基于CC-Link網絡的酸洗線PLC控制系統

盧國華，劉水蓮，歐陽三泰

(1.肇慶科技職業技術學院，廣東 肇慶 526100;2.肇慶技師學院，廣東，肇慶 526100)

熱軋酸洗是用鹽酸將熱軋鋼板上的氧化鐵皮清除后得到美觀、光滑的表面，主要應用于冶金、汽車、機械、輕工等行業。酸洗線主要由入口段、工藝段(化學處理段)、出口段三部分組成，系統分布范圍大，適宜集散控制。本文介紹的是基于CC-Link網絡的酸洗線Q系列PLC控制系統。

1 酸洗線控制系統的構成

1.1 系統構建

根據酸洗生產線生產工藝要求，自動生產線由數量眾多的三相交流驅動電動機和與各臺電動機配套的執行元件以及眾多的傳感器、計數器、指示燈等設備組成。為了對這些設備進行集中管理和有效監控，將其分門別類進行組合，并通過各自相應的總線模塊連接到CC-Link總線上。該網絡控制系統CCLink現場總線網絡的酸洗線自動控制系統構成如圖1所示。

1.2 系統配置

1.2.1 CC-Link現場總線模塊 三菱Q系列PLC用于CC-Link網絡的特殊功能模塊只有QJ61BT11N一種規格。本系統使用CC-Link網絡鏈接模塊QJ61BT11一塊，采用Q02HCPU作為控制中心，前13個遠程I/O站使用的是8點、16點、32點的AJ65SBTB系列遠程I/O模塊;后3個遠程設備站使用的是4點、2點的AJ65SBTB系列遠程模擬量模塊。

圖1 基于CC-Link總線的酸洗線自動控制系統結構Fig.1 According to CC-Link total line of sour wash the line auto control system of structure

(1)QJ61BT11N

CC-Link的主站模塊QJ61BT11是特殊擴展模塊，它將與之相連的Q系列PLC作為主站。主站在整個網絡中是控制數據連接系統的站。當Q02HCPU作為主站單元時，只能以QJ61BT11作為主站通信模塊，CC-Link網絡系統可以由一個主站，最大鏈接64個遠程I/O站、遠程設備站、本地站、備用主站或智能設備站;因為每一個遠程I/O模塊占32個點，所以最多可設置2048個鏈接點。CC-Link網絡系統中的模塊數量受到以下兩方面的限制:

①{(1×1)+(2×b)+(3×c)+(4×d)}≤64

式中:

a—占用1個內存站的模塊數;

b—占用2個內存站的模塊數;

c—占用3個內存站的模塊數;

d—占用4個內存站的模塊數。

②{(16×A)+(54×B)+(88×C)}≤2304

式中:

A—遠程I/O站的數量≤64;

B—遠程設備站的數量≤42;

C—本地站、備用主站和智能設備站的數量≤26。

(2)AJ65SBTB系列遠程模塊

AJ65SBTB系列遠程模塊在連接到CC-Link網絡時，必須進行站號和占用點數的設定。站號由2位旋轉開關設定，占用站數由1位旋轉開關設定，站號可在1～64之間設定，超出此范圍將出錯，占用站數在1～4之間設定。

1.2.2 觸摸屏 觸摸屏F940GOT-SWD直接和Q02HCPU相連接，置于車間的生產現場，在主站PLC的控制下工作，用于對整個生產線的工作過程進行實時監控。

1.2.3 Q02HCPU Q02HCPU屬于Q系列高性能型CPU，它在Q系列基本CPU性能的基礎上，主要提高了以下幾方面性能:增加I/O點數;擴充存儲器容量;提高CPU的運算速度;提高通信速度;兼容AnS系列模塊;增加擴展級等。

2 系統的通信

2.1 QJ61BT11與系統的通信

QJ61BT11與系統的通信連接如圖2所示。

采用專用CC-Link專用屏蔽電纜將各站的DA與DA，DB與DB，DG與DG端子連接。QJ61BT11具有兩個DA和DB端子，它們的功能是相同的，SLD端子應與屏蔽電纜的屏蔽層連接，FG端子采用3級接地。

圖2 QJ61BT11與主單元及遠程I/O站的連接Fig.2 QJ61 BT11 and lord unit and long range I O stand of conjunction

2.2 主站與遠程設備站的通信

主站與遠程設備站的通信如圖3所示。

1)CC-Link總線通信原理

(1)CC-Link的通信方式

CC-Link的底層通信協議遵循EIA485，CC-Link網絡通信由主站控制，采用廣播輪詢方式，廣播輪詢通信意味著不停地進行數據交換，各種類型的數據交換即遠程輸入RX，遠程輸出RY和遠程寄存器RWw，RWr。主站依次進行測試傳輸、循環傳輸和瞬時傳輸。從站通過測試傳輸建立與網絡的數據鏈接，然后可以進行循環傳輸和瞬時傳輸。瞬時傳輸是通過在循環傳輸過程中，在“幀”內加入瞬時傳送數據實現的，遠程站不能執行瞬時傳輸。

CC-Link也支持主站與本地站、智能設備站之間的瞬間通信。從主站向從站的瞬時通訊量為150字節/數據包，由從站向主站的瞬時通訊量為34字節/數據包。瞬時傳輸不會對廣播輪詢的循環掃描時間造成影響。

此外，在CC-Link網絡中主站是通過CC-Link模塊采用鏈路掃描方式與各從站進行數據鏈接，遠程站與主站之間的鏈接是通過緩沖存儲器自動映射來完成，而各站與主站PLC內的緩沖存儲器是通過FROM/TO專用指令讀/寫數據。下面以主站PLC與1號遠程站通訊為例，說明主站與遠程站的鏈接過程。

在正常運行程序中首先要寫人數據鏈接啟動程序，0#主站與1#遠程站之間通訊首先要進行數據鏈接啟動，接通刷新指令(YO)，使遠程輸入/出(RX/RY)、遠程寄存器(RWw/RWr)的數據有效。當刷新指令(Y0)關斷時，所有遠程輸人/出(RX/RY)、)數據處理為0(關斷)。其次接通由EEPROM參數啟動數據鏈接信號Y8)，并且開始數據鏈接。當數據鏈接正常開始時，主站數據鏈接狀態(X1)接通。在正常運行程序中要用FROM/TO語句從專用緩沖存儲器讀寫鏈接數據，這些程序通過GPPW軟件下載到主站PLC。站號則通過網絡模塊上的兩位旋轉開關設置，主站站號設置為00，1#遠程站設置為01。將主站網絡模塊的模式開關撥到ONLINE位置，接通電源后，各站之間數據鏈路的通訊過程就通過程序中的FROM/TO語句調用本站的緩沖存儲器的數據，CC-Link網絡根據主站初始化設置自動完成數據鏈接過程，形成一個完善的集散控制網絡系統。主站與1#遠程站鏈接過程如圖1所示。

圖3 主站與遠程站的通信Fig.3 The lords stand to stand with long range of correspondence

(2)CC-Link/LT的通信方式只有循環傳輸，是對CC-Link循環數據中的位數據通信的加強和升級，并且依照控制點數的不同，可以設定2，4，8，16等點數控制模式;同樣，CC-Link/LT繼承了CC-Link高效的數據傳輸特性。

(3)CC-Link Ver.2.0則在CC-Link通信的基礎上，增加了擴展循環傳輸功能，使循環數據通信容量相對于CC-Link原來版本可以擴大2、4、8倍。但是Ver.2.0的從站不包括遠程I/O站。首先，在CC-Link Ver.2.0的傳輸幀中，分別在ST1(自主站到從站)增加了協議版本信息，在ST2(自從站到主站)增加了擴展循環設置信息，在從站測試回送數據幀的軟件版本區域中增加了協議版本信息，并增加了ST3。ST3是通過循環傳輸接收的狀態數據，在Ver.2的站之間，RY/RX區域的高8位，用來發送和接收這個數據。其次，根據設置的擴展循環的倍數，將數據進行分割后，再接收或發送循環數據。

2.3 CC-Link通信的初始化

CC-Link通信的初始化實際上就是指CC-Link網絡的參數設置。網絡參數是指:

1)站的信息:站的類型—遠程I/O站、遠程設備站、智能設備站(包括本地站);

占用子站的數目—對每個模塊(遠程I/O站，遠程設備站)來說占用子站的數目是固定的，然而對本地站來說占用子站的數目可以設定為1-4。

2)站號:對所有連接站來說，當占用子站的數目設定為“1站“，站號從1開始連續設定(如1，2，3﹍)。然而當一個站的占用子站的數目多于2時，站號的設定必須考慮使用的站的數目。

通信的初始化對于啟動數據鏈接非常重要。目前CC-Link通信初始化設置方法有以下幾種:

(1)用程序實現通信的初始化

(2)使用CC-Link通信配置的組態軟件

GX-Configurator for CC-Link，該組態軟件可以對A系列和Q系列的PLC進行組態，實現通信參數的設置。

(3)通過CC-Link網絡參數實現通信參數設定

這是Q系列的PLC新增的功能，而A系列PLC并不具備這項功能。本網絡控制系統采用該種方法進行通信的初始化。具體步驟如下:

a.通過觸摸屏進行工藝參數設定(線速度、開卷張力、收卷張力等)、工藝參數表下傳、設備數據狀態顯示、故障報警自動前臺顯示、PLC內部變量監視等。

b.設定主站模塊QJ61BT11。

主站編號設定“00”;工作方式選擇“在線”;傳輸速率選擇“156kbit/s”;將模式開關置于位置“0”。

c.設定遠程I/O模塊和遠程設備模塊。

根據系統要求，對AJ65SBTB系列遠程I/O模塊和遠程設備模塊進行設定。13個遠程I/O站和遠程設備站除了站號不同外，其余的設定相同。

d.設定網絡參數和主站的自動刷新參數。

網絡參數的設定，需要根據不同的結構類型。用CC-Link網絡參數功能設置各站參數，主站信息設定如表1:

從站信息設定如表2:

表1 主站信息設定Table 1 Lord station the information set

由于每個站占用32位，寄存器占4個字，這樣就可依次確定各站遠程刷新軟元件地址和遠程寄存器刷新軟元件地址，比如:5#站為 X180-19F(或 Y180-19F)，16#站為 X2E0-2FF/Y2E0-2FF，D160-D163，D360-D363，依此類推。

(5)建立主站與遠程站的地址對應關系。

(6)PLC程序設計。

在建立了I/O的對應關系后，遠程I/O站的全部遠程輸入(RX)、遠程輸出(RY)均可以完全像本地I/O一樣在PLC程序中進行任意編程。

(7)工作狀態檢查。

在PLC程序設計完成后，可以通過模塊的指示燈檢查主站與遠程站的工作狀態。

整個設置的過程相當方便。只要在GPPW軟件的網絡配置菜單中，設置相應的網絡參數，遠程I/O信號就可自動刷新到CPU內存，還能自動設置CC-Link遠程元件的初始參數。如果整個CC-Link現場總線系統是由小Q系列和64個遠程I/O模塊構成的，甚至不須設置網絡參數即可自動完成通信設置的初試化。

表2 從站信息設定Table 2 Set from the station information

3 使用情況

該控制系統已應用于廣東某金屬制品企業的酸洗生產線，與改造前相比取得了很好的效果:

①在生產中存儲好不同品種的工藝參數，選定要加工的品種，進行工藝參數表下傳，使操作簡便，生產效率大大提高。

②由于各部分間的聯鎖，操作不允許時，會在觸摸屏上前臺顯示中文字幕，提示操作者不滿足條件之所在。

③當出現設備故障時，比如CC-Link通訊模塊、觸摸屏電量低、交流電機過熱、直流驅動器故障、水槽液位故障等，都能在觸摸屏上前臺顯示中文字幕，提示操作者故障之所在，給維修帶來極大的方便。

4 結束語

基于CC-Link總線技術設計的酸洗線PLC控制系統，優化了生產線的工作流程，提高了生產效率，組網簡化，降低了生產成本。同時，通過控制主站的PC機和觸摸屏，可以隨時了解和控制生產過程與工藝參數，對各種故障(如電機失控)做出及時記錄并報警，從而完全實現了設備運行的遠程自動化監控，具有較強的實用性，并為PC、PLC和集散系統三項控制領域流行的控制方式的相互融合開辟了新途徑。

［1］ 龔仲華，史建威，孫 毅.三菱FX/Q系列PLC應用技術［M］.北京:人民郵電出版社，2006

［2］ 龔建威，周 琴，歐陽三泰.PLC的開放式控制系統與通信總線網絡［J］.工礦自動化，2006(6):72-76

［3］ 彭 瑜.日本現場總線的發展方向-日本2003年系統控制展覽會觀后感之二［J］.國內外機電一體化技術，2004(3):8-12