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CC-LINK远程站系统的研究与实现

--CC-LINK远程站系统的研究与实现

供稿:工控网 2011/7/13 10:21:00

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  • 关键词: CC-LINK,远程站,远程设备站,远程I/O站,墨量控制器
  • 摘要:本文介绍了CC-LINK的远程站系统的一种新的实现。利用CC-LINK远程站控制芯片MFP3、MFP2及单片机共同构建远程设备站、远程I/O站。据此方案研制了应用于阿印刷机墨量控制的远程设备站模块及通用的远程I/O站模块。文章阐述了远程设备站在墨量控制器中的软硬件实现,以及远程I/O站的硬件实现。

Abstract: In this paper, a new kind implementation of the CC-LINK (a new Field Bus) based remote-station system is presented. It uses the CC-LINK remote control IC MFP3, MFP2 and MCU to build the CC-LINK Remote Device station and Remote I/O station. An application of the Remote Device Station in the printing machine and a universal Remote I/O device are designed. The paper is mainly about the hardware and software implementation of the Remote Device Station and the hardware implementation of the Remote I/O Station.
Keywords: CC-LINK, Remote Device Station, Remote I/O Station, printing machine.

  1.引言
  目前在工业控制领域,现场总线的应用越来越多。CC-LINK作为一种新型的现场总线,具有较高的实时性。可与智能设备及各种现场设备厂家的产品实现连接,具有较强的兼容性,最高传输速度可达10Mbps,可以充分满足用户对开放结构与可靠性的严格要求,已经得到了越来越多的应用。专用的CC-LINK模块成本较高,且在远程设备站的构建上灵活性较差。针对以上情况,本文提出了一种结合CC-LINK基本网络、自主设计CC-LINK远程设备站和远程I/O站的CC-LINK网络构建方案。

  该方案采用CC-LINK的远程设备站控制芯片 MFP3,远程I/O站控制芯片MPF2,构成CC-LINK网络通信部分(符合CC-LINK的通信规范)。根据现场控制要求,结合单片机系统独立设计现场控制电路,输入输出电路。以上两部分构成了基于CC-LINK网络的灵活性高的远程设备站模块、远程I/O站模块。各模块间通过CC-LINK专用电缆与主站模块相连,主站模块与PLC相连。基于如上的构建模式,可以快速的构建基于CC-LINK的功能灵活的远程站,不必过度依赖专用CC-LINK模块,节省CC-LINK系统的使用成本。

 

 

  2.CC-LINK网络组成
  CC-LINK网络主要由CC-LINK主站模块、PLC、远程设备站模块、远程I/O站模块构成。网络结构如图1所示。PLC模块检查来自主站模块的CC-LINK网络信息,根据系统功能要求发送相应的控制信息给主站模块。主站模块控制整个CC-LINK网络,负责CC-LINK网络的运行,并作为CC-LINK网络与PLC之间的连接模块,接收来自远程站模块的数据信息,传递给PLC控制器,接收来自PLC控制器的控制信息并通过CC-LINK网络发送到远程站模块。将多个PLC模块控制的CC-LINK网络连接在一起就可以组成一个简易的分布式系统。

  一个CC-LINK网络最多可以连接64个内存站。网络的传输速度可为:156Kbps,625Kbps,2.5Mbps、5Mbps、10Mbps。可以满足高实时性的要求。

  3.墨量控制器的硬件结构
  本系统主要用于印刷机内的墨量控制器,每一套墨量控制器负责一个色组的所有电机的定位控制。采集墨斗体电机的当前位置信息,完成与主站PLC的通讯,并根据主站的控制信息完成墨斗体电机的定位。系统控制32个墨斗体电机的定位,所有电机的定位信息的采集、处理、输出控制时间控制在5ms之内。

 

 

  本系统属于CC-LINK远程设备站,以P89C51RD2、MFP3为主控器件构建而成,由CC-LINK网络控制部分,MCU控制部分,以及输入输出电路构成。结构框图如图2所示。MFP3为CC-LINK远程设备站控制芯片,可以与传感器、A/D ,D/A模块、数字控制器(如单片机)等相连,与主站之间进行数字数据以及开/关数据通信,灵活性高。P89C51RD2为PHILIPS公司生产的增强型51系列单片机。内部集成WatchDog,可配置工作模式:6 CLK、12 CLK。系统采用其 6 CLK工作模式,来提高单片机系统的处理速度。

  3.1 MCU控制模块
  MCU控制模块负责MFP3的初始化、读写操作,墨斗体电机定位信息的采集、处理及电机控制量的输出。A/D部分采集采用高速并行A/D转换器MAX1090,采集32路墨斗体电机的定位信息。墨斗电机采用专用电机驱动芯片驱动。每路电机对应两位控制量。分别控制电机正反转。单片机将电机的状态信息(位置信息、报警、完成)写入到MFP3相应数据寄存器,并读取PLC发送的控制信息(定位设定、报警解除),通过64位输出,控制32路电机的正、反转,以实现电机的定位控制。

  单片机控制系统可以根据实际需要的功能,进行扩展、设计。如键盘,显示等设备,以增强人机交互性。并可以现场配置,提高CC-LINK灵活性。

  3.2 CC-LINK网络控制模块
  CC-LINK网络控制模块,主要由MFP3以及一些外围控制电路组成。外围电路包括:485总线驱动部分、传输波特率设置、站号设置、内存站数目设置、系统状态的显示模块、以及与单片机系统的总线连接部分。结构图如图3所示。MFP3具有总线结构接口,可与A/D-D/A模块、单片机等智能设备相连,可进行字数据传输。

 

 

  CC-LINK网络上的基本单元为内存站,一个内存站可以进行(32位+4字)的数据传输,每个远程设备站最多可以配置4个内存站。整个网络上最多允许接驳64个内存站,所有CC-LINK网络的设备都需要根据自己所拥有的内存站,设置唯一的网络地址。当网络上有重复的地址时,系统会报错。波特率设置部分用于传输速度设置。状态显示部分负责显示CC-LINK网络的运行情况。CC-LINK网络可以自动检测网络运行情况,如网络地址的冲突、传输波特率的不匹配、网络断线等状况,并通过RUN、ERROR、SD、RD信号等来显示。当出现故障情况时可以参考CC-LINK故障手册解决故障。

  CC-LINK网络传输协议由MFP3内部硬件完成。只需要对MFP3进行初始化设置以后,就可以根据MFP3的控制方法对MFP3进行字数据、位数据的读写。MFP3主动接收CC-LINK主站模块的刷新循环,实现与主站模块之间的数据传输。

 

 

  4.软件设计
  该墨量控制器的软件设计主要由两部分组成:MFP3部分,A/D部分。系统主程序流程图如图4所示。其中Normal Operation包括A/D采集、控制量输出及一些逻辑运算。其余均为MFP3相关软件设计。鉴于篇幅的限制,下面只介绍MFP3部分的软件设计流程。

  MFP3内部包含特殊功能寄存器及数据存储寄存器(RX、RY、RWw、RWr)。通过对这些寄存器的读写操作可实现MFP3初始化、刷新、及读写操作。主要功能函数为:
  ■ bit CC_set_timeout(bit is_normal)
  ■ void CC_init(unsigned ch ar *CC_buf)
  ■ void CC_frame_write(unsigned ch ar start_addr, unsigned ch ar *buf,unsigned ch ar num)
  ■ bit CC_frame_read(unsigned ch ar tart_addr ,unsigned ch ar *buf, unsigned ch ar num)
  ■ bit CC_poll()
  MFP3写操作流程图如图5所示,读操作流程图如图6所示。

 

  5.远程I/O站
  远程I/O站模块由远程I/O站控制芯片MFP2以及一些外围电路组成。采集输入I/O信号,输出I/O信号。远程I/O站模块只能与主站模块进行开/关数据通信。可同传感器等开关量输出设备连接。其结构框图如图7所示。

 

 

  远程I/O站控制芯片MPF2的485总线驱动部分与MFP3大致相同。但MFP2仅包含一个内存站。最多允许32 位的I/O信号数据传输。系统可以通过硬件配置输入、输出I/O数。可以配置为32路全部输出、或32路全部输入、或16路输入,16路输出等,且拥有输入、输出的状态显示功能。系统输入为高电平有效,输出为低电平有效。
  站号、波特率的配置、485总线驱动部分与MFP3的相关配置相同,在此不重复介绍。
  MFP2接受主站模块的刷新循环,与CC-LINK网络的数据传输由硬件完成。

  6.结束语
  本文针对CC-LINK网络提出了一种灵活的,低成本的构建模式。并据此设计了CC-LNK远程设备站模块,完成了硬件以及软件的设计,并应用于印刷机内部的墨量控制器中,性能良好,达到了预期的效果。

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