PPI網(wǎng)絡(luò)在東海煤礦風(fēng)選廠皮帶應(yīng)用的方案分析

戴遠(yuǎn)志

摘要：龍煤集團(tuán)雞西礦業(yè)集團(tuán)東海煤礦風(fēng)選廠運(yùn)輸系統(tǒng)較為復(fù)雜，采用皮帶機(jī)搭接，附加破碎、篩分、手選、分倉等方式來完成原煤和矸石的分揀，以達(dá)到提高煤質(zhì)的要求，這樣的運(yùn)輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，皮帶數(shù)量多，轉(zhuǎn)載點(diǎn)多，每個設(shè)備的運(yùn)行完全靠人一個一個去操作，效率由于市場上大很低，而且增大了工人的勞動強(qiáng)度。因此設(shè)計一套遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)勢在必行。

遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)現(xiàn)在市場上主要使用多臺PLC通過以太網(wǎng)通訊連接上位機(jī)，來完成設(shè)備的操作和監(jiān)視。但考慮以上方式價格非常昂貴，加之東海煤礦風(fēng)選廠皮帶機(jī)大多距離較短，無必要使用以上方式，因此我采用多臺西門子S7-200cn PLC通過搭建PPI網(wǎng)絡(luò)的形勢實現(xiàn)每臺PLC數(shù)據(jù)能夠完成與上位機(jī)（電腦）通訊。來達(dá)到一人操作多臺設(shè)備。各項數(shù)據(jù)指標(biāo)形成歷史報表。

關(guān)鍵詞：PPI網(wǎng)絡(luò)；PLC；傳感器

一、概述

PPI協(xié)議是S7-200 CPU最基本的通信方式，通過原來自身的端口（PORT0或PORT1）就可以實現(xiàn)通信，是S7-200默認(rèn)的通信方式。

PPI是一種主-從協(xié)議通信，主-從站在一個令牌環(huán)網(wǎng)中，主站發(fā)送要求到從站器件，從站器件響應(yīng)；從站器件不發(fā)信息，只是等待主站的要求并對要求作出響應(yīng)。如果在用戶程序中使能PPI主站模式，就可以在主站程序中使用網(wǎng)絡(luò)讀寫指令來讀寫從站信息。而從站程序沒有必要使用網(wǎng)絡(luò)讀寫指令。

二、系統(tǒng)硬件設(shè)計

1）所需硬件

①S7-200CPU多臺、模擬量輸入輸出模塊

②裝有編程軟件（STEP7 V4.0）和組態(tài)王的電腦一臺

③S7-200編程電纜一條和PPI通訊電纜多條，帶編程口的連接器和標(biāo)準(zhǔn)的連接器多臺

④煙霧傳感器、跑偏傳感器、堆煤傳感器、溫度傳感器

2）網(wǎng)路配置

三、搭建PPI網(wǎng)絡(luò)

用編程電纜對網(wǎng)絡(luò)上每一臺PLC，設(shè)置其系統(tǒng)塊中的通信端口參數(shù)，對用作PPI通信的端口（PORT0或PORT1），指定其地址（站號）和波特率。設(shè)置后把系統(tǒng)塊下載到該P(yáng)LC。具體操作如下：

1、運(yùn)行個人電腦上的STEP7 V4.0程序，打開設(shè)置端口界面，如圖2-1所示。利用PPI/RS485編程電纜設(shè)置第一個CPU系統(tǒng)塊里端口0為1號站，波特率為187.5千波特，如圖2-2所示。同樣方法設(shè)置另一個CPU為2號站，波特率為187.5千波特；下一個CPU端口0為3號站，波特率為187.5千波特；下一個CPU端口0為4號站，波特率為187.5千波特；最后一個CPU端口0為5號站，波特率為187.5千波特，分別把系統(tǒng)塊下載到相應(yīng)的CPU中。

2、利用網(wǎng)絡(luò)接頭和網(wǎng)絡(luò)線把各臺PLC中用作PPI通信的端口0連接。

該編程口通過RS--232/PPI多主站電纜或USB/PPI多主站電纜與個人計算機(jī)連接。

然后利用STEP7 V4.0軟件和PPI/RS485編程電纜搜索出PPI網(wǎng)絡(luò)的5個站。如圖2-3所示。

3、PPI網(wǎng)絡(luò)中主站PLC程序中，必須在上電第1個掃描周期，用特殊存儲器SMB30指定其主站屬性，從而使能其主站模式。西門子S7-200 PLC中的SMB30和SMB130為自由端口控制寄存器。其中SMB30控制自由端口0的通信方式，SMB130控制自由端口1的通信方式。我們可以對SMB30、SMB130進(jìn)行讀、寫操作，這些字節(jié)設(shè)置自由端口通訊的操作方式，并提供自由端口或者系統(tǒng)所支持的協(xié)議之間的選擇。

本柔性系統(tǒng)中，按鈕及指示燈模塊的按鈕、開關(guān)信號連接到主站的PLC（S7-226 CN）輸入口，以提供系統(tǒng)的主令信號。因此在網(wǎng)絡(luò)中1#皮帶機(jī)是指定為主站的，其余各站均指定為從站。

4、編寫主站網(wǎng)絡(luò)讀寫程序段

如前所述，在PPI網(wǎng)絡(luò)中，只有主站程序中使用網(wǎng)絡(luò)讀寫指令來讀寫從站信息。而從站程序沒有必要使用網(wǎng)絡(luò)讀寫指令。

在編寫主站的網(wǎng)絡(luò)讀寫程序前，應(yīng)預(yù)先規(guī)劃好下面數(shù)據(jù)：

① 主站向各從站發(fā)送數(shù)據(jù)的長度（字節(jié)數(shù)）

② 發(fā)送的數(shù)據(jù)位于主站何處。

③ 數(shù)據(jù)發(fā)送到從站的何處。

④ 主站從各從站接收數(shù)據(jù)的長度（字節(jié)數(shù)）

⑤ 主站從從站的何處讀取數(shù)據(jù)。

⑥ 接收到的數(shù)據(jù)放在主站何處。

以上數(shù)據(jù)，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)工作要求，信息交換量等統(tǒng)一籌劃?？紤]本柔性系統(tǒng)中，各工作站PLC所需交換的信息量不大，主站向各從站發(fā)送的數(shù)據(jù)只是主令信號，從從站讀取的也只是各從站狀態(tài)信息，發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)均1個字（2個字節(jié)）已經(jīng)足夠。作為例子，所規(guī)劃的數(shù)據(jù)如表2-2所示。

網(wǎng)絡(luò)讀寫指令可以向遠(yuǎn)程站發(fā)送或接收16個字節(jié)的信息，在CPU內(nèi)同一時間最多可以有8條指令被激活。本柔性系統(tǒng)有4個從站，因此考慮同時激活4條網(wǎng)絡(luò)讀指令和4條網(wǎng)絡(luò)寫指令。

根據(jù)上述數(shù)據(jù)，即可編制主站的網(wǎng)絡(luò)讀寫程序。但更簡便的方法是借助網(wǎng)絡(luò)讀寫向?qū)С绦颉＿@一向?qū)С绦蚩梢钥焖俸唵蔚嘏渲脧?fù)雜的網(wǎng)絡(luò)讀寫指令操作，為所需的功能提供一系列選項。一旦完成，向?qū)樗x配置生成程序代碼。并初始化指定的PLC為PPI主站模式，同時使能網(wǎng)絡(luò)讀寫操作。

要啟動網(wǎng)絡(luò)讀寫向?qū)С绦?，在STEP7 V4.0軟件命令菜單中選擇 工具→指令導(dǎo)向，并且在指令向?qū)Т翱谥羞x擇NETR/NETW（網(wǎng)絡(luò)讀寫），單擊“下一步”后，就會出現(xiàn)NETR/NETW 指令向?qū)Ы缑?，如圖2-5所示。

本界面和緊接著的下一個界面，將要求用戶提供希望配置的網(wǎng)絡(luò)讀寫操作總數(shù)、指定進(jìn)行讀寫操作的通信端口、指定配置完成后生成的子程序名字，完成這些設(shè)置后，將進(jìn)入對具體每一條網(wǎng)絡(luò)讀或?qū)懼噶畹膮?shù)進(jìn)行配置的界面。

在本例子中，8項網(wǎng)絡(luò)讀寫操作如下安排：第1～4項為網(wǎng)絡(luò)讀操作，主站讀取各從站數(shù)據(jù)。第5～8項為網(wǎng)絡(luò)寫操作，主站向各從站發(fā)送數(shù)據(jù)。圖2-7為第1項操作配置界面，選擇NETR操作，按表2-2中（2#從站）規(guī)劃填寫數(shù)據(jù)。

四、上位機(jī)監(jiān)視

組態(tài)王與S7-200的PPI通信方式PPI（Point-to-Point）是西門子專為S7-200系列開發(fā)的一個通訊協(xié)議，為主/從協(xié)議，PC機(jī)主站，S7-200為從站。該方式下硬件連接方法是使用PPI電纜將PC機(jī)串口和S7-200的通訊口相連，采用串行通訊方式。在第一種方式下，使用PLC編程軟件STEP 7-Micro/WIN32安裝通訊硬件，在“SET PG/PC Interface”對話框中配置PC/PPI cable，選擇Interface Parameter Assignment為PPI，并設(shè)置PPI參數(shù)默認(rèn)值，雙擊通訊框中得刷新圖標(biāo)后建立與S7-200的通信連接，上位機(jī)組態(tài)王的設(shè)置首先使用“設(shè)備配置向?qū)А?定義外部設(shè)備，選擇西門子S7-200系列PPI通信，并設(shè)定如下通信參數(shù)：波特率9600bps，數(shù)據(jù)位8位，停止位1位，偶校驗。PLC地址設(shè)為默認(rèn)地址2。

在組態(tài)王的“數(shù)據(jù)字典”中定義相關(guān)變量，選擇變量類型為I/O型，并選擇連接設(shè)備，指定所訪問的寄存器名及寄存器類型。注意，組態(tài)王只支持V寄存器，如果要監(jiān)控Q、I、M寄存器，可以先在PLC程序中將Q、I、M寄存器傳至V寄存器，組態(tài)王通過對V寄存器的操作來實現(xiàn)對Q、I、M寄存器的監(jiān)控。另外，組態(tài)王不支持直接以I/O離散變量的定義，需以字節(jié)（BYTE）形式存取，每一BYT類型（8個BIT位）對應(yīng)8個開關(guān)量的輸入或輸出狀態(tài)，即BYTE的0-7位分別對應(yīng)輸入或輸出的0-7開關(guān)量通道，如果要顯示或控制某一開關(guān)量通道的狀態(tài)，可以使用組態(tài)王提供的BIT（）或BITSET（）函數(shù)進(jìn)行取位或置位。在制作好的監(jiān)控畫面中，將畫面的圖素與定義的變量建立“動畫連接”，TouchView中運(yùn)行，即可建立實時通信，得到一個反映工業(yè)現(xiàn)場的監(jiān)控畫面。

五、安全效益

本系統(tǒng)成本低廉，僅10000元左右，但能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距16臺皮帶機(jī)的啟停，急?？刂?，各種保護(hù)性能，時時數(shù)據(jù)監(jiān)視，歷史數(shù)據(jù)保存，故障查詢等等功能，減輕工人勞動力。實現(xiàn)了多臺皮帶機(jī)自動化控制要求，節(jié)約大約20人左右，每年節(jié)約工資50萬元左右，。

參考文獻(xiàn)：

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