.西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信指南［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2005.

［2］天津電氣傳動設(shè)計研究所.電氣傳動自動化技術(shù)手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2005.