基于CC—Link網(wǎng)絡(luò)的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計

0 引 言

隨著計算機信息網(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(tǒng)也向著大規(guī)模、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。各PLC生產(chǎn)企業(yè)都開發(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(gòu)成各種檔次的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以適用于各種層次的工業(yè)自動化網(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開放式現(xiàn)場總線設(shè)備網(wǎng)。本文僅對CC—Link開放式現(xiàn)場總線設(shè)備網(wǎng)進(jìn)行研究。

1 CC—Link網(wǎng)絡(luò)的特點及功能

1．1 CC—Link網(wǎng)絡(luò)的特點

CC—Link(Control&Commurlication Link，控制與通信鏈路系統(tǒng))，是三菱電機新近推出的開放式現(xiàn)場總線，其數(shù)據(jù)容量大，通信速度多級可選擇，而且它是一個復(fù)合的、開放的、適應(yīng)性強的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，能夠適應(yīng)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是一個以設(shè)備層為主的網(wǎng)絡(luò)，一般情況下，CC—Link整個一層網(wǎng)絡(luò)可由1個主站和64個從站組成。網(wǎng)絡(luò)中的主站由PLC擔(dān)當(dāng)，從站可以是遠(yuǎn)程I／O模塊、特殊功能模塊、帶有CPU和PLC本地站、人機界面、變頻器及各種測量儀表、閥門等現(xiàn)場儀表設(shè)備。且可實現(xiàn)從CC—Link到AS—I總線的聯(lián)接。CC—Link具有高速的數(shù)據(jù)傳輸速度，最高可達(dá)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的方式進(jìn)行通信，CC—Link也支持主站與本地站、智能設(shè)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。即自動返回、切斷從站、通過鏈接繼電器／寄存器的錯誤檢測功能。

2 CC—Link總線通信

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)通訊和瞬時傳送。循環(huán)通訊意味著不停地進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。各種類型的數(shù)據(jù)交換即遠(yuǎn)程輸入RX，遠(yuǎn)程輸出RY和遠(yuǎn)程寄存器RWr，RWw。一個從站可傳遞的數(shù)據(jù)容量依賴于所占據(jù)的虛擬站數(shù)。占據(jù)一個從站意味著適合32位RX和／或RY，并以每4個字進(jìn)行重定向。如果一個裝置占據(jù)兩個虛擬站，那么它的數(shù)據(jù)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傳送功能。信息從主站傳遞到從站，信息數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)最大為34 B。瞬時傳送需要由專用指令FROM／TO來完成，瞬時傳送不會影響循環(huán)通信的時間。限于篇幅，本文只介紹了主站與遠(yuǎn)程設(shè)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(yuǎn)程設(shè)備站之間的通信原理如下：

(1)PLC系統(tǒng)電源接通時，PLC CPU中的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)傳送到主站，CC—Link系統(tǒng)自動啟動；

(2)遠(yuǎn)程設(shè)備站的遠(yuǎn)程輸入RX自動儲存在主站的“遠(yuǎn)程輸入RX”緩沖存儲器中；

(3)儲存在“遠(yuǎn)程輸入RX”緩沖存儲器中的輸入狀態(tài)儲存到用自動刷新參數(shù)設(shè)置的CPU軟元件中；

(4)用自動刷新參數(shù)設(shè)置的CPU軟元件開／關(guān)數(shù)據(jù)存儲在“遠(yuǎn)程輸出RY”緩沖存儲器中；

(5)根據(jù)“遠(yuǎn)程輸出RY”緩沖存儲器中存儲的輸出狀態(tài)，遠(yuǎn)程輸出RY自動設(shè)定為開／關(guān)(每次鏈接掃描的時候)；

(6)用自動刷新參數(shù)設(shè)置的CPU軟元件的傳送數(shù)據(jù)存儲在“遠(yuǎn)程寄存器RWw”緩沖存儲器中；

(7)存儲在“遠(yuǎn)程寄存器RWw”緩沖存儲器中的數(shù)據(jù)自動送到每個遠(yuǎn)程設(shè)備站的遠(yuǎn)程寄存器RWw中；

(8)遠(yuǎn)程設(shè)備站的遠(yuǎn)程寄存器RWr的數(shù)據(jù)自動存儲在主站的“遠(yuǎn)程寄存器RWr”緩沖存儲器中；

(9)存儲在“遠(yuǎn)程寄存器RWr”緩沖存儲器中的遠(yuǎn)程設(shè)備站的遠(yuǎn)程寄存器RWr數(shù)據(jù)存儲在用自動刷新參數(shù)設(shè)置的CPU軟元件中。

2．2 CC—Link通信的初始化

CC—Link通信的初始化實際上就是指CC—Link的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置。網(wǎng)絡(luò)參數(shù)指：站的信息和站號。通信的初始化對于啟動數(shù)據(jù)鏈接非常重要，CC—Link通信初始化設(shè)置方法只要在三菱GPPW編程軟件的網(wǎng)絡(luò)配置菜單中設(shè)置相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，遠(yuǎn)程I／O信號就可自動刷新到CPU內(nèi)存，還能自動設(shè)置CC—Link遠(yuǎn)程元件的初始參數(shù)。

3 CC—Link網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的設(shè)計

3．1 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的構(gòu)成

圖2為爐窖網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)原理圖?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計4條生產(chǎn)線，圖2只給出爐窖網(wǎng)絡(luò)控制’系統(tǒng)中的1條生產(chǎn)線，其余3條從站的配置是相同的。為了提高整個控制系統(tǒng)的安全性以及可靠性，系統(tǒng)采用了雙機冗余措施。在雙主機系統(tǒng)中，二者處于對等地位，并且同時可以監(jiān)測對方的運行情況以及網(wǎng)絡(luò)的沖突偵聽，并相互間傳遞心跳信息，一旦發(fā)現(xiàn)對方系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者連接的網(wǎng)絡(luò)故障，監(jiān)測方立即接管測控任務(wù)，從而保證了系統(tǒng)在任何時候系統(tǒng)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(tǒng)便會安全，實時性便可得到保證。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，滿足系統(tǒng)相似性原理，對控制系統(tǒng)的安全性設(shè)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(shù)字量輸入(DI)／數(shù)字量輸出(DO)的端口I／0操作以及計數(shù)定時模塊的設(shè)定，并且將所采集的數(shù)據(jù)負(fù)責(zé)上傳到主站，并從主站獲得的控制參數(shù)下傳到模擬量輸出、數(shù)字量輸出模塊，控制相應(yīng)的執(zhí)行結(jié)構(gòu)。A／D，D／A，DI／DO以及計數(shù)定時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(zhuǎn)的變頻器提供O～10V控制信號源、控制電機的起停以及監(jiān)測控制開關(guān)的狀態(tài)、控制三相異步電機旋轉(zhuǎn)的時間等。模塊的選用為：模擬量采集：AJ65BT一64AD；模擬量輸出：AJ65BT一64DAV；數(shù)字量輸入／輸出：AJ65BTB2—16DR；熱電偶輸入：AJ65TB一68TD；高速計數(shù)器：AJ65BT—D62。

為了將系統(tǒng)集成為具有測量、控制、管理功能于一體的測控系統(tǒng)，在車間級的Intranet中集成了生產(chǎn)在線數(shù)據(jù)庫以及控制參數(shù)與工藝數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，生產(chǎn)在線數(shù)據(jù)庫服務(wù)器主要用于管理當(dāng)日當(dāng)班的人員、計劃調(diào)度以及生產(chǎn)完成情況，工藝數(shù)據(jù)庫服務(wù)器主要用于記錄生產(chǎn)工藝參數(shù)、重要工段以及重要設(shè)備的定時抽檢數(shù)據(jù)、故障幾率等，便于了生產(chǎn)管理。整個程序的設(shè)計功能見圖3。

3．2 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的功能

(1)整個網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)采用CC—Link現(xiàn)場總線，可高速地將現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳至主站進(jìn)行管理。

(2)上位機(PC)將操作指令通過從站1CPU傳送給受令執(zhí)行單元執(zhí)行操作，遠(yuǎn)程執(zhí)行單元將工作狀態(tài)通過從站CPU傳送給上位機(PC)。上位機(PC)將車間中所有控制的工作狀態(tài)(開、關(guān)、報警)信息顯示出來供操作人員監(jiān)控。上位機(PC)接到報警和停線信息立即打印故障信息并計時、統(tǒng)計停線時間，并通過聲卡驅(qū)動音箱進(jìn)行語音提示。

(3)主站和從站采用三菱Q系列CPU負(fù)責(zé)CC—Link網(wǎng)絡(luò)的管理，以及將數(shù)據(jù)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(xiàn)場從站。

(4)為保證系統(tǒng)內(nèi)大量的數(shù)據(jù)傳輸，每一條生產(chǎn)線的參數(shù)采集和控制由一臺CC—Link從站完成。所有測控參數(shù)測量值通過CC—Link與從站通信。

4 結(jié) 語

實踐證明，利用CC—Link開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)具有實時性、開放性、保護功能齊全、通信速率快、網(wǎng)絡(luò)先進(jìn)、布線方便等優(yōu)點，有利于分散系統(tǒng)實現(xiàn)集中監(jiān)控，提高系統(tǒng)自動化水平，減輕工人勞動強度，減少事故率，提高設(shè)備的使用壽命，節(jié)能降耗，提高效率，降低了成本。