1、引言
    工業(yè)自動化系統(tǒng)逐步向分布式、智能化的實時控制方面發(fā)展，用戶對統(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)負荷減輕和傳輸延時減少，網(wǎng)絡(luò)碰撞幾率下降；采用雙工星型網(wǎng)絡(luò)拓撲結(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時性，使以太網(wǎng)技術(shù)進入工業(yè)自動化領(lǐng)域成為必然。
    隨著煤炭行業(yè)的快速發(fā)展，大運量、長距離帶式輸送機在煤礦上得到廣泛應(yīng)用，越來越要求帶式輸送機的控制系統(tǒng)滿足遠程監(jiān)控、遠程調(diào)度，并且能無縫連接到煤礦現(xiàn)有的調(diào)度平臺和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺上。因此，開發(fā)基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)結(jié)合現(xiàn)場總線技術(shù)的帶式輸送機控制系統(tǒng)，對于煤礦提高生產(chǎn)率和保證安全生產(chǎn)起到重要的作用。本文結(jié)合實際介紹了工業(yè)以太網(wǎng)在帶式輸送機電控系統(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
    本控制系統(tǒng)包含多條帶式輸送機的電控裝置，每條帶式輸送機的控制系統(tǒng)主要由本安操作臺、防爆控制箱以及各種隔爆兼本安型帶式輸送機保護傳感器組成。系統(tǒng)具有集中控制和就地控制兩個部分，使每條帶式輸送機既能參與集中控制，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，單純采用現(xiàn)場總線技術(shù)進行數(shù)據(jù)連接保證集控的實現(xiàn)就會有大量的接線出現(xiàn)，系統(tǒng)維護很不方便。因此，考慮每條皮帶機的控制系統(tǒng)采用基于現(xiàn)場總線技術(shù)構(gòu)建PLC控制系統(tǒng)實現(xiàn)單機控制，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，大大地簡化了系統(tǒng)接線，保證集中控制的實時性和準確性，并使整個控制系統(tǒng)維護很方便。整個系統(tǒng)配置框圖如圖1所示。
    控制系統(tǒng)采用主從站方式，實現(xiàn)集中管理、分別控制，可以隨時根據(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，并配置人性化設(shè)計的按鈕，實現(xiàn)在操作臺上對觸摸屏顯示畫面的切換，人機畫面非常友好，便于對本機控制井下監(jiān)控，并可以對其它子系統(tǒng)進行訪問和控制，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)中實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)通訊；支持多種協(xié)議和多種控制器，可連接到現(xiàn)場總線中，滿足控制系統(tǒng)的需求。
    帶式輸送機電控系統(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模塊選用帶有標準以太網(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、點對點報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，可以適應(yīng)惡劣的煤礦井下工業(yè)環(huán)境，交換機之間用單模光纖連接，光纖自身固有的特性適合用于易燃、易爆等危險環(huán)境，信號傳輸衰減較小，保證控制系統(tǒng)的實時性。
    考慮到該控制系統(tǒng)要能無縫連接到目前井下已有的監(jiān)控系統(tǒng)，每個控制子系統(tǒng)又相距較遠，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)故障時信息不會丟失，自愈時間小于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)場總線技術(shù)的PLC控制系統(tǒng)軟件（也可稱作下位機軟件）和觸摸屏軟件（也可稱作上位機軟件）。同時，還需為每個控制子系統(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PLC進行設(shè)置以及通過Rslinx配置每個控制子系統(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)運行RSlogix 500軟件，新建一個工程，選擇所用的CPU模塊型號，單擊“確定”。
    3)定義框架，指明I/O模塊在處理器機架內(nèi)的槽位置，并且為機架選擇電源。雙擊工程目錄， 內(nèi)的“I/O Configuration”一項，在窗口右側(cè)的列表框中按照PLC各模塊的實際排列順序依
    次選擇相對應(yīng)的型號，拖放至對應(yīng)的位置�；蛘呖梢詥螕舸翱谥械�“Read IO Config,”按鈕，
    讓處理器自動讀取實際的I/O配置并將信息反饋到I/O組態(tài)窗口，這樣可以節(jié)省大量時間。最后，單擊“Power Supply”按鈕，在選擇的模板配置基礎(chǔ)上檢查機架上的負載。
    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)下位機軟件    下位機軟件在Rslogix 500梯形圖軟件編程包的平臺上編制，每個控制子系統(tǒng)涉及的設(shè)備較多，
程序量較大，故采用模塊化的設(shè)計。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、皮帶保護模塊、模擬量處理模塊等多個模塊。在PLC程序中要充分考慮中間變量的使用與設(shè)計，使之與觸摸屏實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，達到實時數(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指令實現(xiàn)不同子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互，實現(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，在每個子系統(tǒng)里配置MSG指令，在每個子系統(tǒng)里通過調(diào)用MSG指令實現(xiàn)遠程數(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。
   (3)上位機軟件
    操作臺中裝有防爆觸摸屏，用于給操作員提供實時監(jiān)控界面。在觸摸屏上可以顯示每個子系統(tǒng)中所有設(shè)備的工況、所有保護傳感器的信號以及詳細的故障內(nèi)容�？紤]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)場操作，分為若干個畫面分別顯示，主要包括以下幾個畫面：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)動畫面以及皮帶機故障等畫面。
    利用觸摸屏強大的D腳本編程工具，可以實現(xiàn)在操作臺上用本安按鈕代替人點擊觸摸屏動作，實現(xiàn)顯示畫面的翻頁、控制按鈕的動作實現(xiàn)，解決了觸摸屏無法在煤礦井下危險環(huán)境下使用的難題。