王卫东

（山东能源集团枣矿集团田陈煤矿，山东 滕州 277523）

1 项目概况

根据国家发改委等八部门关于《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》的通知，为实现矿井减人、提效以及智能化的建设需求，斜巷提升机需要实现远程自动化控制、集中控制以及上传采集的设备状态信息。

在矿山及其他生产企业中，控制系统和监控系统等有人操作系统通常都是采用就地控制。控制系统普遍采用电口485通信，缺点是传输距离短，抗干扰能力差。当通信接口提供给显示屏时，远方控制无备用通信接口。为实现集中远程控制，需要扩展通信接口或更换新的整套电控系统。更换新的电控系统价格高、安装运输工作量大且施工调试占用时间长，矿山生产条件不允许。将旧电控系统中PLC485通信口改造为以太网口，电口转网口，使用千兆以太网环网，实现上位机自动化远程集中控制，极大缩短施工周期，降低施工成本，减小施工工作量。此方案通用性强，杜绝了原电控生产厂家的技术垄断[1]。

以田陈煤矿集中轨道提升机自动化远程控制升级改造为例。近两年新安装的电控系统采用西门子S7-200 SMART、S7-1200以及S7-1500 PLC控制，安装时间长的电控系统多采用S7-200 PLC控制。由于西门子官方未调试过S7-200与S7-200 SMART，S7-400与S7-1500间的以太网通信，因此在改造时必须先做到S7-200与S7-200 SMART、S7-400与S7-1500之间以太网稳定通信，才能实现新旧两套电控系统的兼容与互通[2]。所以西门子PLC之间的以太网通信就成了该项目的关键技术。

2 研究设计思路

西门子S7-200系列在集散系统自动化中能够充分发挥出强大功能。其使用范围从覆盖简单的替代继电器控制到复杂的自动化控制。但因其CPU仅具有1个RS485通信/编程口，用作显示屏接口时，远程通信能力不足。因此，若要实现数据互通，就需要对旧电控系统使用的S7-200 PLC扩展一个CP243-1（6GK7 243-1EX01-0XE0）通信模块，进而实现S7-200 PLC的网口通信。因无成功案例借鉴，因此为减少现场改造施工时间，可通过先在地面连接好硬件，采用PC机调试S7-200和S7-200 SMART PLC的以太网通信，成功后再应用到现场[3]。

该设计中需要使用硬件包括S7-200 CPU、CP243-1（6GK7 243-1EX01-0XE0）、S7-200 SMART CPU（固件V2.1/V2.2/V2.3）、PC（带以太网卡）以及TP以太网电缆。使用的软件包括STEP 7 Micro/WIN V4.0 SP9和 STEP 7 Micro/WIN SMART V2.3。所完成的通信任务包括将S7-200（192.168.0.102）VB4000的数据发送到S7-200 SMART（192.168.0.15）VB4000，利用S7-200 （192.168.0.102）VB4001获取S7-200 SMART（192.168.0.15）VB4001的数据。

3 改造方法

3.1 S7-200 PLC的以太网通信配置

使用装有STEP 7 Micro/WIN V4.0 SP9软件的PC机，通过编程电缆与S7-200连接。连接后，在软件工具栏中选择“以太网向导”的配置界面，从“以太网向导”配置栏进入配置界面。配置界面中会有相应提示，为CP 243-1以太网模块定义参数。定义通信模块地址时，根据配置向导提示选择“读取模块”，读取CP 243-1的模块信息，然后再选择该模块信息，添加该模块地址。添加通信模块地址信息后，根据配置向导的提示信息，选择与通信模块型号相匹配的版本。本例中的通信模块（CP 243-1）为6GK7243-1EX01-0XE0工业以太网模块，单击“下一步”出现“模块地址”弹窗，在该界面中的IP地址栏内设定IP为192.168.0.102，保存并退出界面。需要注意的是，每个CP 243-1通信模块都需要配置一个通信地址。在配置CP 243-1模块时，需配置“模块命令字节”，占用一个QB输出字节。字节的地址不能任意填写，需通过计算获取。根据计算CP 243-1前面的I/O所占用的Q地址字节来决定后，依次排列到CP 243-1的模块位置即可。如本例CP 243-1通信模块安装在主PLC（S7-200）之后，前面输出占据了QB0和QB1两个字节，故CP 243-1通信模块的地址为QB2。此外，读写通信模块与主PLC间的数据时，需要配置CP 243-1通信模块的连接数目。最多可以同时支持8个异步数据连接，选择为此模块配置的连接数目为1，单击下一步进入“配置连接”。

3.2 S7-200 SMART的以太网通信配置

完成上述操作后，系统会提示“已配置1个连接，请指定每个连接应当用作客户机还是服务器，并配置它的属性”。选择“此为客户机连接”后，本地PLC和远程服务器间可发起数据传输请求。与S7-200 SMART通信远程属性TSAP可设置为02.00。输入S7-200 SMART侧的IP地址为192.168.0.15。根据配置向导，选择“数据传输”进行标记，选择“新传输”按钮进行配置，依次选择读取数据和写入数据，填写通信数据的字节个数，填写发送数据区和接收数据区的起始地址。

3.3 S7-200与S7-200 SMART之间的以太网通信配置

首先将S7-200的VB4000传送到S7-200 SMART CPU的VB4000，然后S7-200 VB4001自动获取S7-200 SMART的VB4001的数据。具体设置如图1所示。

图1 定义数据传输

点击“确认”进入以太网向导CRC保护，选择“是，为数据块中的此配置生成CRC保护”，确保模块的配置信息不会被覆盖，主程序运行时无法修改。在调试时，CP243-1与远程通信对象连接或与STEP7-Micro/Win软件通信时，应保持活动时间间隔，使用缺省的时间间隔为30 s，进行“下一步”配置。

进入以太网向导配置分配存储区，配置一个起始地址。配置的存储区起始地址不要和程序中的其他地址冲突，此处选择VB6000至VB6001进行“下一步”配置。完成上述通信配置后，在程序中调用配置向导所生成的ETHx_CTRL和ETHx_XFR程序块，将整个通信设置输入到S7-200 CPU。不能同时激活S7-200同一个连接的多个数据传输，只能分时调用[4]。可利用前一个数据传输的完成与下一个数据传输的开始相互闭锁。S7-200分时调用、前一个数据传输完成以及下一个数据传输开始程序段分别如图2、图3以及图4所示。

S7-200 SMART作为服务器，不需要额外的通信编程，只需注意将S7-200 SMART CPU的IP设置为192.168.0.15，子网掩码设置为255.255.255.0即可。S7-200与S7-200 SMART通信正常，监控结果如图5所示。依据测算和现场确认，远程操作和现场就地操作的延迟不超过0.5 s。

图2 S7-200分时调用程序段

图3 S7-200前一个数据传输完成程序段

图4 S7-200一个数据传输开始程序段

图5 监视结果

4 结 论

地面调试时，在连接好硬件后，采用PC机调试S7-200和S7-200 SMART PLC的以太网通信，通过多次数据修改调试完成后成功应用到田陈煤矿-532集中轨道提升机。通过在旧电控系统中加装1个6GK7 243-1EX01-0XE0型模块，将S7-200 PLC的485通信改造为以太网网络通信，使用矿内已安装的千兆以太网环网，与新安装远程自动控制操作台实现了新旧电控系统可靠、实时以及稳定的连接，实现双模控制。两个操作台通过转换开关实现就地、远程以及自动化控制切换。当近控或远控操作台中一台有故障时切换到另一台，提升了系统运行的可靠性和安全性。远程自动化开车时，根据信号启停，每班可减少主提升司机2人。实现地面集中控制时，只需要通过以太网将所有提升机的运行状态信号传输至地面集控中心上位机，在自动化模式下运行，地面集中控制全过程视频监控。安装改造一台提升机实际用时6 h，调试试运行1天，系统稳定可靠。532集中轨道提升机的通信改造经验已逐步推广应用到我矿其他水平斜巷运输提升机及枣矿集团其他矿井，并取得了良好的效益。