PPI网络在东海煤矿风选厂皮带应用的方案分析

戴远志

摘要：龙煤集团鸡西矿业集团东海煤矿风选厂运输系统较为复杂，采用皮带机搭接，附加破碎、筛分、手选、分仓等方式来完成原煤和矸石的分拣，以达到提高煤质的要求，这样的运输系统结构复杂，皮带数量多，转载点多，每个设备的运行完全靠人一个一个去操作，效率由于市场上大很低，而且增大了工人的劳动强度。因此设计一套远程控制系统势在必行。

远程控制系统现在市场上主要使用多台PLC通过以太网通讯连接上位机，来完成设备的操作和监视。但考虑以上方式价格非常昂贵，加之东海煤矿风选厂皮带机大多距离较短，无必要使用以上方式，因此我采用多台西门子S7-200cn PLC通过搭建PPI网络的形势实现每台PLC数据能够完成与上位机（电脑）通讯。来达到一人操作多台设备。各项数据指标形成历史报表。

关键词：PPI网络；PLC；传感器

一、概述

PPI协议是S7-200 CPU最基本的通信方式，通过原来自身的端口（PORT0或PORT1）就可以实现通信，是S7-200默认的通信方式。

PPI是一种主-从协议通信，主-从站在一个令牌环网中，主站发送要求到从站器件，从站器件响应；从站器件不发信息，只是等待主站的要求并对要求作出响应。如果在用户程序中使能PPI主站模式，就可以在主站程序中使用网络读写指令来读写从站信息。而从站程序没有必要使用网络读写指令。

二、系统硬件设计

1）所需硬件

①S7-200CPU多台、模拟量输入输出模块

②装有编程软件（STEP7 V4.0）和组态王的电脑一台

③S7-200编程电缆一条和PPI通讯电缆多条，带编程口的连接器和标准的连接器多台

④烟雾传感器、跑偏传感器、堆煤传感器、温度传感器

2）网路配置

三、搭建PPI网络

用编程电缆对网络上每一台PLC，设置其系统块中的通信端口参数，对用作PPI通信的端口（PORT0或PORT1），指定其地址（站号）和波特率。设置后把系统块下载到该PLC。具体操作如下：

1、运行个人电脑上的STEP7 V4.0程序，打开设置端口界面，如图2-1所示。利用PPI/RS485编程电缆设置第一个CPU系统块里端口0为1号站，波特率为187.5千波特，如图2-2所示。同样方法设置另一个CPU为2号站，波特率为187.5千波特；下一个CPU端口0为3号站，波特率为187.5千波特；下一个CPU端口0为4号站，波特率为187.5千波特；最后一个CPU端口0为5号站，波特率为187.5千波特，分别把系统块下载到相应的CPU中。

2、利用网络接头和网络线把各台PLC中用作PPI通信的端口0连接。

该编程口通过RS--232/PPI多主站电缆或USB/PPI多主站电缆与个人计算机连接。

然后利用STEP7 V4.0软件和PPI/RS485编程电缆搜索出PPI网络的5个站。如图2-3所示。

3、PPI网络中主站PLC程序中，必须在上电第1个扫描周期，用特殊存储器SMB30指定其主站属性，从而使能其主站模式。西门子S7-200 PLC中的SMB30和SMB130为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。我们可以对SMB30、SMB130进行读、写操作，这些字节设置自由端口通讯的操作方式，并提供自由端口或者系统所支持的协议之间的选择。

本柔性系统中，按钮及指示灯模块的按钮、开关信号连接到主站的PLC（S7-226 CN）输入口，以提供系统的主令信号。因此在网络中1#皮带机是指定为主站的，其余各站均指定为从站。

4、编写主站网络读写程序段

如前所述，在PPI网络中，只有主站程序中使用网络读写指令来读写从站信息。而从站程序没有必要使用网络读写指令。

在编写主站的网络读写程序前，应预先规划好下面数据：

① 主站向各从站发送数据的长度（字节数）

② 发送的数据位于主站何处。

③ 数据发送到从站的何处。

④ 主站从各从站接收数据的长度（字节数）

⑤ 主站从从站的何处读取数据。

⑥ 接收到的数据放在主站何处。

以上数据，应根据系统工作要求，信息交换量等统一筹划。考虑本柔性系统中，各工作站PLC所需交换的信息量不大，主站向各从站发送的数据只是主令信号，从从站读取的也只是各从站状态信息，发送和接收的数据均1个字（2个字节）已经足够。作为例子，所规划的数据如表2-2所示。

网络读写指令可以向远程站发送或接收16个字节的信息，在CPU内同一时间最多可以有8条指令被激活。本柔性系统有4个从站，因此考虑同时激活4条网络读指令和4条网络写指令。

根据上述数据，即可编制主站的网络读写程序。但更简便的方法是借助网络读写向导程序。这一向导程序可以快速简单地配置复杂的网络读写指令操作，为所需的功能提供一系列选项。一旦完成，向导将为所选配置生成程序代码。并初始化指定的PLC为PPI主站模式，同时使能网络读写操作。

要启动网络读写向导程序，在STEP7 V4.0软件命令菜单中选择 工具→指令导向，并且在指令向导窗口中选择NETR/NETW（网络读写），单击“下一步”后，就会出现NETR/NETW 指令向导界面，如图2-5所示。

本界面和紧接着的下一个界面，将要求用户提供希望配置的网络读写操作总数、指定进行读写操作的通信端口、指定配置完成后生成的子程序名字，完成这些设置后，将进入对具体每一条网络读或写指令的参数進行配置的界面。

在本例子中，8项网络读写操作如下安排：第1～4项为网络读操作，主站读取各从站数据。第5～8项为网络写操作，主站向各从站发送数据。图2-7为第1项操作配置界面，选择NETR操作，按表2-2中（2#从站）规划填写数据。

四、上位机监视

组态王与S7-200的PPI通信方式PPI（Point-to-Point）是西门子专为S7-200系列开发的一个通讯协议，为主/从协议，PC机主站，S7-200为从站。该方式下硬件连接方法是使用PPI电缆将PC机串口和S7-200的通讯口相连，采用串行通讯方式。在第一种方式下，使用PLC编程软件STEP 7-Micro/WIN32安装通讯硬件，在“SET PG/PC Interface”对话框中配置PC/PPI cable，选择Interface Parameter Assignment为PPI，并设置PPI参数默认值，双击通讯框中得刷新图标后建立与S7-200的通信连接，上位机组态王的设置首先使用“设备配置向导” 定义外部设备，选择西门子S7-200系列PPI通信，并设定如下通信参数：波特率9600bps，数据位8位，停止位1位，偶校验。PLC地址设为默认地址2。

在组态王的“数据字典”中定义相关变量，选择变量类型为I/O型，并选择连接设备，指定所访问的寄存器名及寄存器类型。注意，组态王只支持V寄存器，如果要监控Q、I、M寄存器，可以先在PLC程序中将Q、I、M寄存器传至V寄存器，组态王通过对V寄存器的操作来实现对Q、I、M寄存器的监控。另外，组态王不支持直接以I/O离散变量的定义，需以字节（BYTE）形式存取，每一BYT类型（8个BIT位）对应8个开关量的输入或输出状态，即BYTE的0-7位分别对应输入或输出的0-7开关量通道，如果要显示或控制某一开关量通道的状态，可以使用组态王提供的BIT（）或BITSET（）函数进行取位或置位。在制作好的监控画面中，将画面的图素与定义的变量建立“动画连接”，TouchView中运行，即可建立实时通信，得到一个反映工业现场的监控画面。

五、安全效益

本系统成本低廉，仅10000元左右，但能够实现远距16台皮带机的启停，急停控制，各种保护性能，时时数据监视，历史数据保存，故障查询等等功能，减轻工人劳动力。实现了多台皮带机自动化控制要求，节约大约20人左右，每年节约工资50万元左右，。

参考文献：

[1]杨后川。西门子S7-200PLC编程速学与快速应用 电子工业出版社，1995

[2]张学民。SIMATIC S7-200 可编程控制器原理与应用. 北京航空航天大學出版社 1998

[3]穆亚辉，组态王软件实用技术，黄河水利出版社2005