以太網(wǎng)通訊與MPI通訊雙模通訊控制方式的探索與應(yīng)用

張一　秦巖　孔慶志　謝曉亮

摘 ? 要：隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)信息化、智能化技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，遠(yuǎn)程控制技術(shù)得到了發(fā)展并在礦山機(jī)電中得到了應(yīng)用。在礦山遠(yuǎn)程控制技術(shù)應(yīng)用中的具備多種通訊協(xié)議：MPI通訊模式、以太網(wǎng)通訊模式等;本文闡述了以太網(wǎng)通訊與MPI通訊兩種通訊控制方式同時運(yùn)行方式，可降低礦井生產(chǎn)成本，希望為礦山建設(shè)提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：煤礦 ?帶式輸送機(jī) ?路由 ?MPI通訊 ?工業(yè)以太網(wǎng)

中圖分類號：TP393.1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）06（b）-0140-02

蔣莊煤礦在2003年與中國礦大合作，設(shè)計(jì)開發(fā)安裝了井下主運(yùn)膠帶機(jī)集中控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)最早的系統(tǒng)通訊模式采用MPI通訊，由井上控制中心和井下若干控制分站構(gòu)成，現(xiàn)場總線將井下各PLC控制分站與井上控制中心進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，站與站之間的通訊連接介質(zhì)采用的是屏蔽雙絞線。后期的升級改造過程中，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用了更先進(jìn)的環(huán)形以太網(wǎng)通訊，將整個皮帶集控系統(tǒng)組成一個環(huán)網(wǎng)，站與站之間的通訊介質(zhì)采用光纖，使改造后的系統(tǒng)更加可靠，但在系統(tǒng)升級改造的過程中，對于在系統(tǒng)末端使用的帶式輸送機(jī)集控設(shè)備，原有的設(shè)備和通訊模塊均可以正常使用，將以太網(wǎng)通訊與MPI通訊兩種通訊控制方式同時運(yùn)行，就可以達(dá)到降低礦井投入成本的目的。該文闡述了以太網(wǎng)通訊與MPI通訊雙模通訊控制方式的應(yīng)用，為同行提供一些借鑒。

1 ?MPI網(wǎng)絡(luò)概述

MPI是Multi Point Interface（多點(diǎn)接口）的縮寫，每個SIMATIC CPU的第1個通信接口都集成了MPI通信協(xié)議，不必添加CP（通信處理器）就可以將S7設(shè)備連接到MPI網(wǎng)絡(luò)中。MPI通信網(wǎng)絡(luò)的物理層是RS-485，最大傳輸速率為12Mbit/s，默認(rèn)的傳輸速率為187kbit/s。與S7-200 PLC通信時只能指定19.2kbit/s的傳輸速率。兩個相鄰節(jié)點(diǎn)的最大傳輸距離為50m，加中繼器后為1000m，使用光纖和星形連接時最長為23.8km。MPI網(wǎng)絡(luò)最多可以連接32個節(jié)點(diǎn)，MPI通信是一種比較簡單的通信方式，當(dāng)通信速率要求不高、通信數(shù)據(jù)量不大時，可以采用該通信方式。

西門子PLC S7-200/300/400 CPU上的RS485接口不僅是編程接口，同時也是一個MPI的通訊接口，在沒有額外硬件投資的狀況下，可以實(shí)現(xiàn)PG/OP、全局?jǐn)?shù)據(jù)通訊以及少量數(shù)據(jù)交換的S7通訊等通訊功能。其網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)通常包括S7 PLC、TP/OP、PG/PC、智能型ET200S以及RS485中繼器等網(wǎng)絡(luò)元器件，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可配置為如圖1所示。

2 ?項(xiàng)目網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

本工程項(xiàng)目最早于2003年實(shí)施，由于當(dāng)時技術(shù)和資金條件的限制，PLC全部采用西門子的S7-314，該P(yáng)LC具有一個西門子專有的MPI接口，井下PLC通過MPI電纜連接在一起，形成井下MPI網(wǎng)絡(luò)，在通過光纖收發(fā)器，將電信號轉(zhuǎn)成光信號，在地面的調(diào)度室，再用光纖收發(fā)器將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，在控制計(jì)算機(jī)配置西門子的MPI通信卡CP5611或者CP5613，用MPI電纜將計(jì)算機(jī)的通訊卡和光纖收發(fā)器連接，這樣就形成了整個系統(tǒng)的MPI控制網(wǎng)絡(luò)，通過控制計(jì)算機(jī)對PLC進(jìn)行編程、組態(tài)、監(jiān)控。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

隨著工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展，在工業(yè)控制中，工業(yè)以太網(wǎng)越來越得到廣泛的應(yīng)用，因此對整個網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行了部分改造，將部分314PLC換成315-2pn/dp，采用以太網(wǎng)跟地面交換機(jī)進(jìn)行通信，這樣提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性，

但是因?yàn)楦脑熨Y金的原因，還保留了部分314PLC，保留部分PLC還采用原有的MPI網(wǎng)絡(luò)，地面的控制計(jì)算機(jī)依然還得跟井下的314PLC通訊，如果還把井下的MPI網(wǎng)絡(luò)延伸到地面，那么控制網(wǎng)絡(luò)顯得龐大、復(fù)雜。如何使得地面控制計(jì)算機(jī)依然對井下MPI網(wǎng)絡(luò)井下控制，這就是項(xiàng)目所需要解決的問題，因此就需要采用路由功能，將315PLC看成一個網(wǎng)關(guān)。

“S7路由”是指在西門子工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)中;跨越兩個或多個子網(wǎng)（MPI、PROFIBUS和工業(yè)以太網(wǎng)）進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)訪問。S7路由屬于PG/OP（編程設(shè)備/操作員面板）通信服務(wù)功能，通過它可以實(shí)現(xiàn)跨網(wǎng)絡(luò)的PG/OP通信，例如，用編程計(jì)算機(jī)的普通以太網(wǎng)卡，訪問PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)和MPI網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備。PG可以在某個固定點(diǎn)（一般是主控室）訪問所有在S7項(xiàng)目中組態(tài)的S7站點(diǎn)，下載用戶程序和硬件組態(tài)，或者執(zhí)行測試和診斷功能。還可以用S7路由功能實(shí)現(xiàn)跨網(wǎng)絡(luò)的HMI與PLC的通信。

凡是涉及路由功能都需要一個或者多個網(wǎng)關(guān)（S7 CPU或通信處理器）。網(wǎng)關(guān)是指一個跨接在兩個網(wǎng)段上，并且可以實(shí)現(xiàn)兩個網(wǎng)段之間的數(shù)據(jù)交換的設(shè)備。在S7路由中，網(wǎng)關(guān)由多個接口連接到兩個或更多的子網(wǎng)，這些子網(wǎng)可以使用相同的或不同的通信協(xié)議。S7-315-2pn/dp站就是一個網(wǎng)關(guān)，它的以太網(wǎng)接口和MPI接口使該站跨接在以太網(wǎng)和MPI網(wǎng)絡(luò)上。為了使用路由功能，需要組態(tài)PG/PC站。以太網(wǎng)上的PG/PC站可以通過S7-315的路由功能訪問MPI網(wǎng)絡(luò)上的S7-314站。

在組態(tài)網(wǎng)絡(luò)時，STEP 7自動地為網(wǎng)關(guān)生成特定的“路由表”。路由表是特殊的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，必須下載到網(wǎng)關(guān)。此后，編程設(shè)備可以通過網(wǎng)關(guān)搜索到指定的PLC的通信路徑。為了實(shí)現(xiàn)路由功能，應(yīng)在同一個項(xiàng)目中組態(tài)網(wǎng)絡(luò)，CPU應(yīng)下載該項(xiàng)目完整的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)信息。改造以后的控制網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖3所示。

3 ?結(jié)語

本方案基于西門子CPU模塊通訊接口的路由功能，實(shí)現(xiàn)了不同通訊方式同一個接口傳輸?shù)墓δ?。開創(chuàng)了以太網(wǎng)通訊與MPI通訊雙模通訊控制方式。使部分舊設(shè)備和模塊繼續(xù)得以使用，在最大化發(fā)揮集控系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上，達(dá)到了降低礦井生產(chǎn)成本的目的，取得了良好的效果。

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