基于CC-Link現場總線的自動化生產線控制系統分析

范長青

(煙臺汽車工程職業學院 信息與控制工程系, 煙臺 265500)

0 引言

隨著中國智造的穩步推進及制造業的轉型升級，為制造業帶來機遇的同時也帶來了挑戰，傳統流水線生產方式已難以滿足現代企業的生產需求，組裝靈活、安全穩定性較高的柔性自動化生產線逐漸成為現代企業的重要選擇之一，根據實際需求增減設備，使生產效率得以有效提升，現場工業設備需由現場總線直接連接，高速采集、處理和傳輸生產過程中產生的大量數據。本文研究了基于CC-link現場總線的自動化生產線控制系統，實現高速及穩定的數據通信過程[1]。

1 需求分析

自動化生產線主要由自動化設備單元構成(包括總控臺、加工中心、自動傳輸帶、立體倉庫等)，具有高度的集成性，在多廠商的設備環境中，涉及到的單元繁多復雜，需確保數據傳輸的實時性及準確性，以實現各單元間較高質量的通信過程；此外現場環境會對各設備單元與控制柜間放置情況產生一定程度的限制，需使用大量線纜按照不同要求完成現場布線。本文設計的基于CC-link現場總線的自動化生產線控制系統，整個自動化生產線的控制過程由總控臺負責完成，在減少線纜使用量的基礎上，使設備層與控制柜間的網絡通信得以有效解決，完成了自動化生產線控制層及設備層網絡的設計，使配線工作量得以顯著減少，各控制柜間通過CC-link IE 技術的使用完成了光纖網絡通信的搭建，自動化生產線按照控制方案要求完成預定控制任務，進一步提高了各控制單元間的通信效率及質量[1]。

2 CC-Link總線技術概述

(1) CC-Link IE控制層網絡

對于PLC與現場設備通過現場總線技術的使用以確保實時通信過程的實行，為分散控制效果的實現提供支撐，而作為新型分布式的控制網絡CC-Link總線技術作具備全數字化、網絡化、高可靠性和互操作等優勢，能夠使現場布線及電纜使用量得以有效降低，為改善系統的連通性，系統控制層間需借助CC-Link IE(基于以太網)實現無縫通信功能，提高通信效率，降低工程成本，PLC(三菱電動機Q系列)通過CC-Link IE控制層網絡即可實現連接，并且在降低光纖使用量的同時，能夠確保控制層網絡大容量的數據高速通信過程；此外還為用戶提供了形象的可視化診斷界面，能夠較為方便快速的定位到控制系統網絡所出現的故障點。

(2) CC-Link 現場總線技術

CC-Link屬于開放式現場總線，具備通信速度快且穩定性高、數據容量大、兼容性好等優勢，便于操作并且使用范圍較廣，由PLC (三菱電 FX 系列以上)作為網絡中的主站，以現場儀表設備作為子站，例如測量儀表、遠程I/O模塊、機器人、數控系統等[2]。

3 控制層網絡設計及參數設置

3.1 系統架構

控制層網絡系統架構具體如圖1所示。

圖1 控制層網絡系統架構

按照雙環的連接方式使用光纖(GI)串聯起主控臺、立體倉庫、傳送帶(包括CC-Link IE控制網絡模塊)組成網絡系統，以確保實現大容量的數據通信[2]。

3.2 控制層數據的循環傳送

本文從CC-Link IE所包含的數據循環傳送方式中選用了LB/LW作為控制層通信方式完成傳送數據，具體的數據的循環傳送如圖2所示。

圖2 控制層數據的循環傳送

在發送范圍內，在鏈接軟元件(LB/LW)的各站中系統單元完成數據的寫入，并將其發送到同一網絡中這幾個主要單元中(主控臺、立體倉庫、傳送帶)完成循環數據傳送過程，各單元的PLC軟元件、CC-Link IE鏈接軟元件(位于控制層網絡模塊)刷新鏈接，從而確保鏈接軟元件的數據能夠被各單元的PLC軟元件成功讀寫[3]。

3.3 參數設置

(1) 設置1號站(管理站)參數，在GX Works2軟件中依次選擇網絡參數模塊/以太網/CC IE/MELSECNET(在工程數據列表窗口中)，從而打開參數設置界面：根據實際需要設置站號、模式、網絡類型及起始I/O號；接下來在網絡范圍分配中適當分配各站的發送范圍，用LW實現“字”的通信、LB實現“位”的通信；然后點擊界面中刷新參數選項，根據網絡內各站鏈接軟元件總和刷新軟元件數目，CPU 軟元件(主站單元)及CC-Link IE鏈接軟元件(控制層網絡模塊)進行鏈接刷新，從而完成鏈接軟元件數據讀寫過程[4]。

(2) 在設置立體倉庫及傳送帶的網絡參數時，需確保各站網絡號的一致性，但不能將站號設置為一樣的數值，以網絡內各站鏈接軟元件的總數之和為依據刷新軟元件，其他單元的 PLC軟元件、CC-Link IE鏈接軟元件(控制層網絡模塊)進行鏈接刷新，同管理站的刷新參數設置相同，軟元件的數據可被從站單元的PLC軟元件進行讀寫鏈接。

4 設備層網絡設計

4.1 能量監控現場網絡

能量監控單元由自動化生產線能量柜構成，主要負責對進生產線總、加工中心、數控車床、立體庫等部分的電源行監測，能量監控現場網絡如圖3所示，各單元的當前能量特征值(包括三相電壓、電流等)均能夠被能量監控單元讀取出來，為確保各單元當前三相電壓、電流等能夠實時顯示在總控臺能量監控計算機上，將各單元電源的電子測量儀表通過QJ61BT11N(位于CC-Link模塊內)同主站單元PLC進行連接，完成數據傳送過程，各單元儀表監測到的數據則通過MES接口模塊完成到計算機監測系統的傳輸過程，從而實現各單元所監測到數據的實時顯示[5]。

圖3 現場監控能量網絡

4.2 傳送帶單元現場網絡

傳送單元的變頻器通過CC-Link現場總線通信方式的使用實現相互間的串聯，傳送帶單元現場網絡具體如圖4所示。

為減少配線，由PLC(位于傳送帶控制柜中)控制變頻器，實現輸入輸出的高速響應效果，使通信效率得以提高，并且確保在出現故障時及時恢復[5]。

4.3 通信模塊設置

(1) 基礎參數，在工程數據列表窗口的網絡參數中選擇CC-Link，打開參數設置界面，根據實際需要設置起始I/O號(設置CC-Link通信模塊起始I/O地址為0000，)、總連接臺數、類型、模式等，選擇界面中站信息，設置遠程站點、類型及數目等。

圖4 傳送帶網絡

(2) 設備層刷新參數設置

1) 遠程輸入(RX)、輸出(RY)的設定

設置RX、RY刷新軟元件分別為X100、Y100，則1號站的范圍為X100～X110和Y100～Y110；設置CC-Link的起始 I/O 地址為0000(32 點，各遠程設備站均設置為32點)，1號站RX及RY范圍分別為RX00～RX10和RY00～RY10，各站依次類推；主站CPU向遠程設備站傳送及接收狀態時，首先需對二者進行鏈接掃描，由遠程設備站負責傳輸刷新軟元件中的狀態值至主站，接下來主站(QJ61BT1N)及主站CPU進行自動刷新，再傳輸狀態值傳到主站CPU軟元件中[6]。

2) 遠程寄存器的設定

通過遠程寄存器(RWr，RWw)進行讀寫，實現各站儀表數值的讀取及將監測數據向各遠程設備站傳送，同樣在網絡參數設置界面中，設置RWr和RWw的刷新軟元件分別為 W100、W200，則范圍為W200～W203及W100～W103內，各站范圍依次類推；遠程設備站站1的RWw和RWr的范圍分別在RWw0～RWw3和RWr0～RWr3內，依次類推；在程序中對各站監測項目代碼進行定義，各站儀表的數值通過主站CPU寄存器向各遠程設備站的RWw傳送，再通過各遠程設備站的RWr向主站QCPU寄存器傳送儀表的數值，從而實現各站儀表數值的有效監測。

5 總結

本文主要研究了自動化生產線控制系統，該系統基于CC-link現場總線，完成了控制層及設備層網絡的設計，采用CC-Link IE模塊完成光纖環網通信的構建，針對傳送帶單元和立體倉庫單元采用CC-Link現場總線技術實現能量監控，將各單元電源的電子測量儀表通過QJ61BT11N同主站單元PLC進行連接，再通過MES接口模塊完成到計算機監測系統的傳輸過程，從而實現各單元所監測到數據的實時顯示，實現了數據在各控制單元及現場設備間高效穩定的通信過程，便于自動化生產線控制系統據此完成相應的控制過程。