基于ＣＣ－Ｌｉｎｋ網絡的ＰＬＣ控制系統

方清城　華路光　羅中良

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

關鍵詞：網絡控制系統;PLC;CC-Link總線;網絡結構;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。其最具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-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 & Communication 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，最高可達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-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,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QJ61BT11,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/O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0～10 V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-64AD;模擬量輸出：AJ65BT-64DAV;數字量輸入/輸出：AJ65BTB2-16DR;熱電偶輸入：AJ65TB-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,提高效率，降低了成本。

參考文獻

［1］龔建芳,周琴,歐陽三泰.PLC的開放式控制與通信總線網絡［J］.工礦自動化,2006(6):72-76.

［2］三菱Q系列CC-Link網絡系統用戶手冊［Z］.2版.2006.

［3］三菱Q系列以太網接口模塊用戶手冊［Z］.2版.2006.

［4］三菱Q系列MELSECNET/H網絡系統用戶手冊［Z］.2版.2006.

［5］龔仲華,史建成,孫毅.三菱FX/Q系列PLC應用技術［M］.北京:人民郵電出版社,2006.

［6］彭瑜.日本現場總線的發展動向——日本2003 年系統控制展覽會觀后感之二［J］.國內外機電一體化技術,2004(3):8-12.

［7］陳萬軍,高俊雄,王耘波,等.基于Ethernet的PLC通信控制網絡［J］.兵工自動化,2006(6):55-56.

［8］陳啟軍,覃強,余有靈.CC-Link控制與通信總線原理及應用［M］.北京:清華大學出版社,2007.

［9］譚強.開放式現場總線CC-Link綜述［J］.儀器儀表標準化與計量,2002(2):7-11.

［10］孫允標.現代通信及網絡技術［M］.北京:國防工業出版社，2005.

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的研究。