CC-Li nk星型拓撲在環形線上的應用

吳志忠

（廣州市睿達科技工程有限公司，廣東 廣州 510623）

0 引言

在F工廠內原有的發動機搬運合裝依靠大量人力和AGV搬送，使用勞動力比較多；同時AGV故障率較高，工人勞動強度較大，無法滿足新車型快速迭代及生產節拍提升的需要[1-2]。為解決上述問題，需要采用新控制系統方案取代現有的控制系統，并滿足發動機上料和發動機上裝在同一循環圈內的硬性要求，重新設計新的控制系統。

1 CC-Link網絡拓撲類型

CC-Link具有高速現場網絡、較高的遠程模塊輸入/輸出響應性、自由的擴展性，現場網絡通信速度最高可達10 Mb/s。遠程網絡模塊具有較寬的擴展性，最高可達64個站點；遠程模塊輸入/輸出最多有8 192點；遠程可寫入寄存器數量為2 048個字；可讀取寄存器數量為2 048個字。CC-Link網絡能避免現場復雜的配線作業，提高配線質量，同時CC-Link具有開放性、高速性、抗干擾性、組態簡單、容易施工等特點。其網絡拓撲模式有兩種：一種是直接串聯拓撲，另外一種是星型連接拓撲。兩種拓撲各有不同的特性，其中以直接串聯型網絡拓撲模式更為常見（圖1）。

圖1 CC-Link直接串聯拓撲圖

1.1 CC-Link直接串聯網絡拓撲特點

CC-Link直接串聯網絡拓撲結構，顧名思義就是一根專用的網絡線把所有的遠程模塊、遠程智能站等串聯在網絡線上，終端電阻連接在網絡線的兩端。現場施工方面，有著如下特點：

（1）可以從任意站點號連接CC-Link電纜。

（2）終端電阻直接連接到網絡兩個末端模塊的DA、DB線上。

（3）使用的CC-Link電纜不同，終端電阻也不同。使用CC-Link專用電纜，終端電阻是110 Ω、1/2 W；使用CC-Link專用高性能電纜，終端電阻是130 Ω、1/2 W。

（4）主站可以在兩端之外的任意點上連接。

（5）不允許星型連接。

（6）通信速度可以是10 Mb/s、5 Mb/s、2.5 Mb/s、625 kb/s、156 kb/s。

（7）兩個站點之間距離需要大于20 cm。當通信速度最大為10 Mb/s時，CC-Link的通信距離為100 m；當通信速度最小為156 kb/s時，通信距離可達1 200 m。

1.2 CC-Link星型網絡拓撲特點

星型網絡拓撲并非采用直線串聯型連接，而是用與直線串聯型連接不一樣的T型連接，其網絡通信速度和網絡通信距離是有限制的[3]，在實際應用中很少見，終端電阻是連接在主干線的兩端（圖2）。

圖2 CC-Link星型連接網絡拓撲圖

CC-Link星型連接有以下特點：

（1）通信速度只能是625 kb/s、156 kb/s。

（2）主干線通信距離有兩種可用：625 kb/s為50 m，156 kb/s為200 m。

（3）每條支線最大長度為8 m，支線最大站點數為6個。

（4）可以使用CC-Link專用電纜，但不可以使用CC-Link專用高性能電纜。

（5）終端電阻只能是110 Ω，且連接方式如圖3所示。

圖3 CC-Link星型拓撲終端電阻連接方式

2 發動機合裝CC-Link網絡控制技術總體方案簡介

本案例正是運用上述CC-Link星型網絡拓撲特點設計的一個新環形系統。方案要求在一個固定位置上進行發動機部件上料，在另外一個隨行位置上進行發動機合裝（把發動機安裝到車體內部）。在發動機合裝點要求每個自行小車一邊跟隨主線速度前進，一邊上升到車體內部進行安裝，以實現發動機自動上裝的目的（圖4）。

圖4 本方案采用控制技術總體方案示意圖

2.1 主要控制部件選擇方案

（1）本次總線體長度不超過50 m，可以采用CC-Link星型連接最高速625 kb/s進行網絡組態；每個支線（即自行小車的總高度）長度不超過3 m，每個支線（每臺自行小車需要網絡模塊）遠程網絡模塊站點數不超過5個；滿足CC-Link星型網絡基本設計要求。

（2）PLC模塊選擇：采用模塊組件思路。主站采用Q04UDEH+QJ61BT11N CC-Link主站。每臺自行小車因所需控制的信號比較多，采用一個FX5UC+FX5-CCLM+輸入/輸出模塊，FX5U-CCL-MS做從站與主站QJ61BT11N連接。自行小車支線網絡通過集電子與滑觸線（作為CC-Link主干線）連接到CC-Link主站。

（3）自行小車動力提供方式：環形線軌道上分布著一排滑觸線，上面主要是AC380 V動力電滑觸線，下方主要是CC-Link網絡通信及其他信號等低壓滑觸線[4]。自行小車直接從滑觸線上取得AC380 V提供給自身作為動力電，并轉化為DC24 V提供給小車控制使用。下方的CC-Link滑觸線作為整個網絡主干線連接到各個自行小車的FX5U-CCL-MS模塊上。

2.2 總體網絡結構

由于終端電阻只能接在整個網絡的兩端（圖5），所以本方案設計其中一個終端電阻連接在地面的主站上，另外一個終端電阻連接到圖4中的E處。其他變頻馬達等根據機械設計參數進行選型。

圖5 本項目CC-Link網絡拓撲圖

3 應用效果

最后案例結果如圖6所示，從使用效果來看基本滿足設計需求，在F工廠基本實現了發動機從上料到合裝工序之間的自動化過程。

圖6 附近變頻馬達未啟動時示波器DA-DG、DB-DG波形

但實際運行中還存在一些問題，其中一個就是CC-Link網絡在滑觸線上沒有受到屏蔽保護。考慮到網絡會受到其他強電信號的干擾，后續對網絡進行了測試，測試項目如下：

（1）在CC-Link星型網絡的測試中，通過SB16對各個從站連接狀況進行監控，發現CC-Link總線隨著馬達運行總會受到一些干擾，由于干擾時間很短，從而沒有觸發從站掉線的報警。

（2）使用示波器對CC-Link總線進行監控，發現CC-Link通信的波形會隨著變頻馬達的運轉而變化，證明波形會因此受到一些干擾。

4 結語

本案例采用CC-Link星型網絡拓撲結構解決了發動機從搬運到上裝的自動化問題，減少了人為參與，提高了生產效率，對后期生產產能的提高做了預備性的擴充。

實踐證明了CC-Link星型網絡拓撲結構在環形線上應用的可行性，但由于CC-Link在滑觸線上沒有很好的屏蔽保護，在強磁場的地方（如汽車焊裝車間等）可能會存在應用上的受限。目前，相關文獻對星型網絡組態研究比較少，而關于星型網絡結構在環形線體應用的相關文獻則更少，因此本文在這方面具有較高的參考應用價值。