基于CCLink 通信技術(shù)的制藥包衣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

羅洪霞

（廣州番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 511483）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化水平越來越高，控制對(duì)象的個(gè)數(shù)和種類越來越多，系統(tǒng)越來越復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)為工業(yè)自動(dòng)化線場(chǎng)提供了很好的解決方案[1]。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在滿足自動(dòng)化系統(tǒng)穩(wěn)定性和控制功能要求的同時(shí)，還可以進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化[2-3]。制藥行業(yè)也隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展越來越數(shù)字化、智能化。將現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用于制藥包衣控制系統(tǒng)，將所有的控制功能分布在現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)控制器，通過CCLink 網(wǎng)絡(luò)通信的方式完成系統(tǒng)的控制以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的監(jiān)控。

1 CCLink 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)

CCLink 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是控制與現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，英文全稱為Control and Communication Link，是日本三菱公司主推的開放性現(xiàn)場(chǎng)總線。CCLink 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)使具備高級(jí)信息的處理單元與數(shù)據(jù)傳送之間的簡(jiǎn)易連接成為現(xiàn)實(shí)，它不但能提供更完善的現(xiàn)場(chǎng)信息，而且能夠降低電纜的成本。CCLink 現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱CCLink 系統(tǒng)）允許3 種輸入/輸出形式的連接：遠(yuǎn)程I/O、遠(yuǎn)程元件和智能化遠(yuǎn)程站。

1.1 CCLink 系統(tǒng)的特點(diǎn)

（1） CCLink 系統(tǒng)具有最高通信速度可達(dá)10 Mbit/s，能夠進(jìn)行高速、大容量數(shù)據(jù)傳輸位信息、字信息等，被越來越多的用于高性能工廠自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)[4]。CCLink 現(xiàn)場(chǎng)總線傳送距離可擴(kuò)展，與常用其它三種現(xiàn)場(chǎng)總線Profibus DP、DeviceNet 和Modus Plus 在通信距離、速度、最大數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、鏈接點(diǎn)數(shù)和實(shí)時(shí)掃描等方面有明顯的優(yōu)勢(shì)。

（2） CCLink 系統(tǒng)還有自動(dòng)更新參數(shù)的功能，即指定的可編程序控制器內(nèi)部元件區(qū)域的數(shù)據(jù)會(huì)被自動(dòng)地傳送到所有遠(yuǎn)程I/O 和當(dāng)?shù)豍LC 中，且遠(yuǎn)程I/O 和當(dāng)?shù)豍LC 的數(shù)據(jù)都會(huì)被收入指定PLC 內(nèi)部文件中去，每次掃描時(shí)被執(zhí)行。CCLink 現(xiàn)場(chǎng)總線還支持遠(yuǎn)程編程，可以在CCLink 網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中的任意位置進(jìn)行編程。

（3） CCLink 系統(tǒng)還具有可靠性、診斷性。CCLink現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)可設(shè)置備用主站，當(dāng)主站發(fā)生異常時(shí)，可由備用主站代替原主站維持主站的功能，保障數(shù)據(jù)鏈接正常進(jìn)行。在數(shù)據(jù)鏈接過程種某一子站異常可將該子站（從站）從系統(tǒng)中隔離出去，維持其它站的正常通信，待異常子站恢復(fù)正常后，可以自動(dòng)回到系統(tǒng)中。另外，還可借助系統(tǒng)的特殊輔助繼電器和特殊寄存器快速完成CCLink 現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)通信狀態(tài)測(cè)試和建立數(shù)據(jù)鏈接。

1.2 CCLink 系統(tǒng)的組成

CCLink 系統(tǒng)可由主站、本地站、遠(yuǎn)程站和智能設(shè)備站組成。主站，一個(gè)系統(tǒng)必須有一個(gè)主站，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈接進(jìn)行管理和控制，帶有網(wǎng)絡(luò)控制信息。除主站以外，其它站可統(tǒng)稱為從站。本地站，模塊與主站相同，可以作為主站的備用站，但站號(hào)不同于主站，帶有CPU，能夠與主站和其它本地站進(jìn)行通信。遠(yuǎn)程站，包括遠(yuǎn)程I/O 站和遠(yuǎn)程設(shè)備站，是實(shí)際進(jìn)行輸入和輸出的站，相當(dāng)于輸入/輸出模塊和特殊功能模塊。智能設(shè)備站，可以進(jìn)行循環(huán)傳送、瞬時(shí)送達(dá)的站，本地站也相當(dāng)于智能設(shè)備站。

1.3 模塊數(shù)、站號(hào)和占有站數(shù)

模塊數(shù)，是指CCLink 系統(tǒng)中除主站之外，網(wǎng)絡(luò)中實(shí)際物理鏈接的模塊個(gè)數(shù)。

站號(hào)，是為了方便數(shù)據(jù)鏈接時(shí)對(duì)各站進(jìn)行管理和進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，需要對(duì)各站進(jìn)行標(biāo)記識(shí)別，必須對(duì)CCLink 系統(tǒng)所有站進(jìn)行的編號(hào)設(shè)置。主站的站號(hào)為0，從站的站號(hào)為1～64，同一系統(tǒng)各站的站號(hào)不能重復(fù)，否則會(huì)出現(xiàn)鏈接異常；另外，如站號(hào)設(shè)置為0～64之外的值時(shí)，模塊也會(huì)報(bào)出錯(cuò)、“ERR”燈會(huì)亮，需要重新設(shè)置站號(hào)。占有站數(shù)，也簡(jiǎn)稱站數(shù)，只有從站需要設(shè)置占有站數(shù)，占有站數(shù)與從站處理的最大信息量有關(guān)。占用站數(shù)為1 時(shí)，該從站遠(yuǎn)程輸入/輸出RX/RY為32bit、RWw/RWr 為4word，最大可占用站數(shù)為4，此時(shí) 遠(yuǎn) 程 輸 入/ 輸 出RX/RY 為128bit、RWw/RWr 為16word，占用站數(shù)超出1～4 時(shí)模塊報(bào)出錯(cuò)，需要重新設(shè)置占用站數(shù)。站號(hào)的設(shè)置與占有站數(shù)有關(guān)。比如圖1 所示模塊數(shù)為3 的CCLink 系統(tǒng)，各站站號(hào)和占有站數(shù)設(shè)置為：主站的站號(hào)為0（固定不變），主站無需占用站數(shù)設(shè)置；模塊1 站號(hào)設(shè)置為1，假如占用站數(shù)設(shè)置為3；則模塊2 站號(hào)設(shè)置為4，假如占用站數(shù)設(shè)置為1；則模塊3 站號(hào)設(shè)置為5。可見模塊站號(hào)的設(shè)置與前一站的站號(hào)和占用站數(shù)有關(guān)，可以總結(jié)為：本模塊的站號(hào)=本模塊前一站的站號(hào)+本模塊前一站的占用站數(shù)。

圖1 模塊數(shù)為3 的CCLink 系統(tǒng)

2 制藥包衣控制系統(tǒng)

制藥包衣系統(tǒng)控制要求為：按下啟動(dòng)按鈕，傳送帶開始運(yùn)行，同時(shí)，排風(fēng)機(jī)也開始運(yùn)行，當(dāng)檢測(cè)到藥片開始進(jìn)入后，攪拌電機(jī)開始攪拌，蠕動(dòng)泵電機(jī)開始蠕動(dòng)，噴霧電機(jī)來回噴霧，每當(dāng)完成一瓶藥片包衣后，藥瓶自動(dòng)落到傳送帶上，生產(chǎn)瓶數(shù)加一。當(dāng)環(huán)境溫度大于30 ℃時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)開始運(yùn)行，鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行的速度由變頻器控制，當(dāng)溫度在30 ℃～60 ℃范圍變化時(shí)，速度變化范圍為0～50 Hz。

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖

制藥包衣系統(tǒng)共有6 臺(tái)電機(jī)，包括：傳送帶電機(jī)、排風(fēng)電機(jī)、攪拌電機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、噴霧電機(jī)、蠕動(dòng)泵。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，在觸摸屏上控制啟停，以及對(duì)系統(tǒng)相關(guān)運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。考慮到系統(tǒng)的控制對(duì)象較多，且傳送帶電機(jī)、排風(fēng)電機(jī)、攪拌電機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)為異步電機(jī)；噴霧電機(jī)和蠕動(dòng)泵電機(jī)分別為伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)。系統(tǒng)需要通信，所以采用3 臺(tái)三菱PLC，各PLC 分別拓展cclink 模塊，借助CClink 現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)搭建系統(tǒng)。系統(tǒng)組成框圖見圖2。其中Q00UPLC為系統(tǒng)的主站，與觸摸屏連接；兩個(gè)從站FX3U-32MT、FX3U-32MR 與主站通過通信線建立CClink 連接；FX3U-32MT 控制鼓風(fēng)機(jī)、噴霧電機(jī)和蠕動(dòng)泵，F(xiàn)X3U-32MR 控制攪拌電機(jī)、排風(fēng)機(jī)和傳送帶電機(jī)。

圖2 制藥包衣系統(tǒng)組成框圖

2.2 系統(tǒng)CCLink 通信配置

系統(tǒng)CCLink 通信配置非常關(guān)鍵，只有配置正確才能夠保證系統(tǒng)正常通信，否則無法進(jìn)行下一步的設(shè)計(jì)及調(diào)試工作。

2.2.1 硬件組態(tài)

制藥包衣系統(tǒng)CClink 模塊共3 個(gè)，其中：主站的CClink 模塊是QJ61BT11N，兩個(gè)從站的CClink 模塊一樣都是：FX2N-32CCL，將3 個(gè)模塊用通信電纜連接，兩邊的站分別接終端電阻110Ω。系統(tǒng)主站用Q系列PLC，基板為Q35B、電源模塊型號(hào)Q61P、輸入模塊QX40、輸出模塊QY10，通信模塊QJ61BT11N。各站CClink 模塊面板硬件組態(tài)配置見表1。硬件接線及站信息配置時(shí)需關(guān)閉系統(tǒng)電源，配置設(shè)置檢查無錯(cuò)后再開啟電源。

表1 CClink 模塊面板配置

2.2.2 軟件組態(tài)

要實(shí)現(xiàn)各站通信，在完成硬件組態(tài)后，還需給各PLC 做軟件組態(tài)配置。

主站Q00UCPU 打開編程軟件GX Works2，①新建工程。②組態(tài)PLC 參數(shù)，單擊“工程”-“參數(shù)”-“PLC參數(shù)”，打開“Q 參數(shù)設(shè)置窗口”，單擊“PLC 數(shù)據(jù)讀取”，這時(shí)可讀取基板上“I/O 分配信息”，再補(bǔ)充“起始XY”的地址，設(shè)置“輸入”模塊行地址為0010、“輸出”模塊行地址為0020、“智能”模塊行地址為00A0，該地址即為CClink 通信模塊QJ61BT11N 的地址；單擊“檢查”按鈕確認(rèn)無誤后，再單擊“設(shè)置結(jié)束”。③組態(tài)CClink參數(shù)，單擊“工程”-“參數(shù)”-“網(wǎng)絡(luò)參數(shù)”-“CClink”，打開CClink 網(wǎng)絡(luò)組態(tài)設(shè)置窗口，見圖3，設(shè)置“模塊塊數(shù)”為1，即本站（主站）中CClink 模塊的個(gè)數(shù)；“起始I/O 號(hào)”設(shè)置為00A0，即上一步組態(tài)PLC 參數(shù)時(shí)設(shè)置的QJ61BT11N 的地址；“模式設(shè)置”選擇“遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)（Ver.1 模式）”，因?yàn)槟KQJ61BT11N 只能用此模式；“總連接臺(tái)數(shù)”為2，即除了本主站之外，其余各站CClink 模塊總個(gè)數(shù)。通信的軟元件地址分別為：X1000、Y1000、D200、D100；④組態(tài)“站信息設(shè)置”，見圖4，因?yàn)橹霸O(shè)置了“總連接臺(tái)數(shù)”為2，所以這里有兩行信息需要設(shè)置，分別對(duì)應(yīng)2 個(gè)CClink，設(shè)置“站類型”都選擇“智能設(shè)備站”，“占用站數(shù)”都選擇“占用4站”，再單擊“檢查”按鈕，設(shè)置無誤后，最后單擊“設(shè)置結(jié)束”完成站信息設(shè)置。⑤所述參數(shù)設(shè)置完畢，其余參數(shù)設(shè)置默認(rèn)，單擊CClink 網(wǎng)絡(luò)組態(tài)設(shè)置窗口的“檢查”，確認(rèn)無誤后再單擊“設(shè)置結(jié)束”。⑥保存工程，單擊“下載”，勾選PLC 參數(shù)和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，完成。兩個(gè)從站只設(shè)置CClink 通信參數(shù)，不需要組態(tài)PLC 參數(shù)。通信參數(shù)的設(shè)置類似主站，設(shè)置通信參數(shù)后并分保存、下載至各站。

圖3 組態(tài)CClink 參數(shù)

圖4 組態(tài)“站信息設(shè)置”

2.2.3 重啟系統(tǒng)

當(dāng)完成了上述的硬件組態(tài)和軟件組態(tài)之后，將三臺(tái)PLC 的電源全部關(guān)閉、再重啟，CClink 通信設(shè)置才能生效。重啟后的系統(tǒng)，依次觀察三個(gè)站的CClink 通信指示燈，如果通信正常，則主站QJ61BT11N 的“RUN”、“LRUN”和“MST”燈亮，兩個(gè)從站CClink 模塊的3 個(gè)通信指示燈“LRUN”、“RD”、“SD”亮。如果通信指示燈亮的有誤，如“LERR”、“ERR”等指示燈亮需要重新檢查、排除存在的問題，再對(duì)系統(tǒng)上電觀察，直到正確亮通信指示燈，則系統(tǒng)通信已正確配置。

2.3 CClink 通信相關(guān)指令

這里，主站與從站之簡(jiǎn)的通信采用循環(huán)傳送的方式，主站與從站進(jìn)行交換的信號(hào)用遠(yuǎn)程輸入RX 和遠(yuǎn)程輸出RY 進(jìn)行通信[5]。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)用遠(yuǎn)程寄存器RWw、RWr 進(jìn)行通信。主站可以直接讀取遠(yuǎn)程輸入信號(hào)和控制遠(yuǎn)程輸出信號(hào)。從站則必須用FROM和TO 指令對(duì)遠(yuǎn)程輸入和遠(yuǎn)程輸出緩沖區(qū)進(jìn)行通信。（1） FROM指令FROM指令實(shí)現(xiàn)BFM讀取功能，將特殊模塊緩沖區(qū)BFM的內(nèi)容讀到PLC。（2） TO 指令TO 指令實(shí)現(xiàn)BFM寫入功能，將PLC 的內(nèi)容寫入到特殊模塊緩沖區(qū)BFM。

2.4 系統(tǒng)通信地址分配

系統(tǒng)緩沖區(qū)通信交換區(qū)間分配見表2。

表2 系統(tǒng)緩沖區(qū)通信交換區(qū)間分配

3 結(jié)論

制藥包衣控制系統(tǒng)中用到了較多的電氣元件，包括溫度、壓力、位置等傳感器，還有開關(guān)、按鈕輸入等，同時(shí)還有種類多樣的被控對(duì)象，有異步電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)以及指示燈等。系統(tǒng)控制過程復(fù)雜，且要求各站之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，所以采用基于CClink 通信的三臺(tái)PLC 構(gòu)成的控制系統(tǒng)，將控制對(duì)象分配到不同的從站中進(jìn)行控制，通過CClink 實(shí)現(xiàn)站與站之間的通信，所有的指令從觸摸屏端送到主站，以主站為通信中心，各站協(xié)調(diào)動(dòng)作。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種基于CClink 通信方法相對(duì)比較簡(jiǎn)便，通信及及時(shí)、數(shù)據(jù)量大、抗干擾能力強(qiáng)、成本低，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的互聯(lián)互通。這種基于CClink 通信的控制系統(tǒng)也為解決自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)的類似問題提供參考。