2 系統(tǒng)設(shè)計

　　2.1綜采工作面的集中控制

　　目前，我國大部分綜采工作面的大型設(shè)備都采用智能型組合電器進(jìn)行集中控制，其中HT6L1-400Z/1140智能型組合開關(guān)是應(yīng)用較為廣泛的一種，它可以對綜采工作面的采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)等進(jìn)行集中控制和保護(hù)。盡管該組合開關(guān)中的S7-200 PLC具有RS485接口，但它并不具備通訊功能，更不能與現(xiàn)有安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控主干網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。以Modbus總線技術(shù)為監(jiān)測監(jiān)控主干網(wǎng)的安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦井下所占比例比較高，為了兼容Modbus現(xiàn)場總線，組合電器中的PLC（監(jiān)控分站）在對工作面電氣設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)控的同時必須支持遠(yuǎn)程監(jiān)測與控制，即該監(jiān)控分站對各個電機(jī)回路進(jìn)行實時監(jiān)測、控制和保護(hù)的同時，還能響應(yīng)主站的輪詢，將各負(fù)載的電壓、電流、運行狀態(tài)及故障信息上傳；此外該監(jiān)控分站還支持主站的控制命令，如強(qiáng)制多線圈命令（功能碼為十六進(jìn)制數(shù)0F）、寫多個寄存器命令（功能碼為十六進(jìn)制數(shù)10）等。

　　2.2 硬件設(shè)計

　　HT6L1-400Z/1140智能型組合電器的測控系統(tǒng)由信號檢測、信號采集、信號處理、控制方式轉(zhuǎn)換、漢字顯示和PLC組成，可以獨立完成對六路負(fù)荷的控制與保護(hù)。該測控系統(tǒng)能完成漏電閉鎖、過載、短路、斷相、欠壓和過壓等保護(hù)功能，其先導(dǎo)回路為本質(zhì)安全型電路。它有單回路獨立控制、多回路程序控制、單機(jī)雙速控制和雙機(jī)雙速控制四種運行方式，具有智能化程度高、性能穩(wěn)定、動作可靠等優(yōu)點。

　　為了提高監(jiān)控軟件的通用性，使操作人員可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實際情況手動設(shè)置該監(jiān)控分站的通訊參數(shù)，避免因網(wǎng)絡(luò)參數(shù)變化而不得不修改軟件，設(shè)計了通訊參數(shù)（波特率、校驗方式、從站地址等）的撥碼盤輸入電路。通訊參數(shù)的輸入需要五片撥碼盤來完成，其中前三片用來設(shè)置站地址1~247;第四片設(shè)置波特率（0~7分別代表1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600、115200（bps）等八種波特率）；最后一片用來設(shè)置奇偶校驗方式（0~2分別代表無校驗、奇校驗、偶校驗）。此外，為了禁止異地同時對綜采工作面大型設(shè)備操作，避免意外事故的發(fā)生，在該智能型組合開關(guān)的測控系統(tǒng)中增加一轉(zhuǎn)換接點，用它提供的兩種互斥狀態(tài)分別作為現(xiàn)場控制與遠(yuǎn)程控制的使能標(biāo)志，這樣就避免了現(xiàn)場控制和遠(yuǎn)程控制同時有效的可能。

　　HT6L1-400Z/1140智能型組合電器的中央處理單元為西門子S7-200 PLC（CPU 226）[3],只要編制相應(yīng)的通訊軟件，就能很好的支持Modbus協(xié)議，進(jìn)而與上位機(jī)實現(xiàn)通訊。在這種情況下，CPU 226僅有端口Port0支持Modbus遠(yuǎn)程通訊協(xié)議[4],而端口Port1用于與測控系統(tǒng)中液晶顯示器TP7的通訊。

　　2.3 軟件設(shè)計

　　通訊軟件是在STEP7-Micro/WIN編程軟件環(huán)境下設(shè)計的，其指令庫包含專為Modbus通訊設(shè)計的子程序和中斷服務(wù)程序[4],使得測控系統(tǒng)通訊軟件的編制簡單易行[5].

　　2.3.1 軟件編制

　　HT6L1-400Z/1140智能型組合開關(guān)測控系統(tǒng)本身無論是硬件還是軟件都已經(jīng)很成熟，并且其本身智能化程度比較高，也有支持上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測監(jiān)控的硬件基礎(chǔ)，所以如何把監(jiān)控程序很好地融合于測控系統(tǒng)的軟件中是本分站軟件編制的重點和難點。

　　監(jiān)控分站的軟件流程圖如圖1所示。初始化包括原系統(tǒng)軟硬件初始化和Modbus通訊初始化，通訊初始化在程序中只需要執(zhí)行一次。初始化完成后，操作者可以通過液晶顯示器TP7的整定值顯示畫面查看通訊參數(shù)及電流整定值的正確與否。該Modbus通訊程序?qū)崟r檢測并響應(yīng)主站請求，一方面向主站上傳各被控電機(jī)的工況參數(shù)，包括運行方式、分合閘狀態(tài)、電流、電壓、故障狀態(tài)及故障參數(shù)等；另一方面該監(jiān)控分站還支持主站的控制命令，如強(qiáng)制單線圈或多線圈、寫單寄存器或多寄存器命令等。該監(jiān)控分站支持的主站命令如表2所示。

　　表2. 該分站支持的主站命令

　　2.3.2 軟件組態(tài)

　　用STEP7-Micro/WIN編制完程序后，還需要對通訊程序塊進(jìn)行組態(tài)，包括符號表組態(tài)、通訊數(shù)據(jù)區(qū)配置和指令參數(shù)的配置等，否則它就不是一個統(tǒng)一的整體。

　　符號表組態(tài)是對通訊程序的符號表分配780個字節(jié)的V區(qū)地址空間，它不能與通訊數(shù)據(jù)區(qū)有任何重疊。

　　通訊數(shù)據(jù)區(qū)配置就是對需要上傳的電壓、電流、系統(tǒng)狀態(tài)及故障信息等參數(shù)存儲空間的配置。該分站需要分配20個字空間來實時存儲這些參數(shù)，包括六路整定電流、系統(tǒng)狀態(tài)、系統(tǒng)電壓、六路運行狀態(tài)及六路工作電流，具體的存儲格式如表3所示。考慮到將來系統(tǒng)的擴(kuò)容，該通訊數(shù)據(jù)區(qū)留有一定的裕度，這里實際分配了32個字空間。