PPI網絡在東海煤礦風選廠皮帶應用的方案分析

戴遠志

摘要：龍煤集團雞西礦業集團東海煤礦風選廠運輸系統較為復雜，采用皮帶機搭接，附加破碎、篩分、手選、分倉等方式來完成原煤和矸石的分揀，以達到提高煤質的要求，這樣的運輸系統結構復雜，皮帶數量多，轉載點多，每個設備的運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度。因此設計一套遠程控制系統勢在必行。

遠程控制系統現在市場上主要使用多臺PLC通過以太網通訊連接上位機，來完成設備的操作和監視。但考慮以上方式價格非常昂貴，加之東海煤礦風選廠皮帶機大多距離較短，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網絡的形勢實現每臺PLC數據能夠完成與上位機（電腦）通訊。來達到一人操作多臺設備。各項數據指標形成歷史報表。

關鍵詞：PPI網絡；PLC；傳感器

一、概述

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

PPI是一種主-從協議通信，主-從站在一個令牌環網中，主站發送要求到從站器件，從站器件響應；從站器件不發信息，只是等待主站的要求并對要求作出響應。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絡讀寫指令來讀寫從站信息。而從站程序沒有必要使用網絡讀寫指令。

二、系統硬件設計

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準的連接器多臺

④煙霧傳感器、跑偏傳感器、堆煤傳感器、溫度傳感器

2）網路配置

三、搭建PPI網絡

用編程電纜對網絡上每一臺PLC，設置其系統塊中的通信端口參數，對用作PPI通信的端口（PORT0或PORT1），指定其地址（站號）和波特率。設置后把系統塊下載到該PLC。具體操作如下：

1、運行個人電腦上的STEP7 V4.0程序，打開設置端口界面，如圖2-1所示。利用PPI/RS485編程電纜設置第一個CPU系統塊里端口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，分別把系統塊下載到相應的CPU中。

2、利用網絡接頭和網絡線把各臺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連接。

然后利用STEP7 V4.0軟件和PPI/RS485編程電纜搜索出PPI網絡的5個站。如圖2-3所示。

3、PPI網絡中主站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進行讀、寫操作，這些字節設置自由端口通訊的操作方式，并提供自由端口或者系統所支持的協議之間的選擇。

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

4、編寫主站網絡讀寫程序段

如前所述，在PPI網絡中，只有主站程序中使用網絡讀寫指令來讀寫從站信息。而從站程序沒有必要使用網絡讀寫指令。

在編寫主站的網絡讀寫程序前，應預先規劃好下面數據：

① 主站向各從站發送數據的長度（字節數）

② 發送的數據位于主站何處。

③ 數據發送到從站的何處。

④ 主站從各從站接收數據的長度（字節數）

⑤ 主站從從站的何處讀取數據。

⑥ 接收到的數據放在主站何處。

以上數據，應根據系統工作要求，信息交換量等統一籌劃。考慮本柔性系統中，各工作站PLC所需交換的信息量不大，主站向各從站發送的數據只是主令信號，從從站讀取的也只是各從站狀態信息，發送和接收的數據均1個字（2個字節）已經足夠。作為例子，所規劃的數據如表2-2所示。

網絡讀寫指令可以向遠程站發送或接收16個字節的信息，在CPU內同一時間最多可以有8條指令被激活。本柔性系統有4個從站，因此考慮同時激活4條網絡讀指令和4條網絡寫指令。

根據上述數據，即可編制主站的網絡讀寫程序。但更簡便的方法是借助網絡讀寫向導程序。這一向導程序可以快速簡單地配置復雜的網絡讀寫指令操作，為所需的功能提供一系列選項。一旦完成，向導將為所選配置生成程序代碼。并初始化指定的PLC為PPI主站模式，同時使能網絡讀寫操作。

要啟動網絡讀寫向導程序，在STEP7 V4.0軟件命令菜單中選擇 工具→指令導向，并且在指令向導窗口中選擇NETR/NETW（網絡讀寫），單擊“下一步”后，就會出現NETR/NETW 指令向導界面，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絡讀寫操作總數、指定進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，完成這些設置后，將進入對具體每一條網絡讀或寫指令的參數進行配置的界面。

在本例子中，8項網絡讀寫操作如下安排：第1～4項為網絡讀操作，主站讀取各從站數據。第5～8項為網絡寫操作，主站向各從站發送數據。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）規劃填寫數據。

四、上位機監視

組態王與S7-200的PPI通信方式PPI（Point-to-Point）是西門子專為S7-200系列開發的一個通訊協議，為主/從協議，PC機主站，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，并設置PPI參數默認值，雙擊通訊框中得刷新圖標后建立與S7-200的通信連接，上位機組態王的設置首先使用“設備配置向導” 定義外部設備，選擇西門子S7-200系列PPI通信，并設定如下通信參數：波特率9600bps，數據位8位，停止位1位，偶校驗。PLC地址設為默認地址2。

在組態王的“數據字典”中定義相關變量，選擇變量類型為I/O型，并選擇連接設備，指定所訪問的寄存器名及寄存器類型。注意，組態王只支持V寄存器，如果要監控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，組態王通過對V寄存器的操作來實現對Q、I、M寄存器的監控。另外，組態王不支持直接以I/O離散變量的定義，需以字節（BYTE）形式存取，每一BYT類型（8個BIT位）對應8個開關量的輸入或輸出狀態，即BYTE的0-7位分別對應輸入或輸出的0-7開關量通道，如果要顯示或控制某一開關量通道的狀態，可以使用組態王提供的BIT（）或BITSET（）函數進行取位或置位。在制作好的監控畫面中，將畫面的圖素與定義的變量建立“動畫連接”，TouchView中運行，即可建立實時通信，得到一個反映工業現場的監控畫面。

五、安全效益

本系統成本低廉，僅10000元左右，但能夠實現遠距16臺皮帶機的啟停，急停控制，各種保護性能，時時數據監視，歷史數據保存，故障查詢等等功能，減輕工人勞動力。實現了多臺皮帶機自動化控制要求，節約大約20人左右，每年節約工資50萬元左右，。

參考文獻：

[1]楊后川。西門子S7-200PLC編程速學與快速應用 電子工業出版社，1995

[2]張學民。SIMATIC S7-200 可編程控制器原理與應用. 北京航空航天大學出版社 1998

[3]穆亞輝，組態王軟件實用技術，黃河水利出版社2005