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1、引言
    工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)逐步向分布式、智能化的實(shí)時(shí)控制方面發(fā)展，用戶對(duì)統(tǒng)一的通信協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)的要求也日益迫切，其控制系統(tǒng)之間的通信成為關(guān)鍵。工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展，提高了通信速率使網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷減輕和傳輸延時(shí)減少，網(wǎng)絡(luò)碰撞幾率下降；采用雙工星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和以太網(wǎng)交換技術(shù)，避免了沖突；再加上全雙工通信方式保障通信的實(shí)時(shí)性，使以太網(wǎng)技術(shù)進(jìn)入工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域成為必然。
    隨著煤炭行業(yè)的快速發(fā)展，大運(yùn)量、長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)在煤礦上得到廣泛應(yīng)用，越來(lái)越要求帶式輸送機(jī)的控制系統(tǒng)滿足遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程調(diào)度，并且能無(wú)縫連接到煤礦現(xiàn)有的調(diào)度平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺(tái)上。因此，開發(fā)基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)，對(duì)于煤礦提高生產(chǎn)率和保證安全生產(chǎn)起到重要的作用。本文結(jié)合實(shí)際介紹了工業(yè)以太網(wǎng)在帶式輸送機(jī)電控系統(tǒng)中的硬件結(jié)構(gòu)和軟件組成。
2、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    本控制系統(tǒng)包含多條帶式輸送機(jī)的電控裝置，每條帶式輸送機(jī)的控制系統(tǒng)主要由本安操作臺(tái)、防爆控制箱以及各種隔爆兼本安型帶式輸送機(jī)保護(hù)傳感器組成。系統(tǒng)具有集中控制和就地控制兩個(gè)部分，使每條帶式輸送機(jī)既能參與集中控制，又能就地控制。由于每條皮帶電控裝置安放位置都相距很遠(yuǎn)，單純采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)連接保證集控的實(shí)現(xiàn)就會(huì)有大量的接線出現(xiàn)，系統(tǒng)維護(hù)很不方便。因此，考慮每條皮帶機(jī)的控制系統(tǒng)采用基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)構(gòu)建PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)單機(jī)控制，多條皮帶控制系統(tǒng)之間采用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建，傳輸介質(zhì)采用單模光纖，大大地簡(jiǎn)化了系統(tǒng)接線，保證集中控制的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，并使整個(gè)控制系統(tǒng)維護(hù)很方便。整個(gè)系統(tǒng)配置框圖如圖1所示。
    控制系統(tǒng)采用主從站方式，實(shí)現(xiàn)集中管理、分別控制，可以隨時(shí)根據(jù)需要變更主從站的屬性，提高系統(tǒng)的柔性化，方便生產(chǎn)的需要。在作為控制主站的電控系統(tǒng)中，配置了帶有防爆觸摸屏的操作臺(tái)，并配置人性化設(shè)計(jì)的按鈕，實(shí)現(xiàn)在操作臺(tái)上對(duì)觸摸屏顯示畫面的切換，人機(jī)畫面非常友好，便于對(duì)本機(jī)控制井下監(jiān)控，并可以對(duì)其它子系統(tǒng)進(jìn)行訪問和控制，還可以通過工業(yè)以太網(wǎng)經(jīng)過授權(quán)認(rèn)可后訪問其它井下皮帶監(jiān)控系統(tǒng)。
    防爆觸摸屏選用Pro-face GP系列觸摸屏組成，其內(nèi)嵌以太網(wǎng)接口，易于嵌入到工業(yè)以太網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊；支持多種協(xié)議和多種控制器，可連接到現(xiàn)場(chǎng)總線中，滿足控制系統(tǒng)的需求。
    帶式輸送機(jī)電控系統(tǒng)采用羅克韋爾公司的SLC500系列構(gòu)建PLC控制系統(tǒng)。PLC的CPU模塊選用帶有標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)接口的SLC5/05處理器，以太網(wǎng)通訊能力為10Mbps或100Mbps，可以為程序上傳、下載、在線編輯、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)報(bào)文傳輸提供更高性能的網(wǎng)絡(luò)。通過自帶的RS-232接口，用于和防爆觸摸屏數(shù)據(jù)通訊和數(shù)據(jù)交換。
    系統(tǒng)選用用于高溫環(huán)境下的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，可以適應(yīng)惡劣的煤礦井下工業(yè)環(huán)境，交換機(jī)之間用單模光纖連接，光纖自身固有的特性適合用于易燃、易爆等危險(xiǎn)環(huán)境，信號(hào)傳輸衰減較小，保證控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。
    考慮到該控制系統(tǒng)要能無(wú)縫連接到目前井下已有的監(jiān)控系統(tǒng)，每個(gè)控制子系統(tǒng)又相距較遠(yuǎn)，而且井下已有的監(jiān)控系統(tǒng)所采用的控制網(wǎng)絡(luò)以及通訊協(xié)議又各不相同，工業(yè)以太網(wǎng)開放性、通用性、易于組網(wǎng)的特性使各個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)統(tǒng)一成為可能。基于這種考慮，在每個(gè)控制子系統(tǒng)里都預(yù)留工業(yè)以太網(wǎng)的接口，通過防爆交換機(jī)構(gòu)建以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，保證被監(jiān)控信息即使在部分通訊網(wǎng)段出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)信息不會(huì)丟失，自愈時(shí)間小于300ms，提高該控制系統(tǒng)的安全性和可靠性。
3、軟件組成及功能
    主要包括基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的PLC控制系統(tǒng)軟件（也可稱作下位機(jī)軟件）和觸摸屏軟件（也可稱作上位機(jī)軟件）。同時(shí)，還需為每個(gè)控制子系統(tǒng)配置lP地址，用于構(gòu)建以太環(huán)網(wǎng)。PLC控制系統(tǒng)軟件編程前需要通過Rslogix500軟件對(duì)PLC進(jìn)行設(shè)置以及通過Rslinx配置每個(gè)控制子系統(tǒng)的IP地址。
  (1)配置模塊
    配置PLC模塊的主要步驟如下：
    1)裝專用軟件RSlinx與Rslogix 500。
    2)運(yùn)行RSlogix 500軟件，新建一個(gè)工程，選擇所用的CPU模塊型號(hào)，單擊“確定”。
    3)定義框架，指明I/O模塊在處理器機(jī)架內(nèi)的槽位置，并且為機(jī)架選擇電源。雙擊工程目錄， 內(nèi)的“I/O Configuration”一項(xiàng)，在窗口右側(cè)的列表框中按照PLC各模塊的實(shí)際排列順序依
    次選擇相對(duì)應(yīng)的型號(hào)，拖放至對(duì)應(yīng)的位置。或者可以單擊窗口中的“Read IO Config,”按鈕，
    讓處理器自動(dòng)讀取實(shí)際的I/O配置并將信息反饋到I/O組態(tài)窗口，這樣可以節(jié)省大量時(shí)間。最后，單擊“Power Supply”按鈕，在選擇的模板配置基礎(chǔ)上檢查機(jī)架上的負(fù)載。
    4)通過RSlinx軟件配置lP地址，把模塊后面印刷的地址輸入即可。
    (2)下位機(jī)軟件    下位機(jī)軟件在Rslogix 500梯形圖軟件編程包的平臺(tái)上編制，每個(gè)控制子系統(tǒng)涉及的設(shè)備較多，
程序量較大，故采用模塊化的設(shè)計(jì)。根據(jù)系統(tǒng)的工藝流程、操作方式等考慮分為主程序、集控程序、就地程序、皮帶保護(hù)模塊、模擬量處理模塊等多個(gè)模塊。在PLC程序中要充分考慮中間變量的使用與設(shè)計(jì)，使之與觸摸屏實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，達(dá)到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊的目的，使監(jiān)視數(shù)據(jù)一目了然，方便操作。
要實(shí)現(xiàn)不同控制子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)聯(lián)絡(luò)和數(shù)據(jù)通訊，基于本系統(tǒng)而言，通過使用MSG指令實(shí)現(xiàn)不同子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)跨系統(tǒng)的數(shù)據(jù)訪問。故通過Rslinx軟件配置子系統(tǒng)IP地址，在每個(gè)子系統(tǒng)里配置MSG指令，在每個(gè)子系統(tǒng)里通過調(diào)用MSG指令實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交互。MSG指令結(jié)構(gòu)如圖2所示，具體使用方法參見Rslogix500軟件手冊(cè)。
   (3)上位機(jī)軟件
    操作臺(tái)中裝有防爆觸摸屏，用于給操作員提供實(shí)時(shí)監(jiān)控界面。在觸摸屏上可以顯示每個(gè)子系統(tǒng)中所有設(shè)備的工況、所有保護(hù)傳感器的信號(hào)以及詳細(xì)的故障內(nèi)容。考慮到需要顯示的內(nèi)容較多，觸摸屏的顯示尺寸有限，為便于編輯和現(xiàn)場(chǎng)操作，分為若干個(gè)畫面分別顯示，主要包括以下幾個(gè)畫面：主畫面、1#控制子系統(tǒng)、2#控制子系統(tǒng)、…、N#空制子系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)畫面以及皮帶機(jī)故障等畫面。
    利用觸摸屏強(qiáng)大的D腳本編程工具，可以實(shí)現(xiàn)在操作臺(tái)上用本安按鈕代替人點(diǎn)擊觸摸屏動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)顯示畫面的翻頁(yè)、控制按鈕的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)，解決了觸摸屏無(wú)法在煤礦井下危險(xiǎn)環(huán)境下使用的難題。