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基于CC-Link的炉窑网络控制系统的设计

供稿:中国工控网 2017/10/13 13:42:36

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  • 关键词: CC-Link 炉窑网络控制系统
  • 摘要:超细煅烧陶土由于性能优良,在化工、医药、日用、家化等产品中被广泛采用,我国陶土资源丰富,但其煅烧工艺极其复杂,主要是其煅烧的温度、时间等对煅烧陶土的性能影响极大,控制参数稍有变化,或许整炉陶土将报废,针对如此严格的煅烧工艺,研制了一套采用CC-Link总线组建的测控系统对煅烧炉的四个煅烧区进行温度、时间控制,取得了较好的控制效果,同时也产生了较好的经济效益。为了提高CC-Link总线数据传输的快捷性、避免数据通信冲突,在CC-Link实时通信中,采取了一系列的安全措施,以确保CC-Link总线控制系统的稳定、可靠性。

1、设计需求

  超细煅烧陶土由于性能优良,在化工、医药、日用、家化等产品中被广泛采用,我国陶土资源丰富,但其煅烧工艺极其复杂,主要是其煅烧的温度、时间等对煅烧陶土的性能影响极大,控制参数稍有变化,或许整炉陶土将报废,针对如此严格的煅烧工艺,研制了一套采用CC-Link总线组建的测控系统对煅烧炉的四个煅烧区进行温度、时间控制,取得了较好的控制效果,同时也产生了较好的经济效益。为了提高CC-Link总线数据传输的快捷性、避免数据通信冲突,在CC-Link实时通信中,采取了一系列的安全措施,以确保CC-Link总线控制系统的稳定、可靠性。

2、CC-Link的特性与网络安全

2.1 CC-Link的特性     

  CC-Link是Control&Communication Link (控制与通信链路系统)的简称,是三菱电机于1996年推出的开放式现场总线,其数据容量大,通信速度多级可选择,而且它是一个复合的、开放的、适应性强的网络系统,能够适应于较高的管理层网络到较低的传感器层网络的不同范围。CC-Link是一个以设备层为主的网络,一般情况下,CC-Link整个一层网络可由一个主站和六十四个从站组成。网络中的主站由PLC担当,从站可以是远程I/O模块、特殊功能模块、带有CPU和PLC本地站、人机界面、变频器及各种测量仪表、阀门等现场仪表设备。且可实现从CC-Link到AS-I总线的联接。CC-Link具有高速的数据传输速度,最达可达10Mbps。CC-Link的底层通信协议遵循RS485,一般情况下,CC-Link主要采用广播一轮询的方式进行通信,CC-Link也支持主站与本地站、智能设备站之间的瞬间通信。    

  CC-Link,具有性能卓越、应用广泛使用简单节省成本等突出优点。  

2.2 CC-Link的数据通信方式     

  CC-Link的通信形式可分为2种方式:循环通讯和瞬时传送。循环通讯意味着不停地进行数据交换。各种类型的数据交换即远程输入RX,远程输出RY和远程寄存器RWr、RWw。一个从站可传递的数据容量依赖于所占据的虚拟站数。占据一个从站意味着适合32位RX和/或RY,并以每四个字进行重定向。如果一个装置占据两个虚拟站,那么它的数据容量就扩大了一倍。除了循环通信,CC-Link还提供主站、本地站及智能装置站之间传递信息的瞬时传送功能。信息从主站传递到从站,信息数据将以150字节为单位分割,并以每批150字节传递。若从从站传递到主站或其他从站,每批信息数据最大为34字节。瞬时传送需要由专用指令来完成。瞬时传送不会影响循环通信的时间。

2.3 CC-Link测控网络的优势     

CC-Link的优势如下:

1)高速度大容量的数据传送

2)拓扑结构有多点接入、T型分支、星型结构

3)CC-Link使分布控制成为现实

4)自动刷新功能、预约站功能

  这一特性是CC-Link独特之处,以PLC作为CC-Link的主站,由主站模块管理整个网络的运行和数据刷新,主站模块与PLC的CPU的数据刷新可在主站参数中设置刷新参数,便可以将所有的网络通信数据和网络系统监视数据自动刷新到PLC的CPU中,不需要编写刷新程序,这样,也不必要考虑CC-Link主站模块缓冲寄存区的结构和数据类型与缓冲区的对应关系,简化编程指令,减少程序运行步骤,缩短扫描周期,保证系统运行实时性。预约站功能在系统的可扩展性上显示出极大的优越性,也给我们系统开发提供很大的方便。预约站功能指CC-Link在网络组态时,可以将现在不挂上网络而计划将来挂接到CC-Link的设备,在网络组态时事先将这些设备的系统信息(站类型、占用数据量、站号等)在主站中登录,而且可以将相关程序编写好,这些预约站挂接到网络中后,便可以自动投入运行,不需要重新进行网络组态。而且在预约站没有挂接到网络中时CC-Link同样可以正常运行。

5)完善的RAS功能

RAS是Reliability(可靠性)、Availability(有效性)、Serviceability(可维护性)的缩写。备用主站功能、在线更换功能、通信自动恢复功能、网络监视功能、网络诊断功能提供了一个可以信赖的网络系统,帮助用户在最短时间内恢复网络系统。

6)异抗噪性能和兼容性

7)互操作性和即插即用

8)瞬时传送功能

总之,CC-Link的设计提供给用户最简单的使用和维护方法和措施。

  组态简单:仅需要在参数表中设置相关的参数便可以完成系统的组态工作,以及数据刷新映射关系,(也可以通过专用的参数配置软件进行设置);

  接线简单:仅需要将3芯双绞线的3根电缆按照DA、DB、DG对应连接,另外接好屏蔽线和终端电阻,一般的系统接线便可完成;

  设置简单:CC-Link的每种兼容设备都有一块CC-Link接口卡,系统还需要对每一个站的站号和速度及相关信息进行设置,而这些信息在这些接口模块上有相应的开关进行设置。

  维护简单:由于CC-Link的卓越性能,和丰富的RAS功能,为CC-Link的维护方便性和运行可靠性提供了强有力的保证,其监视和自检测功能使CC-Link系统的维护和故障后恢复系统变得方便和简单。

3、系统设计

3.1 系统组成

  为了提高整个控制系统的安全性以及可靠性,系统采用了双机冗余措施。在双主机系统中,二者处于对等地位,并且同时可以监测对方的运行情况以及网络的冲突侦听,并相互间传递心跳信息,一旦发现对方系统出现故障或者连接的网络故障,监测方立即接管测控任务,从而保证了系统在任何时候系统主机的完整性和完好性,只要主机和网络安全,控制系统便会安全,实时性便可得到保证。两台冗余主机内均安装了PCI总线的CC-Link总线网络适配卡A80BD(E)-JB1BT13,主机配置相同以保证二者的MTTF、MTBF相近似,满足系统相似性原理,对控制系统的安全性设计提供了保证。

  从站采用AnSH PLC 智能控制单元,主要作用是管理AD、DA、DI/DO的端口I/O操作以及计数定时模块的设定,并且将所采集的数据负责上传到主站,并从主站获得的控制参数下传之AO、DO模块,控制相应的执行结构。AD、DA、DI/DO以及计数定时模块分别用于采集煅烧炉中的温度、给控制三相异步电机旋转的变频器提供0~10V控制信号源、控制电机的起停以及监测控制开关的状态、控制三相异步电机旋转的时间等。模块的选用为:

★模拟量采集:AJ65BT-64AD ,

★模拟量输出:AJ65BT-64DAV ,

★数字量输入/输出:AJ65BTB2-16DR,

★热电偶输入:AJ65TB-68TD ,

★高速计数器:AJ65BT-D62。四条从站的配置是相同的,分别控制四条生产线。

  为了将系统集成为具有测量、控制、管理功能于一体的测控系统,在车间级的Intranet中集成了生产在线数据库以及控制参数与工艺数据库服务器,生产在线数据库服务器主要用于管理当日当班的人员、计划调度以及生产完成情况,工艺数据库服务器主要用于记录生产工艺参数、重要工段以及重要设备的定时抽检数据、故障几率等,便于了生产管理。整个程序的设计功能如下:

3.2 系统功能:

(一)网络,整个监控系统采用CC-Link现场总线,可高速的将现场数据传至主站进行管理。

(二)主站和从站,采用一台三菱A系列PLC负责CC-Link网络的管理, 以及将数据送到上位PC机进行分析和将中控室发出的指令送至现场从站。

(三)PC机单元,PC机将操作指令通过从站1 PLC传送给受令执行单元执行操作,远程执行单元将工作状态通过从站PLC 传送给PC机。PC机将车间中所有控制的工作状态(开,关,报警)信息显示出来供操作人员监控。PC机接到报警和停线信息立即打印故障信息并计时。统计停线时间。并通过声卡驱动音箱进行语音提示。

(四)为保证系统内大量的数据传输,我们每一条生产线的参数采集和控制由一台CC-Link从站完成。所有测控参数测量值通过CC-Link 与从站通讯。 

4、 结束语

  众所周知,CC-Link网络由于具有众多的优点以及众多厂商的支持,在控制领域得到了成功应用,已得到了用户的高度评价。尤其是与传统的控制方法相比,在系统设计,安装调试,维护和扩展上,具有不可比拟的优势。因此,在实时控制领域成功应用CC-Link具有典型的意义。

文章来源:网络

审核编辑(王静)
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