CC-Link 在輪胎輸送線改造中的應用

陳 亮，李 潔

（1.陜西重型汽車有限公司，陜西西安 710200；2.西安鐵道技師學院，陜西西安 710000）

0 引言

CC-Link（Control &Communication Link，控制與通信鏈路系統）現場總線是三菱電機推出的開放式現場總線，以其開放性、高速性和抗干擾性的特點，被廣泛應用于PLC 工業控制系統中。

CC-Link 是基于RS-485 通信的一種總線標準，具備豐富的RAS（Reliability、Availability、Serviceability，可靠性、可用性、可維護性）功能，包括備用主站、子站脫離、自動恢復、測試/監控等功能。通過它可以建立成本低廉的分散系統，并減少大量的接線工作。

1 CC-Link 現場總線系統的結構和通信方式

1.1 CC-Link 現場總線系統的結構

CC-Link 現場總線系統由主站和從站構成（圖1）。主站負責管理、控制數據鏈接系統。從站可以是遠程I/O 站、遠程設備站、智能設備站、本地站等類型，包括遠程I/O 模塊、HMI、變頻器、機器人、定位模塊等，實現各種現場功能。

圖1 CC-Link 現場總線結構

主站和從站之間通過專用線纜連接，最高支持10 Mbps 傳輸速度。當傳輸速度為156 kbps 時，最長通信距離可達1200 m，使用T 形分支中繼器時，最多可延長至13 200 m，數據通信性能優于Profibus、DeviceNet、Modbus 等總線。

1.2 CC-Link 現場總線的通信方式

CC-Link 現場總線有遠程網絡模式和遠程I/O 網絡模式兩種通信模式（表1），遠程I/O 網絡模式具有更短的鏈接掃描時間。在遠程網絡模式下，主站可以和所有從站（遠程I/O站、遠程設備站、智能設備站、本地站和備用主站）進行通信。遠程I/O 網絡模式用于只包括主站和遠程I/O 站的系統，主站與遠程I/O 站進行高速循環通信，加快遠程I/O 站的響應。

表1 CC-Link 現場總線通信模式

主站和從站的數據傳輸方法包括循環傳送和瞬時傳送兩種。循環傳送可以周期性的傳輸遠程 I/O 和遠程寄存器的內容，主站與所有從站均可采用此種傳輸方法。瞬時傳送可以指定對方并且在任意時機下都執行1:1 通信，僅能用于主站與本地站、智能設備站的數據傳輸。通信模式選用遠程網絡模式時，不僅允許循環傳送，還允許瞬時傳送，可以在任意時刻向智能設備站和本地站傳送數據。

數據循環傳送時，主站和從站的通信過程如圖2 所示。

圖2 循環通信過程

（1）PLC 電源接通時，CPU 中的網絡參數傳送到主站，CC-Link系統自動啟動，數據鏈接開始。

（2）每次鏈接掃描時，從站的遠程輸入RX 的狀態自動存儲在主站的“遠程輸入RX”緩沖存儲器中，通過自動刷新參數設置，位軟元件的輸入狀態自動刷新到CPU 中。

（3）CPU 軟元件的狀態存儲在“遠程輸出RY”緩沖存儲器中，通過自動刷新參數設置，位軟元件的輸出狀態自動刷新到從站的遠程輸出RY 中。

（4）CPU 軟元件的傳送數據存儲在“遠程寄存器RWw”緩沖存儲器中，自動發送到從站的遠程寄存器RWw 中。

（5）從站的遠程寄存器RWr 數據自動存儲在主站的“遠程寄存器RWr”緩沖存儲器中，自動刷新到參數設置的CPU 軟元件中。

數據瞬時傳送時，主站和從站的通信過程如圖3 所示。

圖3 主站和從站的瞬時通信過程

（1）使用G（P）.RIWT 指令，把主站中要寫入從站的數據，從主站模塊的發送緩沖存儲器寫入到智能設備站中的緩沖存儲器，從站向主站回送一個寫入完成回應。

（2）使用G（P）.RIRD 指令，把從站中要反饋主站的數據，從從站的緩沖存儲器中讀取到主站的接收緩沖存儲器中，再存儲到PLC 的CPU 軟元件存儲器中。

2 CC-Link 現場總線在輪胎輸送線改造中的應用

輪胎輸送線采用鏈式結構，將輪胎從集配區輸送至裝配生產線。電氣控制系統由三菱PLC、圖爾克Profibus 主、從站模塊組成，通過Profibus 現場總線進行遠程控制。經過長年使用，電氣元件性能下降，頻繁出現總線故障，導致設備停產。由于使用的三菱A 系列PLC 以及主、從站所使用的圖爾克產品早已停產，市場已無法采購，因此對該設備的電氣控制系統進行改造升級。

2.1 改造思路

為了縮短改造周期，降低改造難度，控制核心依然選用三菱品牌的PLC。由于各從站與主站的距離較遠，最遠的傳輸距離超過100 m，與PLC 直連接線復雜，成本較高，且容易造成信號丟失，因此遠程控制方式選用現場總線。

輪胎輸送線現場電磁環境復雜，存在大量的變頻器、電機、大型風機等其他設備。為了增強與三菱PLC 的兼容性，提高主站模塊與遠程從站模塊之間通信的穩定性，使用抗干擾能力較強的CC-Link 現場總線。同時，對電氣控制系統的輸入、輸出模塊進行對應的型號升級。

2.2 硬件選型

2.2.1 PLC 的CPU 及輸入、輸出模塊選型

輪胎輸送線原PLC 電氣控制系統硬件見表2，使用三菱A2SHCPU-S1 型號的CPU、A1SX80 輸入模塊、A1SY10 輸出模塊。

表2 原電氣控制系統硬件

通過查閱三菱技術手冊，選用三菱Q02H 高性能CPU 替代原來的A2SHCPU-S1 型號CPU，處理速度從0.25 μs 提升至0.034 μs，I/O 點數從1024 點增加至4096 點，為以后控制系統擴展提供冗余。輸入模塊A1SX80 升級為QX80，輸出模塊A1SY10 升級為QY10。

2.2.2 CC-Link 主站、從站模塊選型

原PLC 電氣控制系統使用的Profibus 現場總線共有1 個主站和6 個遠程I/O 從站，160 個遠程輸入點和144 個遠程輸出點，Profibus 遠程I/O 分布見表3。

表3 Profibus 遠程I/O 分布

根據《開放式現場網絡CC-Link 產品目錄》，與Q02H 型號CPU 匹配的主站模塊是QJ61BT11N。為減少站數和接線，遠程I/O模塊中的輸入模塊選擇輸入形式為DC 輸入的32 點模塊AJ65SBTB1-32D，輸出模塊選擇輸出形式為繼電器輸出的16 點模塊AJ65SBT2N-16R。CC-Link 遠程I/O 分布見表4。

表4 CC-Link 遠程I/O 分布

2.2.3 CC-Link 現場總線系統構成

根據硬件選型，改造后的CC-Link 現場總線系統包含1 個主站和15 個遠程I/O 從站，系統構成如圖4 所示。

圖4 CC-Link 現場總線系統構成

2.2.4 電氣控制系統硬件列表

經過硬件選型，改造后的電氣控制系統硬件見表5。

表5 電氣控制系統硬件

2.3 軟件編程

2.3.1 CC-Link 現場總線網絡配置

在GX Works 2 中對模塊塊數、起始I/O 號、類型、模式設置、總連接臺數、遠程輸入（RX）、遠程輸出（RY）、遠程寄存器（RWr）、遠程寄存器（RWw）、站信息等CC-Link 現場總線的參數進行配置。配置步驟如下：

（1）在軟件左側的工程導航欄內依次打開“參數”→“網絡參數”，雙擊“CC-Link”，打開CC-Link 網絡配置窗口，CC-Link網絡配置窗口如圖5 所示。

圖5 CC-Link 網絡配置窗口

（2）模塊塊數設置為1。

（3）根據主站模塊在PLC 基板上的安裝位置，設置“起始I/O 號”為0000。

（4）類型設置為主站。

（5）模式設置選擇遠程網絡（Ver.1 模式）。

（6）根據實際的連接站數量，設置“總連接臺數”為15。

（7）根據CC-Link 遠程I/O 分布表，遠程輸入（RX）、遠程輸出（RY）分別設置為X100、Y100。

（9）遠程寄存器（RWr）、遠程寄存器（RWw）分別設置為D2000、D3000。

（10）特殊繼電器（SB）、特殊寄存器（SW）分別設置為SB0、SW0。

（11）點擊“站信息”按鈕，對CC-Link 的15個從站信息進行設置。由于全部是I/O 信號，因此站類型均選擇“遠程I/O 站”，占用站數選擇“占用1 站”，其他參數默認即可，CC-Link 現場總線系統構成畫面如圖6 所示。

圖6 CC-Link 現場總線系統構成

至此，CC-Link 所有參數設置完成，點擊“設置結束”進行保存。

2.3.2 PLC 程序編程

根據CC-Link 參數設置，按功能模塊，進行PLC 程序編程。程序包括初始化程序、啟動程序、故障程序、停止器程序和指示燈程序5 部分。

初始化程序對CC-Link 的鏈路狀態進行檢測，并對故障進行處理，初始化程序如圖7 所示。

圖7 初始化程序

啟動程序、故障程序、停止程序和指示燈程序等模塊相互配合，完成輪胎從集配區輸送至裝配生產線的功能。

程序編制完成后，寫入PLC 中，進行在線測試，輪胎輸送線各項功能運行正常，達到改造升級的目的。

3 結語

輪胎輸送線改造升級后，運行穩定，有效解決主、從站之間通信故障頻發的問題。使用GX Works 2 自帶的CC-Link 診斷功能，可以方便地對各站進行狀態監視和鏈路測試，提高總線故障的排查效率。