摘? 要: 詳細地介紹了基于CC-Link" title="CC-Link">CC-Link現場總線技術的分布式爐窯實時控制系統" title="控制系統">控制系統的設計與實施方案,同時對CC-Link的特性以及網絡的經濟性和可靠性進行了分析。
關鍵詞: PLC? CC-Link? 現場總線? 設計? 可靠性
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1 設計需求
超細煅燒陶土由于其性能優良,在化工、醫藥、日用、家化等產品中被廣泛采用。我國陶土資源豐富,但其煅燒工藝極其復雜,主要是因為煅燒的溫度、時間等對煅燒陶土的性能影響極大,控制參數" title="控制參數">控制參數稍有變化,就可能導致整爐陶土報廢。針對如此嚴格的煅燒工藝,采用CC-Link總線組建了一套測控系統" title="測控系統">測控系統。該系統對煅燒爐的四個煅燒區的溫度、時間進行控制,取得了較好的控制效果,同時也產生了較好的經濟效益。為了提高CC-Link總線數據傳輸速度、避免數據通信沖突,在CC-Link實時通信中,采取了一系列的安全措施,以確保CC-Link總線控制系統的穩定性和可靠性。
2 CC-Link的特性與網絡安全[1]
2.1 CC-Link的特性
CC-Link是Control & Communication Link(控制與通信鏈路系統)的簡稱,是三菱電機于1996年推出的開放式現場總線,其數據容量大,通信速度可多級選擇;而且它是一個復合、開放、適應性強的網絡系統,能夠適應從較高的管理層網絡到較低的傳感器層網絡的不同范圍。CC-Link是一個以設備層為主的網絡,一般情況下,整個一層CC-Link網絡可由一個主站和64個從站組成。CC-Link具有較高的數據傳輸速度,最高可達10Mbps,其底層通信協議遵循RS-485。
2.2 CC-Link的數據通信方式
CC-Link的通信形式分為兩種:循環通訊和瞬時傳送。信息若從主站傳遞到從站,信息數據將以150字節為單位進行分割,并以150字節為一批進行傳遞。若從從站傳遞到主站或其它從站,每批信息數據量最大為34字節。瞬時傳送需要由專用指令來完成。瞬時傳送不會影響循環通信的時間。
2.3 CC-Link測控網絡的優勢
CC-Link的優勢如下:
(1)可高速度、大容量地傳送數據;
(2)拓撲結構為星型結構;
(3)具有自動刷新和預約站功能:自動刷新和預約站功能是CC-Link的獨特之處。對于主站模塊和PLC的CPU的數據刷新,可將刷新參數在主站參數中設置,不需要編寫刷新程序,從而簡化了編程指令,減少了程序運行步驟。預約站功能在系統的可擴展性上顯示出極大的優越性,也給系統開發提供了很大的方便性;
(4)完善的RAS功能:RAS是Reliability(可靠性)、Availability(有效性)、Serviceability(可維護性)的縮寫;
????(5)優異抗噪性能和兼容性;
(6)互操作性和即插即用;
(7)瞬時傳送功能。
3 系統設計
3.1 系統組成
系統組成原理圖見圖1。為了提高整個控制系統的安全性以及可靠性,系統采用了雙機冗余措施。在雙主機系統中,二者處于對等地位,同時可以監測對方的運行情況以及實時偵聽網絡的沖突,并相互傳遞心跳信息,一旦發現對方系統出現故障或者連接的網絡出現故障,監測方立即接管測控任務,從而保證了系統主機的完整性和完好性。只要主機和網絡安全,控制系統便會安全,實時性便可得到保證。兩臺冗余主機內均安裝了PCI總線的CC-Link總線網絡適配卡A80BD(E)-JB1BT13,主機配置相同,以保證二者的MTTF、MTBF相近似,滿足系統相似性原理,為控制系統的安全性提供保證。
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為了將系統集成為具有測量、控制、管理功能于一體的測控系統,整個計算機管理網絡結構采用B/S(Brower/Server)結構及實時數據交換技術——DDE,并嵌入實時數據庫技術,實現有效的管控一體化管理。
工藝控制" title="工藝控制">工藝控制服務器由實時數據庫、操作臺瀏覽器等組成，主要完成生產過程的實時監控功能。除安裝常規的Windows Server 2000、Microsoft SQL Server 6.5、Power Builder 7.0外,還安裝有生產工藝控制在線實時服務數據庫,以備現場智能控制設備實時訪問并下載工藝控制參數。生產在線服務器由數據庫服務器、辦公用戶瀏覽器等組成,安裝有Windows Server 2000、Microsoft SQL Server 6.5以及生產調度控制數據庫，主要完成生產過程的實時監視和生產數據的管理功能。車間Web服務器由企業Internet網站和用戶瀏覽器組成，主要完成遠程數據交互功能。
整個車間以100M快速以態網為主干,連接各個智能控制單元PLC以及工藝控制服務器、生產在線服務器和車間Web服務器,系統采用星型網絡拓撲結構。
在現場智能控制單元中,從站采用A2SH PLC[2]智能控制單元,主要作用是管理AD、DA、DI/DO端口的I/O操作以及計數定時模塊的設定,負責將所采集的數據上傳到主站,并將從主站獲得的控制參數下傳至AO、DO模塊,去控制相應的執行結構。AD、DA、DI/DO以及計數定時模塊分別用于采集煅燒爐中的溫度、給控制三相異步電機旋轉的變頻器提供0~10V的控制信號源、控制電機的起停以及監測控制開關的狀態、控制三相異步電機旋轉的時間等。模塊的選用為:
????·模擬量采集:AJ65BT-64AD
????·模擬量輸出:AJ65BT-64DAV
????·數字量輸入/輸出:AJ65BTB2-16DR
????·熱電偶輸入:AJ65TB-68TD
????·高速計數器:AJ65BT-D62
????四條從站的配置是相同的,分別控制四條生產線。
3.2 系統特性
①整個監控系統采用CC-Link現場總線,可將現場數據高速地傳至主站進行管理。
②采用一臺三菱A系列PLC負責CC-Link網絡的管理， 還負責將數據送到上位PC機進行分析,并將中控室發出的指令送至現場從站。
③PC機將操作指令通過從站PLC傳送給受令執行單元執行操作,遠程執行單元將工作狀態通過從站PLC 傳送給PC機。PC機將車間中所有控制的工作狀態(開、關、報警)信息顯示出來,供操作人員監控。PC機接到報警和停線信息后,立即打印故障信息并計時,統計停線時間,并通過聲卡驅動音箱進行語音提示。
④為保證系統內大量的數據傳輸,每一條生產線的參數采集和控制都由一臺CC-Link從站完成。所有測控參數測量值通過CC-Link與從站通訊。
3.3 主體程序功能
主體程序功能框圖如圖2所示。
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CC-Link網絡由于具有眾多的優點以及有眾多廠商的支持,在控制領域得到了成功應用。尤其是與傳統的控制方法相比,在系統設計、安裝調試、維護和擴展上,具有不可比擬的優勢。因此,在實時控制領域成功應用CC-Link具有重要的意義。
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參考文獻
1 覃 強.CC-LINK現場總線.世界儀表與自動化,2000(9)
2 菱電自動化手冊Ans PLC
3 李 峣.計算機網絡技術.北京:清華大學出版社,2001.9
4 http：//www.sybase.com.cn