基于ＣＣ－Ｌｉｎｋ網(wǎng)絡(luò)的ＰＬＣ控制系統(tǒng)

方清城　華路光　羅中良

摘 要：闡述一種用CC-Link開放式現(xiàn)場(chǎng)總線構(gòu)成的PLC控制系統(tǒng)。著重介紹該總線的網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)、功能、通信原理及通信方法，進(jìn)行了深入的研究，并設(shè)計(jì)了現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用的控制系統(tǒng)——爐窖網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。應(yīng)用結(jié)果表明,利用該總線設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)具有保護(hù)功能齊全、通信速率快、實(shí)時(shí)性好、可靠性高、布線方便等優(yōu)點(diǎn)，基于CC-Link網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)具有較高的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng);PLC;CC-Link總線;網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);實(shí)時(shí)控制

中圖分類號(hào)：TP23文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1004-373X(2009)03-143-03

PLC Control System Based on CC-Link Network

FANG Qingcheng,HUA Luguang,LUO Zhongliang

(Foshan University,Foshan,528000,China)

Abstract：A PLC control system with open CC-Link control and communication bus is introduced.The network characteristics,function,communication principle and communication method of the bus are expounded,and CC-Link control systems are studied thoroughly too.The control system of bus application-stove network control system is designed.Application result shows that the control system by utilizing bus has characteristics of complete protection function,rapid communication speed,good real-time,high reliability and convenient wiring.It has higher value that the control systems based on CC-Link network is applied in the environment of network.

Keywords：network control system;PLC;CC-Link bus;network structure;real-time control

0 引 言

隨著計(jì)算機(jī)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(qiáng)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(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-Link開放式現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備網(wǎng)。本文僅對(duì)CC-Link開放式現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)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 & Communication Link,控制與通信鏈路系統(tǒng))，是三菱電機(jī)新近推出的開放式現(xiàn)場(chǎng)總線，其數(shù)據(jù)容量大，通信速度多級(jí)可選擇，而且它是一個(gè)復(fù)合的、開放的、適應(yīng)性強(qiáng)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(gè)以設(shè)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(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(jī)界面、變頻器及各種測(cè)量?jī)x表、閥門等現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)備。且可實(shí)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-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,Availability,Serviceability)功能。即自動(dòng)返回、切斷從站、通過鏈接繼電器/寄存器的錯(cuò)誤檢測(cè)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(shí)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(gè)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(gè)從站意味著適合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(jù)兩個(gè)虛擬站，那么它的數(shù)據(jù)容量就擴(kuò)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(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(shí)傳送需要由專用指令FROM/TO來完成,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(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(shí)，PLC CPU中的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)傳送到主站，CC-Link系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)；

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

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

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

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

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

(7) 存儲(chǔ)在“遠(yuǎn)程寄存器RWw”緩沖存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)自動(dòng)送到每個(gè)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(dòng)存儲(chǔ)在主站的“遠(yuǎn)程寄存器RWr”緩沖存儲(chǔ)器中；

(9) 存儲(chǔ)在“遠(yuǎn)程寄存器RWr” 緩沖存儲(chǔ)器中的遠(yuǎn)程設(shè)備站的遠(yuǎn)程寄存器RWr 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在用自動(dòng)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(shí)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(hào)。通信的初始化對(duì)于啟動(dòng)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(hào)就可自動(dòng)刷新到CPU內(nèi)存，還能自動(dòng)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(jì)

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(jì)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(gè)控制系統(tǒng)的安全性以及可靠性，系統(tǒng)采用了雙機(jī)冗余措施。在雙主機(jī)系統(tǒng)中，二者處于對(duì)等地位，并且同時(shí)可以監(jiān)測(cè)對(duì)方的運(yùn)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(duì)方系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者連接的網(wǎng)絡(luò)故障，監(jiān)測(cè)方立即接管測(cè)控任務(wù)，從而保證了系統(tǒng)在任何時(shí)候系統(tǒng)主機(jī)的完整性和完好性，只要主機(jī)和網(wǎng)絡(luò)安全，控制系統(tǒng)便會(huì)安全，實(shí)時(shí)性便可得到保證。兩臺(tái)冗余主機(jī)的配置均采用Q系列CPU,CC-Link總線模塊QJ61BT11,QJ71E71-100以太網(wǎng)模塊，主機(jī)配置相同以保證二者的相近似，滿足系統(tǒng)相似性原理，對(duì)控制系統(tǒng)的安全性設(shè)計(jì)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/O操作以及計(jì)數(shù)定時(shí)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(jì)數(shù)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(jī)旋轉(zhuǎn)的變頻器提供0～10 V控制信號(hào)源、控制電機(jī)的起停以及監(jiān)測(cè)控制開關(guān)的狀態(tài)、控制三相異步電機(jī)旋轉(zhuǎn)的時(shí)間等。模塊的選用為：模擬量采集：AJ65BT-64AD;模擬量輸出：AJ65BT-64DAV;數(shù)字量輸入/輸出：AJ65BTB2-16DR;熱電偶輸入：AJ65TB-68TD;高速計(jì)數(shù)器：AJ65BT-D62。

為了將系統(tǒng)集成為具有測(cè)量、控制、管理功能于一體的測(cè)控系統(tǒng)，在車間級(jí)的Intranet中集成了生產(chǎn)在線數(shù)據(jù)庫(kù)以及控制參數(shù)與工藝數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，生產(chǎn)在線數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器主要用于管理當(dāng)日當(dāng)班的人員、計(jì)劃調(diào)度以及生產(chǎn)完成情況，工藝數(shù)據(jù)庫(kù)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(shí)抽檢數(shù)據(jù)、故障幾率等，便于了生產(chǎn)管理。整個(gè)程序的設(shè)計(jì)功能見圖3。

3.2 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的功能

(1) 整個(gè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)采用CC-Link現(xiàn)場(chǎng)總線，可高速地將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳至主站進(jìn)行管理。

(2) 上位機(jī)(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(jī)(PC)。上位機(jī)(PC)將車間中所有控制的工作狀態(tài)(開、關(guān)、報(bào)警)信息顯示出來供操作人員監(jiān)控。上位機(jī)(PC)接到報(bào)警和停線信息立即打印故障信息并計(jì)時(shí)、統(tǒng)計(jì)停線時(shí)間，并通過聲卡驅(qū)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(fù)責(zé)CC-Link網(wǎng)絡(luò)的管理,以及將數(shù)據(jù)送到上位機(jī)(PC)進(jìn)行分析和將中控室發(fā)出的指令送至現(xiàn)場(chǎng)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(tái)CC-Link從站完成。所有測(cè)控參數(shù)測(cè)量值通過CC-Link與從站通信。

4 結(jié) 語(yǔ)

實(shí)踐證明,利用CC-Link開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性、開放性、保護(hù)功能齊全、通信速率快、網(wǎng)絡(luò)先進(jìn)、布線方便等優(yōu)點(diǎn),有利于分散系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控,提高系統(tǒng)自動(dòng)化水平,減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)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。

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作者簡(jiǎn)介 方清城 男，1969年出生，廣東揭陽(yáng)人，實(shí)驗(yàn)師。主要從事電力電子技術(shù)與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的研究。