矿用KXJ-127型PLC控制箱接入矿井自动化平台的研制

李世灿

摘要：随着国家“智慧矿山”建设战略的推进，煤矿机电设备自动化程度逐渐提高，某矿通过对产品KXJ-127型PLC控制箱增加通讯功能，使其具有远程通讯功能，能够接入矿井自动化平台，能够实现地面与井下集中控制，对所控制的设备实现远程操作，为实现矿井自动化提供有效的控制设备。

Abstract： With the advancement of "smart mine" construction strategy in China， the degree of automation of coal mine mechanical and electrical equipment has gradually increased. A mine has added a communication function to the product KXJ-127 PLC control box to make it have a remote communication function， can be connected to the mine automation platform， can achieve centralized control of the ground and underground， realize remote operation of the controlled equipment， and provide effective control equipment for realizing mine automation.

關键词：PLC控制箱;自动化;远程集控

Key words： PLC control box;automation;remote centralized control

中图分类号：TD611                                       文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）17-0143-02

0  引言

PLC控制箱是某矿自主研发的机电设备控制产品，能够实现现场数据的采集分析，控制指令的发出，主要用于煤矿井下机电产品的控制，可以用于KS-RO系统水处理设备，无极绳绞车，架空乘人装置，皮带机，单轨吊车的控制。

随着矿井生产技术升级，对各类机电产品远程控制的市场需求越来越高，为了我中心的控制箱产品增强其市场竞争能力，对其增加通讯功能的形势显得尤为迫切。通过该研发项目可以积累较多的设计经验用于我厂今后类似产品的设计和生产中，因此，该项目立项需求有明确的指导思想。

该产品在增加通讯功能后，可以实现远程的设备控制和状态显示，从原先的现场闭环控制产品升级成为可远程控制产品，在技术上得到升级，产品技术含量增加。

1  研究目标

①使控制箱产品具有两种通讯协议：RS485通讯协议和以太网通讯协议。

②能够并入矿井自动化平台上，实现集中控制和现场控制两种控制方式。

③设计水处理设备与自动化平台的接入方案，实现水处理设备与矿井自动化平台的接入。

④完善设计，使该技术扩展应用到其他自动控制系统中。

⑤形成自主研发创新能力，积累设计经验、实现自主研制的矿用PLC的通讯技术具备市场竞争力。

2  项目研究和技术开发内容

根据确立的研发目标，对PLC进行分析，由于PLC产品是目前市场上较为成熟的产品，其本身自带RS232通讯接口，因此要实现RS485通讯协议和以太网通讯协议，需要将硬件系统进行增加，用模块化的通讯协议转换器实现上述功能。为此，主要研发工作重点如下：

2.1 控制箱通讯方式的选型

控制箱采用的PLC是国内生产的兼容三菱FX1N系列的产品，其本身自带一个DB9接口和两个MD8接口。其中DB9接口用于PLC的组态使用，被占用。另有2个MD8接口空闲，选用其中之一。该接口为RS232通讯接口，属于串行通讯方式。其缺点是设备间通讯距离如不采用MODEM，传输距离不超过15m。

根据此特点，控制箱通讯不适合采用RS232通讯接口，因为控制箱的使用地点为井下工作面，如果要与矿井自动化管理平台进行通讯，其物理连线距离往往要大于1公里以上，因此，要选用通讯距离长，抗干扰强的通讯方式。RS485通讯接口具有上述优点。RS485通讯接口通常被用作为一种相对经济、具有相当高噪声抑制、相对高的传输速率、传输距离远、宽共模范围的通信平台。同时，RS-485电路具有控制方便、成本低廉等优点。

另外，工业以太网通讯方式是目前越来越多的现代化矿井自动化管理平台建立所选用的通讯方式。在今后有着广泛的应用，因此该通讯方式是控制箱必选的通讯方式之一。由于RS485通讯协议可通过目前市场上成熟的接口转换器，能够快速实现以太网通讯协议服务器建立，因此本研发目标确定的使控制箱具备两种通讯方式的目标可以实现。

根据以上两种确定的通讯协议，下步的具体工作是为实现通讯协议硬件的建立，对通讯模块进行选型。

2.2 控制箱通讯模块硬件的选型

由RS232通讯接口转RS485通讯接口，目前市场产品琳琅满目，各种转换器可选型号较多。根据煤矿井下生产环境的特点，光电隔离的信号转换器成为必选，光电隔离型转换器通讯示意图见图1。

使控制箱具备目前应用最广泛的以太网通讯方式，为研发的重点，在通讯模块的选择上，选择了MOXA公司的MiiNePort E3系列产品，该产品具有的优点是：可以使传统的串口设备立刻具备复杂联网的功能，大大简化了研发产品的上市时间。MiiNePort E3支持10/100 Mbps以太网，串口波特率最高可达921.6Kbps，有多种即用型操作模式可选，并只需少量电力，工作电压为DC3.3V或者5V。MiiNePort E3可在很短的时间内将任何带有标准串口的设备转换成以太网设备。另外，MiiNePort E3的尺寸与RJ45接口相同，易于与任何现有的串口设备进行匹配。

该模块重量仅为12g，体积小，布置方便，其四角上有预制的固定孔，用直径4mm螺栓可以方便的固定到电控箱内，而其体积仅为：35×52.5×18mm，，在空间狭小的控制箱的腔体内，较少占据宝贵的内部空间。

本研发方案使用其上的JP4串口接口和RJ45接口。其中JP4接口的形式为20针针式插座，因此需要使用一根插排线，插排线的一端为DB9接口，另一端为20针双排压接头，其双排针脚的定义，该模块使用的方案示意图见图2。

2.3 通讯模块的硬件设置

MiiNePort E3需要预先进行硬件设置才能够使用，其本身不具备接口与计算机连接，需要有开发板支持，对其硬件先通过软件进行预设。

串口服务器的设置主要有串口部分连接和RJ45口的连接硬件的设置主要是先将MiiNePort E3进行串口地址设置和以太网设置。

将MiiNePort E3的RJ45口与计算机的网卡用双绞线网线连接。

运行管理软件：NPort Search Utility，该软件主要用于搜索MiiNePort模块和分配IP地址。由于windows系统使用广泛，因此本研发方案以windows操作系统为例。

①NPort Search Utility将找到网络上的MiiNePort模块，可以用它将主机IP 与MiiNePort E3的IP 设定在同一网段中，默认IP：192.168.127.254，在今后客户使用控制箱中需将IP地址改动成矿井以太网IP地址段，在此，使用默认IP。

②選择相对应的MiiNePort E3双击，会进入web配置界面。

③进入 web 配置界面后，在“Operating Mode”下，选择对应端口为Real COM Mode。

④选择“Real COM Mode”模式后，使用“NPort Windows Driver Manager”软件映射端口，该软件是设置MiiNePort E3模块应用软件之一，主要用于MiiNePort E3模块的端口映射和设置端口号。

点击“add”图标，会出现选择列表窗口，搜索到已设置的模块选项。

⑤模块与PLC通讯的软件测试。

MiiNePort E3模块设置完成后，用一根转换线将控制箱内PLC上的MD8接口与MiiNePort E3模块上的20P针形接口连接，用双绞线将模块上的RJ45接口与计算机模块连接，用计算机作为主机，模拟以太网通讯主机，运行GX Developer，接通控制箱电源，点击“在线”，选择“监视”，进入监视（写入模式），再选择“调试”中的“软元件测试”，将PLC程序里的输入元件X1设置为“ON”，PLC上的X1端子指示灯亮起，标志着通讯成功。标志着该项目研发目标实现。

该项目研发成功，增加了产品技术附加值和市场竞争力，还为今后研发类似产品积累了经验，缩短研发产品的周期和程序。该产品具有达到了国内同类产品先进水平，是矿井自动化控制设备的必须产品。

参考文献：

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