基于CC—Link網絡的PLC控制系統
0 引 言
隨著計算機信息網絡技術的飛速發展,以PLC為核心的工業控制系統也向著大規模、網絡化方向發展。各PLC生產企業都開發有自己的網絡產品,并不斷增強其網絡的聯接能力。三菱公司的工業控制網絡產品很豐富,可以構成各種檔次的網絡系統,以適用于各種層次的工業自動化網絡的不同需求。其**代表性的三種網絡為:信息與管理層的以太網(Ethernet)、管理與控制層的局域令牌網(ELSECNET/H)、CC一Link開放式現場總線設備網。本文僅對CC—Link開放式現場總線設備網進行研究。
1 CC—Link網絡的特點及功能
1.1 CC—Link網絡的特點
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放式現場總線,其數據容量大,通信速度多級可選擇,而且它是一個復合的、開放的、適應性強的網絡系統,能夠適應于較高的管理層網絡到較低的傳感器層網絡的不同范圍。CC—Link是一個以設備層為主的網絡,一般情況下,CC—Link整個一層網絡可由1個主站和64個從站組成。網絡中的主站由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、閥門等現場儀表設備。且可實現從CC—Link到AS—I總線的聯接。CC—Link具有高速的數據傳輸速度,**可達10 Mb/s。CC—Link的底層通信協議遵循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網絡的功能
CC—Link網絡具有完善的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:循環通訊和瞬時傳送。循環通訊意味著不停地進行數據交換。各種類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。一個從站可傳遞的數據容量依賴于所占據的虛擬站數。占據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。如果一個裝置占據兩個虛擬站,那么它的數據容量就擴大了一倍。除了循環通信,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**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系統電源接通時,PLC CPU中的網絡參數傳送到主站,CC—Link系統自動啟動;
(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儲存到用自動刷新參數設置的CPU軟元件中;
(4)用自動刷新參數設置的CPU軟元件開/關數據存儲在“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,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的數據自動存儲在主站的“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數據存儲在用自動刷新參數設置的CPU軟元件中。
2.2 CC—Link通信的初始化
CC—Link通信的初始化實際上就是指CC—Link的網絡參數設置。網絡參數指:站的信息和站號。通信的初始化對于啟動數據鏈接非常重要,CC—Link通信初始化設置方法只要在三菱GPPW編程軟件的網絡配置菜單中設置相應的網絡參數,遠程I/O信號就可自動刷新到CPU內存,還能自動設置CC—Link遠程元件的初始參數。
3 CC—Link網絡控制系統的設計
3.1 網絡控制系統的構成
圖2為爐窖網絡控制系統原理圖。控制系統設計4條生產線,圖2只給出爐窖網絡控制’系統中的1條生產線,其余3條從站的配置是相同的。為了提高整個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,并且同時可以監測對方的運行情況以及網絡的沖突偵聽,并相互間傳遞心跳信息,一旦發現對方系統出現故障或者連接的網絡故障,監測方立即接管測控任務,從而保證了系統在任何時候系統主機的完整性和完好性,只要主機和網絡安全,控制系統便會安全,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以太網模塊,主機配置相同以保證二者的相近似,滿足系統相似性原理,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關的狀態、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,在車間級的Intranet中集成了生產在線數據庫以及控制參數與工藝數據庫服務器,生產在線數據庫服務器主要用于管理當日當班的人員、計劃調度以及生產完成情況,工藝數據庫服務器主要用于記錄生產工藝參數、重要工段以及重要設備的定時抽檢數據、故障幾率等,便于了生產管理。整個程序的設計功能見圖3。
3.2 網絡控制系統的功能
(1)整個網絡監控系統采用CC—Link現場總線,可高速地將現場數據傳至主站進行管理。
(2)上位機(PC)將操作指令通過從站1CPU傳送給受令執行單元執行操作,遠程執行單元將工作狀態通過從站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(開、關、報警)信息顯示出來供操作人員監控。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網絡的管理,以及將數據送到上位機(PC)進行分析和將中控室發出的指令送至現場從站。
(4)為保證系統內大量的數據傳輸,每一條生產線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CC—Link與從站通信。
4 結 語
實踐證明,利用CC—Link開發的網絡控制系統具有實時性、開放性、保護功能齊全、通信速率快、網絡先進、布線方便等優點,有利于分散系統實現集中監控,提高系統自動化水平,減輕工人勞動強度,減少事故率,提高設備的使用壽命,節能降耗,提**率,降低了成本。
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9:XYCOM:I/O 、VME板和處理器等。
10:GE FANUC(GE發那科):模塊、卡件、驅動器等各類備件。
11:Yaskawa(安川):伺服控制器、伺服馬達、伺服驅動器。
12:Bosch Rexroth(博世力士樂):Indramat,I/O模塊,PLC控制器,驅動模塊等。
13:Woodward(伍德沃德):SPC閥位控制器、PEAK150數字控制器。
14:工業機器人系統備件。
15: 英維斯(TRICONEX):TRICON DCS的系列,如:3805E
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