CC-link總線技術在煤礦自動化排水系統中的應用

盧德明，葉仿擁，徐晉勇，侯原亮

（1.桂林電子科技大學 機電工程學院，廣西 桂林541004；2.廣西右江礦務局，廣西 田東 531501）

煤礦井下自動排水系統是煤礦生產的四大系統之一，承擔著排出井下積水的重要任務，是為了實現排水系統的安全性、可靠性及經濟性而設計開發的一種自動化系統。井下自動排水系統在傳統排水系統的基礎上，應用現代工業控制技術和檢測裝置，實現排水系統的自動化。并且延伸其功能，使井下水泵房在實現無人化運行的同時，能夠根據井下具體情況和要求，選擇最佳運行方案，為井上監控系統提供有用的數據資料。而運用CC-Link 總線通信技術能很好的將排水系統中各個子泵房與中央泵房進行通信，并通過CC-Link 專用雙絞線將信息傳到現場計算機的監控室里，而后由現場計算機通過光纖傳至遠端地面控制計算機上，再由遠端地面控制計算機反饋信息到上一級的管理服務器。

1 CC-Link 概述

CC-Link（Control &Communication Link 控制與通信鏈路系統）是一種可以同時高速處理控制數據和信息數據的現場網絡系統，可以提供高效、一體化的工廠和過程自動化控制。通過它可以建立成本低廉的分散系統，減少大量的接線工作。而且作為開放式總線系統，CC-Link 起源于亞洲地區的現場總線，具有性能卓越、應用廣泛、使用簡單、節省成本等突出特點。

在1996年11月，以三菱電機為主導的多家公司以“多廠家設備環境、高性能、省配線”理念開發、公布和開放了現場總線CC—Link，第一次正式向市場推出了CC—Link 這一全新的多廠商、高性能、省配線的現場網絡并于1997年獲得日本電機工業會(JEMA)頒發的杰出技術成就獎。

1998年，汽車行業的馬自達、五十鈴、雅馬哈、通用、鈴木等也成為了CC—Link 的用戶，而且CC—Link 迅速進入中國市場。1999年，銷售的實績已超過17 萬個節點，2001年達到了72 萬個節點，到2001年累計量達到了150 萬，其增長勢頭迅猛，在亞洲市場占有份額超過15%(據美國工控專業調查機構ARC 調查)，受到亞、歐、美、日等客戶的高度評價。

2000年11月，CC—Link 協會(CC—Link Partner Association 簡稱CLPA)在日本成立。主要負責CC—Link 在全球的普及和推進工作。

2 CC-Link 現場總線簡介

2.1 CC-link 的通信原理

CC-Link 提供循環傳輸和瞬時傳輸兩種通信方式。一般情況下，CC-Link 主要采用廣播—輪詢(循環傳輸)的方式進行通訊。

具體方式：

（1）主站將刷新數據發送到所有從站，與此同時輪詢從站1；

（2）從站1 對主站的輪詢作出響應，同時將該響應告知其它從站；

（3）主站輪詢從站2，此時并不發送刷新數據，從站2 給出響應，并將該響應告知其它從站；

（4）依此類推，循環往復。

2.2 CC-link 網絡系統配置

在以A/QnA/Q 系列以及FX 系列連接成的CC-LINK 系統中，每站都需要設置站號，主站需固定設為0，CC-LINK 系統中第一個子站號需設置為1，后續的站號需根據前一個子站所占的站號數來確定。可以將總共64個遠程I/O 站，遠程設備站，本地站或智能設備站連接到一個單獨的主站。但是，需要滿足下列條件：

式中，

a 為占用1個內存站號的模塊數；

b 為占用2個內存站號的模塊數；

c 為占用3個內存站號的模塊數；

d 為占用4個內存站號的模塊數。

其中，a、b、c 及d 可以是遠程I/O 站，遠程設備站，本地站,備用主站及智能設備站中的任意一種。

式中，

A 為遠程I/O 站的數量燮64；

B 為遠程I/O 站的數量燮42；

C 為本地站、備用主站和智能設備站的數量燮26。

遠程I/O 站，遠程設備站，本地站,備用主站及智能設備站的模塊數量必須滿足表1 所列的情形。

表1 各種站模塊數量最大值

2.3 CC-link 的網絡結構

CC-Link 整個一層網絡可由1個主站和64個子站組成，其采用總線方式通過屏蔽雙絞線進行連接。網絡中的主站由三菱電機FX 系列以上的PLC 或計算機擔當。子站可以是遠程IO 模塊、特殊功能模塊、帶有CPU 的PLC 本地站、人機界面、變頻器、伺服系統、機器人以及各種測量儀表、閥門、數控系統等現場儀表設備。

3 自動排水系統的CC-Link 網絡

3.1 自動排水系統硬件分類及組成

井下自動排水系統可以分為控制、檢測、執行三大部分。

（1）控制部分：控制所用的電氣設備需要滿足礦下使用電氣設備的一般要求。其它控制部分包括電動閘閥等設備的礦用一般型控制柜、控制箱。

（2）檢測部分由2 部分組成: 模擬量檢測部分，其主要由水位傳感器（有投入式和超聲波式兩種）、流量傳感器、壓力傳感器、真空壓力表、溫度傳感器、電流變送器、功率變送器等組成;開關量檢測部分，包括水泵電機、電抗器、電動閘閥、真空泵電機等設備的運行狀態檢測。

（3）執行部分由水泵電機、電動閘閥、電磁閥、真空泵電機等被控對象組成[1]。

3.2 FX2N 系列CC-Lick 通信硬件

（1）CC-Link 主站模塊FX2N-16CCL-M

該主站塊采用CC-Link 專用電纜，具有豐富的RAS 功能，通過緩存使用FROM/TO 指令完成與PLC的通信功能。該主站塊支持156 KBit/s, 625 KBit/s,2.5 MBit/s,5 MBit/s,10 MBit/s 的通信速率，最大傳輸距離可1 200 m(與傳輸速率有關)，使用CC-Link Ver1.1版本，最多可連接7個遠程I/O 站(每個遠程I/O 站可具有32 點輸產/輸出)和8個遠程設備站，通過接口模塊FX2N-32CCL 可與QnA/Q 系列主模塊相連。

（2）CC-Link 接口模塊FX2N-32CCL

FX2N 系列PLC 作為一個遠程設備站是通過接口模塊FX2N-32CCL 與CC-Link 系統相連的，該模塊占用PLC 的8個輸人點或8個輸出點，通過緩存使用FROM/TO 指令從FX2N32MR 型號PLC 中執行通信功能。一個遠程設備站占用站點數可為1~4個(由旋鈕開關設置)，每個遠程設備站具有輸人/輸出個16 點，但是最頂端的16 點由CC-Link 系統作為系統區被占用，該模塊支持CC-LinK Verl.00 版本，站號1~64 可選[2]。

3.3 自動排水系統各泵房的網絡配置

每個泵房的自動排水系統設置3個排水泵進行排水，其中的兩臺泵以輪流的方式進行排水，第三臺備用。在以A/QnA/Q 系列以及FX 系列連接成的自動排水系統CC-LINK 網絡中，主要由A/QnA/Q 系列主站和遠程設備站1~3 號組成的中央泵房系統，其中1 號遠程設備站由1個主站模塊FX2N-16CCL-M、1個接口模塊FX2N-32CCL 和1個FX2N32MR 型號PLC 以及1個FX2N-8AD 特殊功能模塊構成；2 號遠程設備站由1個接口模塊FX2N-32CCL 和1個FX2N32MR型號PLC 以及1個FX2N-8AD 特殊功能模塊構成；3號遠程設備站由1個接口模塊FX2N-32CCL 和1個FX2N32MR 型號PLC 以及1個FX2N-8AD 特殊功能模塊構成。后面的遠程設備站每3個編號組成一個子泵房，如4 號遠程設備站由1個接口模塊FX2N-32CCL 和1個FX2N32MR 型號PLC 以及1個FX2N-8AD 特殊功能模塊構成；5 號遠程設備站由1個接口模塊FX2N-32CCL 和1個FX2N32MR 型號PLC 以及1個FX2N-8AD 特殊功能模塊構成；而6號遠程設備站由1個接口模塊FX2N-32CCL 和1個FX2N32MR 型號PLC 以及1個FX2N-8AD 特殊功能模塊構成，其布線連接如圖l 所示。

圖1 自動排水系統CC-Link 網絡

3.4 中央泵房與子泵房通信

子泵房通過中央泵房的遠程設備站1 連接現場計算機，子泵房的損壞與否對另一個子泵房的通信不存在影響，子泵房之間的通信必須經過中央泵房調度。

各種傳感器得到的數據由子泵房傳送到中央泵房。再由中央泵房傳到現場計算機，現場計算機傳到遠端地面控制計算機。遠方地面的工作人員可以根據各個泵房的具體情況，選擇讓泵房進行排水工作或者不進行排水工作。

遠端地面控制計算機將控制信號發給現場計算機，現場計算機接收控制信號后通過中央泵房的遠程設備1 將控制信號傳送到要控制的子泵房中，選擇并控制子泵房里電機的啟動與關閉及各個閘閥的打開與關閉，如圖2 所示。

圖2 排水系統各泵房通信

4 結束語

由FX2N 系列PLC 構建的礦井自動排水系統CC-Link 網絡，能夠減少礦下配線的數量，提高工作效率，安裝設備的費用，并且利于設備的維護，各個泵房之間的接入與斷開很方便。

[1]陳子春，劉向昕. 井下中央泵房水泵自動化控制系統的研究與應用[J].工礦自動化，2007，(2):55-57.

[2]孫小智.FX2N 系列PLC 構建的CC-LinK 系統[J]. 計算機·PLC 應用，2007，(4):28-29.

[3]肖 譯，李高進.FX2N 系列PLC 和CC-LINK 遠程I/O 模塊在船舶分段涂裝工場中的應用區別[J].造船技術，2011，(3):56-59.

[4]三菱電機. 三菱電機Q 系列CC-LINK 網絡系統用戶參考手冊[K].2000.

[5]三菱電機. 三菱可編程控制器教材CC-Link 基礎教程(Q系列).

[6]三菱電機.三菱FX2N-16CCL-M及CC-Link 系統主站模塊用戶手冊(中文版).