基于CC-Link的炉窑网络控制系统的设计与实施

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网络控制 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、可靠性网络控制     

    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网络控制 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：    

      (1) 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。    

      (2) 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。   

      (3) 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。

     (4) 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。