基于CC-Link的網(wǎng)絡(luò )控制系統構建

1 引言

網(wǎng)絡(luò )化控制系統(networked controlsystem)是近十幾年來(lái)隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和計算機應用技術(shù)的飛速發(fā)展而出現的一種新的控制系統，它的出現不僅順應了現代科技的發(fā)展趨勢，而且反映了在以信息科學(xué)為支柱的新世紀中，各種學(xué)科理論及應用交叉、滲透和融合的發(fā)展趨勢。因此，網(wǎng)絡(luò )化控制系統受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注。

由于網(wǎng)絡(luò )化控制系統兼有網(wǎng)絡(luò )和控制的特點(diǎn)，既是計算機和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)向控制領(lǐng)域的延伸和發(fā)展，又是控制系統向網(wǎng)絡(luò )化、集成化、分布化、智能化發(fā)展。因此，對于網(wǎng)絡(luò )化控制系統的研究不僅具有重大的理論價(jià)值，更具有廣闊的應用前景。

cc-link是control communicationlink(控制與通信鏈路系統)的簡(jiǎn)稱(chēng)，是由三菱電機為主的多家公司于1996年底推出的開(kāi)放式現場(chǎng)總線(xiàn)。具有高速的數據傳輸速率，傳輸距離長(cháng)，是一個(gè)性能卓越(功能豐富)、使用簡(jiǎn)單、低成本總線(xiàn)協(xié)議、應用廣泛的開(kāi)放式現場(chǎng)總線(xiàn)。目前，cc-link在世界范圍內的推廣普及已經(jīng)成為一種趨勢，國內也有許多成功應用cc-link的實(shí)例。

本課題是在校園節能控制系統中采用cc-link現場(chǎng)總線(xiàn)，實(shí)現對教學(xué)樓用電設備進(jìn)行監控以達到節能的目的。

2 系統硬件電路構成

cc-link在實(shí)際應用中不但表現優(yōu)異而且硬件搭建和系統組態(tài)都非常簡(jiǎn)單。只需使用通用的plc編程軟件在主站中進(jìn)行簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò )參數的設置，便可以完成系統組態(tài)和數據刷新設定工作，并且一旦網(wǎng)絡(luò )中的模塊出現故障，可以迅速更換[3]。

本課題是利用三菱的q plc和cc-link總線(xiàn)構建校園電器設備遠程可視化監控管理系統。系統的構成如圖1所示。

圖1中，遠程設備站由fx2nplc作為控制器，對教學(xué)樓中多個(gè)教室電器設備的運行情況進(jìn)行監控，并通過(guò)觸摸屏實(shí)時(shí)顯示。下面以一個(gè)遠程設備站的控制為例介紹系統的實(shí)現。

3 控制方案實(shí)現

在正常上課期間，由觸摸屏實(shí)時(shí)顯示教室電氣設備運行情況，自動(dòng)控制系統不工作;在非上課時(shí)間，則啟動(dòng)自動(dòng)控制系統，對教室電氣設備進(jìn)行監控，避免教室中人數很少而所有電氣設備開(kāi)啟造成能源浪費。對某一間教室進(jìn)行監控的原理框圖如圖2所示。

在教室中的相關(guān)地點(diǎn)設置了溫度和亮度傳感器，教室的每個(gè)門(mén)口設置了光電開(kāi)關(guān)以判斷教室中的人數，通過(guò)亮度傳感器檢測當前教室的實(shí)際采光情況和人數來(lái)控制室內是否開(kāi)燈以及開(kāi)燈的數量，利用溫度傳感器檢測教室當前的溫度以及人數來(lái)控制電扇或空調的開(kāi)關(guān)。本項目中亮度傳感器采用的是光電池，光電池無(wú)需外加電源就能直接把光能轉換為電能，其優(yōu)點(diǎn)是性能穩定、光譜范圍寬、頻率特性好、線(xiàn)性度高、轉換效率高等[4]，利用光電池將光信號轉換成電壓信號，通過(guò)fx2n-4ad模塊將數字量送入plc;溫度傳感器選用的是lm35d，該傳感器采用了差分管等線(xiàn)性化技術(shù)，提高了溫度傳感器的線(xiàn)性度[5]，本項目中將室內溫度設定在0-500c范圍，采用全溫度測量接線(xiàn)方式，并將信號放大10倍接到fx2n-4ad模塊;光電開(kāi)關(guān)選用的是gh5-w5-2j，優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強，產(chǎn)生的脈沖信號穩定，將兩對光電開(kāi)關(guān)前后安裝在教室門(mén)框上用于計數，當有人出入教室時(shí)，產(chǎn)生的脈沖信號直接送入plc，實(shí)現人數的判斷。

根據室內人數，控制用電設備開(kāi)啟的數量。本項目的設計為：將一間教室劃為四個(gè)區域，以5人為基數，少于5人，只允許開(kāi)一個(gè)區域的照明燈和電扇，5-10人，允許開(kāi)二個(gè)區域的照明燈和電扇，10-15人，允許開(kāi)三個(gè)區域的照明燈和電扇，大于15人，允許開(kāi)四個(gè)區域的照明燈和電扇。當教室沒(méi)有人時(shí)，系統會(huì )自動(dòng)關(guān)斷所有用電設備。程序流程圖如圖3所示。

程序設計中，首先判斷教室中的人數，然后根據溫度和亮度確定允許打開(kāi)風(fēng)扇和照明燈的數量。出于人性化考慮，具體開(kāi)哪個(gè)區域的風(fēng)扇和照明燈可以由使用者自行決定。

cc-link網(wǎng)絡(luò )中的人機界面選用的是三菱公司的got-a900型觸摸屏。主要用來(lái)監控各教室設備的運行狀況，并能強制起停電氣設備。觸摸屏的設置主要包括控制模式設置界面、教室監控界面等多幅功能界面，如圖4是某教室監控畫(huà)面，它不僅實(shí)時(shí)監控教室電器設備運行情況，同時(shí)還能顯示教室當前的溫度、人數等相關(guān)信息，使得教室的整個(gè)情況一目了然。

4 結束語(yǔ)

這種基于現場(chǎng)總線(xiàn)的控制方案，使系統結構得到簡(jiǎn)化，降低控制系統的安裝成本和維護費用，可實(shí)現穩定可靠的運行效果，并且可對系統做出及時(shí)的故障診斷，極大的方便了系統的維護，大大的降低了系統維護的成本。

本套系統對教學(xué)樓用電設備管理系統進(jìn)行了優(yōu)化，使教學(xué)樓內電器設備開(kāi)啟數量受室內溫度、人數和光線(xiàn)強弱的約束，所以該系統可以有效的節約電能，杜絕浪費現象的發(fā)生。同理，對于校園內其他用電設備也可以采用上述方式，如圖書(shū)館和辦公大樓的中央空調，可以通過(guò)變頻器調節溫度，變頻器直接連接到cc-link網(wǎng)絡(luò )上。此種控制思路同樣可用于車(chē)間多臺變頻器的群控系統之中，操作和控制都非常方便。