方清城　華路光　羅中良

摘 要：闡述一種用CC-Link開放式現(xiàn)場總線構成的PLC控制系統(tǒng)。著重介紹該總線的網(wǎng)絡特點、功能、通信原理及通信方法，進行了深入的研究，并設計了現(xiàn)場總線應用的控制系統(tǒng)——爐窖網(wǎng)絡控制系統(tǒng)。應用結果表明,利用該總線設計的控制系統(tǒng)具有保護功能齊全、通信速率快、實時性好、可靠性高、布線方便等優(yōu)點，基于CC-Link網(wǎng)絡控制系統(tǒng)具有較高的實用價值。

關鍵詞：網(wǎng)絡控制系統(tǒng);PLC;CC-Link總線;網(wǎng)絡結構;實時控制

中圖分類號：TP23文獻標識碼：B

文章編號：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

隨著計算機信息網(wǎng)絡技術的飛速發(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)絡產(chǎn)品，并不斷增強其網(wǎng)絡的聯(lián)接能力。三菱公司的工業(yè)控制網(wǎng)絡產(chǎn)品很豐富，可以構成各種檔次的網(wǎng)絡系統(tǒng)，以適用于各種層次的工業(yè)自動化網(wǎng)絡的不同需求。其最具代表性的三種網(wǎng)絡為：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)場總線設備網(wǎng)。本文僅對CC-Link開放式現(xiàn)場總線設備網(wǎng)進行研究。

1 CC-Link網(wǎng)絡的特點及功能

1.1 CC-Link網(wǎng)絡的特點

CC-Link(Control & Communication 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，而且它是一個復合的、開放的、適應性強的網(wǎng)絡系統(tǒng)，能夠適應于較高的管理層網(wǎng)絡到較低的傳感器層網(wǎng)絡的不同范圍。CC-Link是一個以設備層為主的網(wǎng)絡，一般情況下，CC-Link整個一層網(wǎng)絡可由1個主站和64個從站組成。網(wǎng)絡中的主站由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、變頻器及各種測量儀表、閥門等現(xiàn)場儀表設備。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)絡的功能

CC-Link網(wǎng)絡具有完善的RAS(Reliability,Availability,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行數(shù)據(jù)交換。各種類型的數(shù)據(jù)交換即遠程輸入RX，遠程輸出RY和遠程寄存器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程設備站之間的通信關系，其通信關系如圖1所示。主站與遠程設備站之間的通信原理如下：

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

(2) 遠程設備站的遠程輸入RX自動儲存在主站的“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)儲存到用自動刷新參數(shù)設置的CPU軟元件中；

(4) 用自動刷新參數(shù)設置的CPU軟元件開/關數(shù)據(jù)存儲在“遠程輸出RY”緩沖存儲器中；

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

(6) 用自動刷新參數(shù)設置的CPU 軟元件的傳送數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)自動送到每個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(shù)據(jù)自動存儲在主站的“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(shù)據(jù)存儲在用自動刷新參數(shù)設置的CPU 軟元件中。

2.2 CC-Link通信的初始化

CC-Link通信的初始化實際上就是指CC-Link的網(wǎng)絡參數(shù)設置。網(wǎng)絡參數(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通信初始化設置方法只要在三菱GPPW編程軟件的網(wǎng)絡配置菜單中設置相應的網(wǎng)絡參數(shù)，遠程I/O信號就可自動刷新到CPU內(nèi)存，還能自動設置CC-Link遠程元件的初始參數(shù)。

3 CC-Link網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的設計

3.1 網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的構成

圖2為爐窖網(wǎng)絡控制系統(tǒng)原理圖。控制系統(tǒng)設計4條生產(chǎn)線，圖2只給出爐窖網(wǎng)絡控制系統(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)絡故障，監(jiān)測方立即接管測控任務，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QJ61BT11,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/O操作以及計數(shù)定時模塊的設定，并且將所采集的數(shù)據(jù)負責上傳到主站，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，控制相應的執(zhí)行結構。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的變頻器提供0～10 V控制信號源、控制電機的起停以及監(jiān)測控制開關的狀態(tài)、控制三相異步電機旋轉的時間等。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)庫服務器，生產(chǎn)在線數(shù)據(jù)庫服務器主要用于管理當日當班的人員、計劃調(diào)度以及生產(chǎn)完成情況，工藝數(shù)據(jù)庫服務器主要用于記錄生產(chǎn)工藝參數(shù)、重要工段以及重要設備的定時抽檢數(shù)據(jù)、故障幾率等，便于了生產(chǎn)管理。整個程序的設計功能見圖3。

3.2 網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的功能

(1) 整個網(wǎng)絡監(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、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，并通過聲卡驅動音箱進行語音提示。

(3) 主站和從站采用三菱Q系列CPU負責CC-Link網(wǎng)絡的管理,以及將數(shù)據(jù)送到上位機(PC)進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 語

實踐證明,利用CC-Link開發(fā)的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)具有實時性、開放性、保護功能齊全、通信速率快、網(wǎng)絡先進、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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作者簡介 方清城 男，1969年出生，廣東揭陽人，實驗師。主要從事電力電子技術與運動控制系統(tǒng)的研究。