以太網通訊與MPI通訊雙模通訊控制方式的探索與應用

張一　秦巖　孔慶志　謝曉亮

摘 ? 要：隨著現代工業生產信息化、智能化技術和互聯網技術的不斷發展，遠程控制技術得到了發展并在礦山機電中得到了應用。在礦山遠程控制技術應用中的具備多種通訊協議：MPI通訊模式、以太網通訊模式等;本文闡述了以太網通訊與MPI通訊兩種通訊控制方式同時運行方式，可降低礦井生產成本，希望為礦山建設提供一定的參考。

關鍵詞：煤礦 ?帶式輸送機 ?路由 ?MPI通訊 ?工業以太網

中圖分類號：TP393.1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：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，設計開發安裝了井下主運膠帶機集中控制系統。該系統最早的系統通訊模式采用MPI通訊，由井上控制中心和井下若干控制分站構成，現場總線將井下各PLC控制分站與井上控制中心進行聯網，站與站之間的通訊連接介質采用的是屏蔽雙絞線。后期的升級改造過程中，網絡結構采用了更先進的環形以太網通訊，將整個皮帶集控系統組成一個環網，站與站之間的通訊介質采用光纖，使改造后的系統更加可靠，但在系統升級改造的過程中，對于在系統末端使用的帶式輸送機集控設備，原有的設備和通訊模塊均可以正常使用，將以太網通訊與MPI通訊兩種通訊控制方式同時運行，就可以達到降低礦井投入成本的目的。該文闡述了以太網通訊與MPI通訊雙模通訊控制方式的應用，為同行提供一些借鑒。

1 ?MPI網絡概述

MPI是Multi Point Interface（多點接口）的縮寫，每個SIMATIC CPU的第1個通信接口都集成了MPI通信協議，不必添加CP（通信處理器）就可以將S7設備連接到MPI網絡中。MPI通信網絡的物理層是RS-485，最大傳輸速率為12Mbit/s，默認的傳輸速率為187kbit/s。與S7-200 PLC通信時只能指定19.2kbit/s的傳輸速率。兩個相鄰節點的最大傳輸距離為50m，加中繼器后為1000m，使用光纖和星形連接時最長為23.8km。MPI網絡最多可以連接32個節點，MPI通信是一種比較簡單的通信方式，當通信速率要求不高、通信數據量不大時，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，可以實現PG/OP、全局數據通訊以及少量數據交換的S7通訊等通訊功能。其網絡上的節點通常包括S7 PLC、TP/OP、PG/PC、智能型ET200S以及RS485中繼器等網絡元器件，其網絡結構可配置為如圖1所示。

2 ?項目網絡架構

本工程項目最早于2003年實施，由于當時技術和資金條件的限制，PLC全部采用西門子的S7-314，該PLC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網絡，在通過光纖收發器，將電信號轉成光信號，在地面的調度室，再用光纖收發器將光信號轉換成電信號，在控制計算機配置西門子的MPI通信卡CP5611或者CP5613，用MPI電纜將計算機的通訊卡和光纖收發器連接，這樣就形成了整個系統的MPI控制網絡，通過控制計算機對PLC進行編程、組態、監控。系統結構如圖2所示。

隨著工業以太網的發展，在工業控制中，工業以太網越來越得到廣泛的應用，因此對整個網絡架構進行了部分改造，將部分314PLC換成315-2pn/dp，采用以太網跟地面交換機進行通信，這樣提高了網絡的可靠性，

但是因為改造資金的原因，還保留了部分314PLC，保留部分PLC還采用原有的MPI網絡，地面的控制計算機依然還得跟井下的314PLC通訊，如果還把井下的MPI網絡延伸到地面，那么控制網絡顯得龐大、復雜。如何使得地面控制計算機依然對井下MPI網絡井下控制，這就是項目所需要解決的問題，因此就需要采用路由功能，將315PLC看成一個網關。

“S7路由”是指在西門子工業通信網絡中;跨越兩個或多個子網（MPI、PROFIBUS和工業以太網）進行網絡訪問。S7路由屬于PG/OP（編程設備/操作員面板）通信服務功能，通過它可以實現跨網絡的PG/OP通信，例如，用編程計算機的普通以太網卡，訪問PROFIBUS網絡和MPI網絡中的設備。PG可以在某個固定點（一般是主控室）訪問所有在S7項目中組態的S7站點，下載用戶程序和硬件組態，或者執行測試和診斷功能。還可以用S7路由功能實現跨網絡的HMI與PLC的通信。

凡是涉及路由功能都需要一個或者多個網關（S7 CPU或通信處理器）。網關是指一個跨接在兩個網段上，并且可以實現兩個網段之間的數據交換的設備。在S7路由中，網關由多個接口連接到兩個或更多的子網，這些子網可以使用相同的或不同的通信協議。S7-315-2pn/dp站就是一個網關，它的以太網接口和MPI接口使該站跨接在以太網和MPI網絡上。為了使用路由功能，需要組態PG/PC站。以太網上的PG/PC站可以通過S7-315的路由功能訪問MPI網絡上的S7-314站。

在組態網絡時，STEP 7自動地為網關生成特定的“路由表”。路由表是特殊的系統數據，必須下載到網關。此后，編程設備可以通過網關搜索到指定的PLC的通信路徑。為了實現路由功能，應在同一個項目中組態網絡，CPU應下載該項目完整的網絡組態信息。改造以后的控制網絡架構如圖3所示。

3 ?結語

本方案基于西門子CPU模塊通訊接口的路由功能，實現了不同通訊方式同一個接口傳輸的功能。開創了以太網通訊與MPI通訊雙模通訊控制方式。使部分舊設備和模塊繼續得以使用，在最大化發揮集控系統功能的基礎上，達到了降低礦井生產成本的目的，取得了良好的效果。

參考文獻

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