基于CC—Link網(wǎng)絡(luò )的PLC控制系統的設計

0 引 言

隨著(zhù)計算機信息網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的飛速發(fā)展，以PLC為核心的工業(yè)控制系統也向著(zhù)大規模、網(wǎng)絡(luò )化方向發(fā)展。各PLC生產(chǎn)企業(yè)都開(kāi)發(fā)有自己的網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)品，并不斷增強其網(wǎng)絡(luò )的聯(lián)接能力。三菱公司的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)品很豐富，可以構成各種檔次的網(wǎng)絡(luò )系統，以適用于各種層次的工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò )的不同需求。其最具代表性的三種網(wǎng)絡(luò )為：信息與管理層的以太網(wǎng)(Ethernet)、管理與控制層的局域令牌網(wǎng)(ELSECNET／H)、CC一Link開(kāi)放式現場(chǎng)總線(xiàn)設備網(wǎng)。本文僅對CC—Link開(kāi)放式現場(chǎng)總線(xiàn)設備網(wǎng)進(jìn)行研究。

1 CC—Link網(wǎng)絡(luò )的特點(diǎn)及功能

1．1 CC—Link網(wǎng)絡(luò )的特點(diǎn)

CC—Link(Control&Commurlication Link，控制與通信鏈路系統)，是三菱電機新近推出的開(kāi)放式現場(chǎng)總線(xiàn)，其數據容量大，通信速度多級可選擇，而且它是一個(gè)復合的、開(kāi)放的、適應性強的網(wǎng)絡(luò )系統，能夠適應于較高的管理層網(wǎng)絡(luò )到較低的傳感器層網(wǎng)絡(luò )的不同范圍。CC—Link是一個(gè)以設備層為主的網(wǎng)絡(luò )，一般情況下，CC—Link整個(gè)一層網(wǎng)絡(luò )可由1個(gè)主站和64個(gè)從站組成。網(wǎng)絡(luò )中的主站由PLC擔當，從站可以是遠程I／O模塊、特殊功能模塊、帶有CPU和PLC本地站、人機界面、變頻器及各種測量?jì)x表、閥門(mén)等現場(chǎng)儀表設備。且可實(shí)現從CC—Link到AS—I總線(xiàn)的聯(lián)接。CC—Link具有高速的數據傳輸速度，最高可達10 Mb／s。CC—Link的底層通信協(xié)議遵循RS 485，一般情況下，CC—Link主要采用廣播一輪詢(xún)的方式進(jìn)行通信，CC—Link也支持主站與本地站、智能設備站之間的瞬間通信。

1．2 CC—Link網(wǎng)絡(luò )的功能

CC—Link網(wǎng)絡(luò )具有完善的RAS(Reliability，A—vailability，Serviceability)功能。即自動(dòng)返回、切斷從站、通過(guò)鏈接繼電器／寄存器的錯誤檢測功能。

2 CC—Link總線(xiàn)通信

2．1 CC—Link的通信原理

CC—Link的通信形式可分為2種方式：循環(huán)通訊和瞬時(shí)傳送。循環(huán)通訊意味著(zhù)不停地進(jìn)行數據交換。各種類(lèi)型的數據交換即遠程輸入RX，遠程輸出RY和遠程寄存器RWr，RWw。一個(gè)從站可傳遞的數據容量依賴(lài)于所占據的虛擬站數。占據一個(gè)從站意味著(zhù)適合32位RX和／或RY，并以每4個(gè)字進(jìn)行重定向。如果一個(gè)裝置占據兩個(gè)虛擬站，那么它的數據容量就擴大了一倍。除了循環(huán)通信，CC—Link還提供主站、本地站及智能裝置站之間傳遞信息的瞬時(shí)傳送功能。信息從主站傳遞到從站，信息數據將以150 B為單位分割，并以每批150 B傳遞。若從從站傳遞到主站或其他從站，每批信息數據最大為34 B。瞬時(shí)傳送需要由專(zhuān)用指令FROM／TO來(lái)完成，瞬時(shí)傳送不會(huì )影響循環(huán)通信的時(shí)間。限于篇幅，本文只介紹了主站與遠程設備站之間的通信關(guān)系，其通信關(guān)系如圖1所示。主站與遠程設備站之間的通信原理如下：

(1)PLC系統電源接通時(shí)，PLC CPU中的網(wǎng)絡(luò )參數傳送到主站，CC—Link系統自動(dòng)啟動(dòng)；

(2)遠程設備站的遠程輸入RX自動(dòng)儲存在主站的“遠程輸入RX”緩沖存儲器中；

(3)儲存在“遠程輸入RX”緩沖存儲器中的輸入狀態(tài)儲存到用自動(dòng)刷新參數設置的CPU軟元件中；

(4)用自動(dòng)刷新參數設置的CPU軟元件開(kāi)／關(guān)數據存儲在“遠程輸出RY”緩沖存儲器中；

(5)根據“遠程輸出RY”緩沖存儲器中存儲的輸出狀態(tài)，遠程輸出RY自動(dòng)設定為開(kāi)／關(guān)(每次鏈接掃描的時(shí)候)；

(6)用自動(dòng)刷新參數設置的CPU軟元件的傳送數據存儲在“遠程寄存器RWw”緩沖存儲器中；

(7)存儲在“遠程寄存器RWw”緩沖存儲器中的數據自動(dòng)送到每個(gè)遠程設備站的遠程寄存器RWw中；

(8)遠程設備站的遠程寄存器RWr的數據自動(dòng)存儲在主站的“遠程寄存器RWr”緩沖存儲器中；

(9)存儲在“遠程寄存器RWr”緩沖存儲器中的遠程設備站的遠程寄存器RWr數據存儲在用自動(dòng)刷新參數設置的CPU軟元件中。

2．2 CC—Link通信的初始化

CC—Link通信的初始化實(shí)際上就是指CC—Link的網(wǎng)絡(luò )參數設置。網(wǎng)絡(luò )參數指：站的信息和站號。通信的初始化對于啟動(dòng)數據鏈接非常重要，CC—Link通信初始化設置方法只要在三菱GPPW編程軟件的網(wǎng)絡(luò )配置菜單中設置相應的網(wǎng)絡(luò )參數，遠程I／O信號就可自動(dòng)刷新到CPU內存，還能自動(dòng)設置CC—Link遠程元件的初始參數。

3 CC—Link網(wǎng)絡(luò )控制系統的設計

3．1 網(wǎng)絡(luò )控制系統的構成

圖2為爐窖網(wǎng)絡(luò )控制系統原理圖?？刂葡到y設計4條生產(chǎn)線(xiàn)，圖2只給出爐窖網(wǎng)絡(luò )控制’系統中的1條生產(chǎn)線(xiàn)，其余3條從站的配置是相同的。為了提高整個(gè)控制系統的安全性以及可靠性，系統采用了雙機冗余措施。在雙主機系統中，二者處于對等地位，并且同時(shí)可以監測對方的運行情況以及網(wǎng)絡(luò )的沖突偵聽(tīng)，并相互間傳遞心跳信息，一旦發(fā)現對方系統出現故障或者連接的網(wǎng)絡(luò )故障，監測方立即接管測控任務(wù)，從而保證了系統在任何時(shí)候系統主機的完整性和完好性，只要主機和網(wǎng)絡(luò )安全，控制系統便會(huì )安全，實(shí)時(shí)性便可得到保證。兩臺冗余主機的配置均采用Q系列CPU，CC—Link總線(xiàn)模塊QJ61BTll，QJ71E71—100以太網(wǎng)模塊，主機配置相同以保證二者的相近似，滿(mǎn)足系統相似性原理，對控制系統的安全性設計提供了保證。

從站采用Q02H CPU智能控制單元，主要作用是管理模擬量采集(A／D)模塊、模擬量輸出(D／A)模塊、數字量輸入(DI)／數字量輸出(DO)的端口I／0操作以及計數定時(shí)模塊的設定，并且將所采集的數據負責上傳到主站，并從主站獲得的控制參數下傳到模擬量輸出、數字量輸出模塊，控制相應的執行結構。A／D，D／A，DI／DO以及計數定時(shí)模塊分別用于采集煅燒爐中的溫度、給控制三相異步電機旋轉的變頻器提供O～10V控制信號源、控制電機的起停以及監測控制開(kāi)關(guān)的狀態(tài)、控制三相異步電機旋轉的時(shí)間等。模塊的選用為：模擬量采集：AJ65BT一64AD；模擬量輸出：AJ65BT一64DAV；數字量輸入／輸出：AJ65BTB2—16DR；熱電偶輸入：AJ65TB一68TD；高速計數器：AJ65BT—D62。

為了將系統集成為具有測量、控制、管理功能于一體的測控系統，在車(chē)間級的Intranet中集成了生產(chǎn)在線(xiàn)數據庫以及控制參數與工藝數據庫服務(wù)器，生產(chǎn)在線(xiàn)數據庫服務(wù)器主要用于管理當日當班的人員、計劃調度以及生產(chǎn)完成情況，工藝數據庫服務(wù)器主要用于記錄生產(chǎn)工藝參數、重要工段以及重要設備的定時(shí)抽檢數據、故障幾率等，便于了生產(chǎn)管理。整個(gè)程序的設計功能見(jiàn)圖3。

3．2 網(wǎng)絡(luò )控制系統的功能

(1)整個(gè)網(wǎng)絡(luò )監控系統采用CC—Link現場(chǎng)總線(xiàn)，可高速地將現場(chǎng)數據傳至主站進(jìn)行管理。

(2)上位機(PC)將操作指令通過(guò)從站1CPU傳送給受令執行單元執行操作，遠程執行單元將工作狀態(tài)通過(guò)從站CPU傳送給上位機(PC)。上位機(PC)將車(chē)間中所有控制的工作狀態(tài)(開(kāi)、關(guān)、報警)信息顯示出來(lái)供操作人員監控。上位機(PC)接到報警和停線(xiàn)信息立即打印故障信息并計時(shí)、統計停線(xiàn)時(shí)間，并通過(guò)聲卡驅動(dòng)音箱進(jìn)行語(yǔ)音提示。

(3)主站和從站采用三菱Q系列CPU負責CC—Link網(wǎng)絡(luò )的管理，以及將數據送到上位機(PC)進(jìn)行分析和將中控室發(fā)出的指令送至現場(chǎng)從站。

(4)為保證系統內大量的數據傳輸，每一條生產(chǎn)線(xiàn)的參數采集和控制由一臺CC—Link從站完成。所有測控參數測量值通過(guò)CC—Link與從站通信。

4 結 語(yǔ)

實(shí)踐證明，利用CC—Link開(kāi)發(fā)的網(wǎng)絡(luò )控制系統具有實(shí)時(shí)性、開(kāi)放性、保護功能齊全、通信速率快、網(wǎng)絡(luò )先進(jìn)、布線(xiàn)方便等優(yōu)點(diǎn)，有利于分散系統實(shí)現集中監控，提高系統自動(dòng)化水平，減輕工人勞動(dòng)強度，減少事故率，提高設備的使用壽命，節能降耗，提高效率，降低了成本。