1、引言
    工業自動化系統逐步向分布式、智能化的實時控制方面發展，用戶對統一的通信協議和網絡的要求也日益迫切，其控制系統之間的通信成為關鍵。工業以太網技術和應用的發展，提高了通信速率使網絡負荷減輕和傳輸延時減少，網絡碰撞幾率下降；采用雙工星型網絡拓撲結構和以太網交換技術，避免了沖突；再加上全雙工通信方式保障通信的實時性，使以太網技術進入工業自動化領域成為必然。
    隨著煤炭行業的快速發展，大運量、長距離帶式輸送機在煤礦上得到廣泛應用，越來越要求帶式輸送機的控制系統滿足遠程監控、遠程調度，并且能無縫連接到煤礦現有的調度平臺和網絡基礎平臺上。因此，開發基于工業以太網技術結合現場總線技術的帶式輸送機控制系統，對于煤礦提高生產率和保證安全生產起到重要的作用。本文結合實際介紹了工業以太網在帶式輸送機電控系統中的硬件結構和軟件組成。
2、控制系統結構設計
    本控制系統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，單純采用現場總線技術進行數據連接保證集控的實現就會有大量的接線出現，系統維護很不方便。因此，考慮每條皮帶機的控制系統采用基于現場總線技術構建PLC控制系統實現單機控制，多條皮帶控制系統之間采用工業以太網技術構建，傳輸介質采用單模光纖，大大地簡化了系統接線，保證集中控制的實時性和準確性，并使整個控制系統維護很方便。整個系統配置框圖如圖1所示。
    控制系統采用主從站方式，實現集中管理、分別控制，可以隨時根據需要變更主從站的屬性，提高系統的柔性化，方便生產的需要。在作為控制主站的電控系統中，配置了帶有防爆觸摸屏的操作臺，并配置人性化設計的按鈕，實現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控，并可以對其它子系統進行訪問和控制，還可以通過工業以太網經過授權認可后訪問其它井下皮帶監控系統。
    防爆觸摸屏選用Pro-face GP系列觸摸屏組成，其內嵌以太網接口，易于嵌入到工業以太網中實現實時數據通訊；支持多種協議和多種控制器，可連接到現場總線中，滿足控制系統的需求。
    帶式輸送機電控系統采用羅克韋爾公司的SLC500系列構建PLC控制系統。PLC的CPU模塊選用帶有標準以太網接口的SLC5/05處理器，以太網通訊能力為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絡。通過自帶的RS-232接口，用于和防爆觸摸屏數據通訊和數據交換。
    系統選用用于高溫環境下的工業以太網交換機，可以適應惡劣的煤礦井下工業環境，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、易爆等危險環境，信號傳輸衰減較小，保證控制系統的實時性。
    考慮到該控制系統要能無縫連接到目前井下已有的監控系統，每個控制子系統又相距較遠，而且井下已有的監控系統所采用的控制網絡以及通訊協議又各不相同，工業以太網開放性、通用性、易于組網的特性使各個控制網絡協調統一成為可能。基于這種考慮，在每個控制子系統里都預留工業以太網的接口，通過防爆交換機構建以太網環網結構，保證被監控信息即使在部分通訊網段出現網絡故障時信息不會丟失，自愈時間小于300ms，提高該控制系統的安全性和可靠性。
3、軟件組成及功能
    主要包括基于現場總線技術的PLC控制系統軟件（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配置lP地址，用于構建以太環網。PLC控制系統軟件編程前需要通過Rslogix500軟件對PLC進行設置以及通過Rslinx配置每個控制子系統的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的槽位置，并且為機架選擇電源。雙擊工程目錄， 內的“I/O Configuration”一項，在窗口右側的列表框中按照PLC各模塊的實際排列順序依
    次選擇相對應的型號，拖放至對應的位置。或者可以單擊窗口中的“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組態窗口，這樣可以節省大量時間。最后，單擊“Power Supply”按鈕，在選擇的模板配置基礎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，每個控制子系統涉及的設備較多，
程序量較大，故采用模塊化的設計。根據系統的工藝流程、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計，使之與觸摸屏實現數據交互，達到實時數據通訊的目的，使監視數據一目了然，方便操作。
要實現不同控制子系統的數據聯絡和數據通訊，基于本系統而言，通過使用MSG指令實現不同子系統的數據交互，實現跨系統的數據訪問。故通過Rslinx軟件配置子系統IP地址，在每個子系統里配置MSG指令，在每個子系統里通過調用MSG指令實現遠程數據交互。MSG指令結構如圖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控界面。在觸摸屏上可以顯示每個子系統中所有設備的工況、所有保護傳感器的信號以及詳細的故障內容。考慮到需要顯示的內容較多，觸摸屏的顯示尺寸有限，為便于編輯和現場操作，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、2#控制子系統、…、N#空制子系統、驅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，可以實現在操作臺上用本安按鈕代替人點擊觸摸屏動作，實現顯示畫面的翻頁、控制按鈕的動作實現，解決了觸摸屏無法在煤礦井下危險環境下使用的難題。