以太网通讯与MPI通讯双模通讯控制方式的探索与应用

张一　秦岩　孔庆志　谢晓亮

摘   要：随着现代工业生产信息化、智能化技术和互联网技术的不断发展，远程控制技术得到了发展并在矿山机电中得到了应用。在矿山远程控制技术应用中的具备多种通讯协议：MPI通讯模式、以太网通讯模式等;本文阐述了以太网通讯与MPI通讯两种通讯控制方式同时运行方式，可降低矿井生产成本，希望为矿山建设提供一定的参考。

关键词：煤矿  带式输送机  路由  MPI通讯  工业以太网

中图分类号：TP393.1                              文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）06（b）-0140-02

蒋庄煤矿在2003年与中国矿大合作，设计开发安装了井下主运胶带机集中控制系统。该系统最早的系统通讯模式采用MPI通讯，由井上控制中心和井下若干控制分站构成，现场总线将井下各PLC控制分站与井上控制中心进行联网，站与站之间的通讯连接介质采用的是屏蔽双绞线。后期的升级改造过程中，网络结构采用了更先进的环形以太网通讯，将整个皮带集控系统组成一个环网，站与站之间的通讯介质采用光纤，使改造后的系统更加可靠，但在系统升级改造的过程中，对于在系统末端使用的带式输送机集控设备，原有的设备和通讯模块均可以正常使用，将以太网通讯与MPI通讯两种通讯控制方式同时运行，就可以达到降低矿井投入成本的目的。该文阐述了以太网通讯与MPI通讯双模通讯控制方式的应用，为同行提供一些借鉴。

1  MPI网络概述

MPI是Multi Point Interface（多点接口）的缩写，每个SIMATIC CPU的第1个通信接口都集成了MPI通信协议，不必添加CP（通信处理器）就可以将S7设备连接到MPI网络中。MPI通信网络的物理层是RS-485，最大传输速率为12Mbit/s，默认的传输速率为187kbit/s。与S7-200 PLC通信时只能指定19.2kbit/s的传输速率。两个相邻节点的最大传输距离为50m，加中继器后为1000m，使用光纤和星形连接时最长为23.8km。MPI网络最多可以连接32个节点，MPI通信是一种比较简单的通信方式，当通信速率要求不高、通信数据量不大时，可以采用该通信方式。

西门子PLC S7-200/300/400 CPU上的RS485接口不仅是编程接口，同时也是一个MPI的通讯接口，在没有额外硬件投资的状况下，可以实现PG/OP、全局数据通讯以及少量数据交换的S7通讯等通讯功能。其网络上的节点通常包括S7 PLC、TP/OP、PG/PC、智能型ET200S以及RS485中继器等网络元器件，其网络结构可配置为如图1所示。

2  项目网络架构

本工程项目最早于2003年实施，由于当时技术和资金条件的限制，PLC全部采用西门子的S7-314，该PLC具有一个西门子专有的MPI接口，井下PLC通过MPI电缆连接在一起，形成井下MPI网络，在通过光纤收发器，将电信号转成光信号，在地面的调度室，再用光纤收发器将光信号转换成电信号，在控制计算机配置西门子的MPI通信卡CP5611或者CP5613，用MPI电缆将计算机的通讯卡和光纤收发器连接，这样就形成了整个系统的MPI控制网络，通过控制计算机对PLC进行编程、组态、监控。系统结构如图2所示。

随着工业以太网的发展，在工业控制中，工业以太网越来越得到广泛的应用，因此对整个网络架构进行了部分改造，将部分314PLC换成315-2pn/dp，采用以太网跟地面交换机进行通信，这样提高了网络的可靠性，

但是因为改造资金的原因，还保留了部分314PLC，保留部分PLC还采用原有的MPI网络，地面的控制计算机依然还得跟井下的314PLC通讯，如果还把井下的MPI网络延伸到地面，那么控制网络显得庞大、复杂。如何使得地面控制计算机依然对井下MPI网络井下控制，这就是项目所需要解决的问题，因此就需要采用路由功能，将315PLC看成一个网关。

“S7路由”是指在西门子工业通信网络中;跨越两个或多个子网（MPI、PROFIBUS和工业以太网）进行网络访问。S7路由属于PG/OP（编程设备/操作员面板）通信服务功能，通过它可以实现跨网络的PG/OP通信，例如，用编程计算机的普通以太网卡，访问PROFIBUS网络和MPI网络中的设备。PG可以在某个固定点（一般是主控室）访问所有在S7项目中组态的S7站点，下载用户程序和硬件组态，或者执行测试和诊断功能。还可以用S7路由功能实现跨网络的HMI与PLC的通信。

凡是涉及路由功能都需要一个或者多个网关（S7 CPU或通信处理器）。网关是指一个跨接在两个网段上，并且可以实现两个网段之间的数据交换的设备。在S7路由中，网关由多个接口连接到两个或更多的子网，这些子网可以使用相同的或不同的通信协议。S7-315-2pn/dp站就是一个网关，它的以太网接口和MPI接口使该站跨接在以太网和MPI网络上。为了使用路由功能，需要组态PG/PC站。以太网上的PG/PC站可以通过S7-315的路由功能访问MPI网络上的S7-314站。

在组态网络时，STEP 7自动地为网关生成特定的“路由表”。路由表是特殊的系统数据，必须下载到网关。此后，编程设备可以通过网关搜索到指定的PLC的通信路径。为了实现路由功能，应在同一个项目中组态网络，CPU应下载该项目完整的网络组态信息。改造以后的控制网络架构如图3所示。

3  结语

本方案基于西门子CPU模块通讯接口的路由功能，实现了不同通讯方式同一个接口传输的功能。开创了以太网通讯与MPI通讯双模通讯控制方式。使部分旧设备和模塊继续得以使用，在最大化发挥集控系统功能的基础上，达到了降低矿井生产成本的目的，取得了良好的效果。

参考文献

[1] 周志敏.西门子PLC通信网络解决方案及工程应用实例[M].北京：机械工业出版社，2014.

[2] 向晓汉.西门子PLC工业通信完全精通教程[M].北京：化学工业出版社，2013.

[3] 姜建芳.西门子工业通信工程应用技术[M].北京：机械工业出版社，2016.

[4] 王舒华.西门子S7-300 PLC及工业网络基础应用[M].北京：电子工业出版社，2015.