开放式现场总线CC-Link在计量配料中的应用

一 概述

    全自动配料控制系统在各行业的应用已屡见不鲜，如：冶金，有色金属，化工，建材，食品等行业。它是成品生产的首要环节，特别是有连续供料要求的行业，其配比的过程控制直接影响了成品的质量，它是企业取得最佳经济效益的先决条件。虽然行业各自不同的工艺特点对配料控制要求也不同，但其高可靠性，先进性，开方性，免维护性，可扩展性是工厂自动化FA所追求的一致目标。

二 系统功能

    基于以上目标，我们为某企业设计、制造了一套全自动的多品种混合配料称重的三电一体化生产线。其中动态计量秤，通过CC-Link现场总线，会同PLC，HMI/IPC无缝地组成三位一体的计量配料系统，其中工控机经HUB及以太网TCP/IP连入工厂ERP/MIS。整个配料过程严格按照所选择的配方比和流程进行，并有多级报警记录，完成不同原料混匀给料及物流控制，实现了管控一体化，优了过程控制的性能和效率。

三 CC-Link概况

    CC-Link是三菱电机以高性能、低成本、多厂商支持为目标于1996年推出的第二代开放式现场总线，是control & communication Link（控制与通信链路）的简称，2000年11月，CC-Link协会成立，专门负责CC-Link在全球的普及和发展。

    开放式现场总线CC-Link具有性能卓越、应用广泛、使用简单、节省成本等突出的优势。CC-Link采用双绞线为连接介质的主从结构，最多支持64个从站，采用广播论询方式，最高可达到10Mbps速度。PLC或计算机作为CC-Link主站，配以AJ65SBT-RPT中继器最远距离可达13.2公里。网络总线最大的循环数据容量为2048个点，512个字；最大瞬时传送数据量为960字节。CC-Link具有预约站功能、自动刷新功能、即插即用功能和主站热备、子站脱离、站上线回复、监控测试等完备的RAS机能。CC-Link在使用上，硬件开关设置、接线（3芯屏蔽线）和系统组态（参数设定即可）都非常方便和简单。

    目前CC-Link支持多达360种设备，如：远程I/O、传感器、称重控制器、调节器、电磁阀、变频器、触摸屏等等。并得到220多家厂商支持，如：松下电工、大和衡器、横河、西门子、SMC、DIGITAL、NEC等等。CC-Link也是目前唯一能与欧美现场总线标准抗衡的亚洲产品。

四 系统配置

    本系统下位机采用了三菱电机的MELSEC-A2SH PLC为主控，并配以三菱GOT触摸屏为下位人机介面(HMI)，计量控制由12台上海大和衡器公司的CFW定量给料机(Constant Feed Weigher)组成。它们之间通过CC-Link现场总线联接，以实现数据采集与控制，来确保系统的可靠性和实时性。上位机部分选择研华IPC610工控机作为监控站，配以MS Windows NT 4.0 for workstation操作系统和悉雅特监控软件Citect Version 5.30为运行环境，系统软件具有丰富的流程操作、监控、通讯、报警、管理、趋势、记录和人机对话等功能，并具有较强的诊断能力。系统的硬件和软件是控制系统的有机体，以上配置确保了系统完整性、一致性、兼容性和成套性，适应在工业环境下能长期稳定运行，并具有电、磁、震抗干扰的能力，满足了安全性的要求。本配料系统结构与网络配置如图1所示

1，下位机结构及组成

    在本工程中所采用的12台CFW主要是来完成原料流量控制，其中的CFC-200仪表，它集调节与演算为一体的多功能计量控制器，它是日本大和制衡出众的计量仪表设计技术的体现，具备足够的抗干扰性能、多样化接口、自诊断功能、自整定PI调节功能等特长，并配以三菱A540电流矢量型变频器和SEW高性能电机，组成一个完整的机电一体化产品，确保了计量和控制的准确性(±3‰精度)，保证了12台CFW相互间瞬时流量比例的恒定。[page]

    下位机选用CC-Link现场总线控制方式，用三菱MELSEC-A PLC共二台组成CC-Link双机冗余结构，它具有先进、高速、可靠、大容量的特点，其中PLC1为主控，PLC2为后备冗余，当通信发生故障时，便可实行主备PLC间的无扰切换。由于12台CFW分布较分散，故选择CC-Link总线将大和衡器称重控制器与PLC直接相连。下位人机介面(HMI)为三菱电机液晶触摸屏GOT，以确保工艺数据正确和及时的在上位PC监控站和触摸屏上得到双重响应和显示，即使上位发生故障或失效，也不影响整个流程控制。触摸屏的监控画面虽没上位HMI丰富，但也基本覆盖整个系统的监控和操作。

    上海大和的定量给料机(CFW)是作为远程设备从站形式连接CC-Link现场总线的。

    PLC控制软件采用符号化的梯形图编写，并充分考虑系统资源，减少循环扫描时间，提高实时控制性。PLC1为CC-Link主站，由主站模块控制从站的运行和数据刷新，因A2SH PLC支持CC-Link指令，使网络组态和数据处理时，更显容易，在运行程序中，主从站之间的数据交换是自动链接更新的，主CPU只需通过RDGET和RDPUT语句即可与从站交换设备信息，CC-Link指令可代替FROM/TO指令以处理数据的存取，而不需关心缓冲内存的地址。

    上下位机的通信选用Modbus通讯协议（RS485方式），网络结构是主从结构，通信介质为双绞线，它是Modicon公司早期所引用开发，在工业控制领域应用非常广泛，是事实上的工业网络标准。它支持21种功能代码，并可与工厂中其它众多厂商的不同产品通讯。本系统中采用的Modbus协议是以RTU格式封装，可以较高的波特率传送信息。

2，监控系统详述

    监控系统是以Citect V5.30 32位工控软件为开发和运行平台，Citect是基与Windows NT平台用于分布式控制系统的SCADA软件，它向用户提供了极大的应用灵活性和系统开方性，在工业自动化领域有着广泛的应用，是当今优秀的自动化软件之一。

    Citect内置一个Cicode的实时多任务SCADA程序语言，利用它所提供的丰富函数库，可灵活地开发出复杂的应用程序，这是它优于其它SCADA软件的特点之一。监控系统采用树型结构，具有多种画面调用手段，以方便操作使用。系统画面分菜单主页，配料总貌监控、设备监控、配方管理、趋势组记录、报警组记录、报表、操作日志、调试维护、帮助等画面。为保证系统的安全可靠运行，监控系统提供操作员、管理员和工程师三种权限，以保证系统的安全机制。在本配料监控系统的开发中，结合了实际工艺状况和充分利用Citect的特长，主要完成了配方设置、流程选择和切换、流程联锁、流程起动、顺序停止、故障停止、流程报警、流量和定量控制、累计统计等功能。

    Citect采取了C/S结构方式，以输入/输出服务器（I/O server）形式经以太网链路（TCP/IP协议）连入工厂ERP/MIS，Citect提供了DDE/NetDDE，OPC，ODBC/SQL，COM/DCOM,CTAPI等通用方法实现基于Windows应用程序和I/O之间的数据交换。本配料系统中的历史数据以ODBC/SQL方式访问数据库服务器Microsoft SQL Server 7.0。而实时数据的交换,考虑到DDE、OPC方式的不稳定性及局限性，因此选用Citect所提供的CTAPI接口，它适合多种数据交换，使用更为灵活，它避免了各应用程序的代码冗余，提高了内存的利用率，它以DLL函数提供外部的应用程序（VB，VC++等）接口，使用户应用程序可直接对Citect的Tag变量进行操作，并支持通过TCP/IP的远程操作。VB调用DLL函数，按先声明后调用的原则，DLL函数使用类似于VB自己的函数应用，非常简单。可使用户通过内部企业网上任何一台工作站来监控实时数据和查询历史数据。

五 结论

    综上所述，基于开方式现场总线CC-link的定量给料机CFW配以PLC+PC及工控软件所组成的控制系统，具有先进性、开方性、实施周期短、成本（包括投资、维护、升级等成本）低等特点，它可将来自不同公司的不同类型产品无缝地组合成一体，并以一体化的网络平台技术为基础，实现了安全、透明、经济的需要。其中的现场总线和工控软件是今后几年自动化领域发展的主流和热点，相信在各行业的使用将越来越多。