基于ＣＣ－Ｌｉｎｋ現場總線網絡的監控系統設計

2008-04-12 00:00:00余磊舒朝君李紀三劉永喜李波江彥胡玉慶

現代電子技術 2008年19期

摘要：介紹了CC-Link現場總線技術在工業蒸汽鍋爐的給水系統的成功實現。闡述了CC-Link現場總線結構特點及其通訊原理，并結合工業燃煤蒸汽鍋爐給水系統的特點介紹系統中基于CC-Link總線構建的鍋爐給水系統的監控網絡，及其基本硬件配置和軟件結構。詳細介紹了利用變頻器控制給水電機工作原理和采用觸摸屏作為監控系統控制界面設計方案實現。

關鍵詞：CC-Link 現場總線；人機界面；觸摸屏；變頻器

中圖分類號：TN919文獻標識碼：B文章編號：1004373X(2008)1914303

Monitoring System Design of CC-Link Fieldbus Network

YU Lei，SHU Chaojun，LI Jisan，LIU Yongxi，LI Bo，JIANG Yan，HU Yuqing

(Sichuan University，Chengdu，610065，China)

Abstract：This paper introduces successful application of CC-Link fieldbus technology in the industrial steam boiler feedwater system.It tells on the structure features and communication mechanism of and the CC-Link fieldbus.In conjunction with the characteristics of industrial coal-fired steam boiler feedwater system，basic hardware configuration and software architecture system has been introduced.Details on the principle of using the inverter to control water motor and designing programmes to achieve the use of touch screen control system as a control interface.

Keywords：CC-Link fieldbus;human-machine interface;touching panel;inverter

1 引言

CC-Link是Control Communication Link (控制與通信鏈路系統)的簡稱，它是一種全新的開放式現場總線網絡，具有多廠商、高性能、省配線等優點，在工業領域已被越來越廣泛地應用。它與傳統的集散控制系統相比，具有全開放性、全分散性、全數字化、高智能化、雙向通訊與多站通訊等優點，可完成現場狀態的監視、控制、遠程傳輸等功能；同時，現場總線技術不但提高了通訊能力，節省了安裝時的硬件費用，而且更容易對系統進行管理和維護。

在某鍋爐供熱廠的工業蒸汽鍋爐的給水系統改造項目中，采用了基于CC-Link現場總線的監控系統。為了充分利用CC-Link 總線網絡資源，直觀地表現各站傳感器、執行元件的工作狀態，方便手動調控與自動監控，在現場網絡中連接使用了觸摸屏。通過CC-Link 總線將采集到的各站工作狀態信息送到觸摸屏顯示，操作員也可以通過觸摸屏對各站的運行進行干預。

2 CC-Link通訊原理

CC-Link網絡可以形成高速度及遠距離的應用組態，使其能適應網絡的多樣性，在速率為156 b/s時，通信距離可達1 200 m，加中繼器后，通信距離更遠；采用普通屏蔽雙絞線，大大降低接線成本，抗干擾能力強；具備自動在線恢復功能，待機主控功能，切斷從站功能，確認連接狀態功能及測試和診斷功能，因此，可以構成具有高可靠性的網絡。CC-Link的底層通訊協議遵循RS 485，提供循環傳輸和瞬時傳輸2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。具體的方式是：主站將刷新數據(RY/RWw)發送到所有從站，與此同時輪詢從站1；從站1對主站的輪詢做出響應(RX/RWr)，同時將該響應告知其他從站；然后主站輪詢從站2(此時并不發送刷新數據)，從站2給出響應，并將該響應告知其他從站；依此類推，循環往復。該方式的數據傳輸率非常高。

除了廣播-輪詢方式以外，CC-Link也支持主站與本地站、智能設備站之間的瞬時通訊。從主站向從站的瞬時通訊量為150 B/數據包，由從站向主站的瞬時通訊量為34 B/數據包。

3 鍋爐給水系統的監控網絡

該供熱廠鍋爐給水控制系統的電控系統原采用繼電器進行各自獨立的邏輯控制。由于硬接線方式和離散的控制系統，系統很不穩定，故障多，而且資源浪費，操作界面復雜粗糙，抗干擾能力差，維修和調試都不是很方便。系統改造后的鍋爐給水系統組網結構圖如圖1所示。

主、從站通信模塊間通過3芯雙絞線(三根電線按照DA、DB、DG)連接，從而實現了分散控制集中管理，系統中各種監控數據不但可以方便地由PLC 進行讀寫，而且可由觸摸屏進行監控和參數調整。

4 監控系統設計

4.1 監控網絡——初始化

首先，在硬件上，各個從站必須先在硬件上配置站號。站號的先后順序沒有限定，但應該和在專門的編程軟件GX DEVELOPER中設定的站號和各站所含站點數目相一致。單主站的最大從站連接數為32。

在啟動現場總線之前，軟件上必須準備通信初始化程序。在參數設定部分，將整個系統連接的總模塊數、重試次數及各站的信息寫入儲存器相應的地址中。在執行刷新指令后緩沖儲存器內的參數送入內部寄存器區。利用編程軟件GX DEVELOPER根據要求設計相應的控制程序并設置相應的CC-Link網絡參數，使網絡首先能正常連通工作，再通過程序及各個從站的功能實現整個CC-Link網絡的一體化自動化工作并能實現控制和監視。

4.2 監控系統——人機界面設計方案的實現

利用人機界面觸摸屏的專用圖形設計軟件——三菱電機株式會社的GT

Designer Version 5.01B 繪制所需要的控制界面圖形，并設置相應圖形的屬性——設置位\\字軟元件和相應的顯示方式及擴展功能值等。使圖形界面跟QPLC程序結合起來，通過觸摸屏的動作控制給水電機，報警信號的工作。為此，我們根據工藝和現場要求共制作了數個用戶界面，內容涉及功能選擇、手動/自動切換、報警控制、給水電機控制等。由于內容較多，選取利用人機界面(觸摸屏)來監控變頻器控制電機的方案實現為例。

4.3 人機界面觸摸屏來監控變頻器控制電機

4.3.1 人機界面觸摸屏來監控變頻器控制電機的功能流程圖

通過觸摸屏來控制變頻器，調節電機運行控制鍋爐的給水過程的功能，方便了對鍋爐給水工作。觸摸屏控制部分的功能流程圖如圖2所示，其中PLC主要完成整個系統的控制功能和參數(輸入參數)的分析計算，觸摸屏負責電機運動參數的設置和動態顯示鍋爐工作狀態。

4.3.2 人機界面的設置

使用通訊操作模式，通過軟件設定用觸摸屏監控變頻器的工作狀態，需要注意的控制回路端子如表1所示，主要包括正轉反轉控制、頻率設定、運行速度設定端子等。

4.3.3 變頻器控制電機的部分程序設計

需要設置的部分位\\字軟元件如表2所示。

利用GT DESIGNER version 5.01B 繪制所需要的變頻器控制電機控制界面圖形，并設置相應圖形的屬性——設置位\\字軟元件和相應的顯示方式及擴展功能值等。界面圖形如圖3所示。

其工作原理為：可以根據需要設置相應的文本說明，按下數值輸入區域，會彈出一個小鍵盤，可以在上面輸入所需要的頻率值(本設計中上限為5 000)，數值輸入的軟元件為Wr12，其在QPLC中對應的數據寄存器為D5018，按下確認按鈕(軟元件為X0060)，通過程序就可以將數據寫入變頻器中，具體的程序會在下面的程序實現部分講述。按下“正轉”、“反轉”、“停止”按鈕，通過程序和變頻器參數的改變，實現電機的相應運行，同時左下方的指示燈會持續的閃亮。

變頻器控制電機的部分控制程序如圖4所示：程序運行在主站模塊上，并將運行狀況顯示在人機界面上。

5 結語

本設計成功地完成了該鍋爐給水系統的CC-Link

現場總線監控網絡。采用觸摸屏技術和CC-Link總線技術改造后的鍋爐給水系統實際工作情況表明：控制網絡運行可靠、鍋爐給水系統工作穩定，實現了控制數據共享，從而開發出完善的人機界面并進行遠程監控。