CC-Link网络

CC-Link网络（共7篇）

CC-Link网络 篇1

1 CC-Link总线技术说明

1.1 CC-Link IE控制层网络概述

CC-Link IE网络是一种基于以太网的网络, 它的目标是使系统控制层之间能够实现无缝通信, 改善企业系统的连通性, 降低工程成本, 提高通信效率。CC-Link IE控制层网络可以将三菱电动机Q系列PLC连接起来, 实现高速、大容量的控制层网络数据通信, 同时可以降低光纤使用量, 并且提供了极其形象的可视化诊断界面。当网络出现故障时, 可以非常方便、快速地定位到故障点。

1.2 CC-Link现场总线通信网络概述

作为开放式现场总线, CC-Link是起源于亚洲地区的现场总线。CC-Link具有通信速度快、数据容量大、使用简单、通信稳定性高、使用范围广泛等特点。网络中的主站由三菱电FX系列以上的PLC担当, 子站可以是远程I/O模块、带有PLC的本地站、人机界面、变频器、机器人以及各种测量仪表、阀门、数控系统等现场仪表设备。

2 自动化生产线控制层网络设计及参数设置

2.1 控制层网络系统架构

图1所示为控制层网络系统架构。使用光纤 (GI) 将主控台单元、立体仓库单元、传送带单元的CC-Link IE控制网络模块 (QJ71GP21-SX) 按照双环的连接方式串联起来组成网络系统, 主站控台单元、立体库单元、传送带单元之间可以实现高速及大容量的数据通信。

2.2 控制层网络数据的循环传送

自动化生产线控制层数据传送采用CC-Link IE数据循环传送方式中的LB/LW通信方式, 在整个网络中, 主控台单元、立体仓库单元、传送带单元将数据写入到链接软元件 (LB/LW) 的各站发送范围中, 并将其发送到同一网络中的主控台单元、立体库单元、传送带单元中进行循环数据传送。各单元的PLC软元件与其对应CC-Link IE控制层网络模块链接软元件链接刷新, 使各单元的PLC软元件可以读写链接软元件的数据。

2.3 控制层网络CC-Link IE模块参数的设置

2.3.1 管理站 (1号站) 参数设置

管理站 (1号站) 参数设置步骤为:①打开GXWorks2软件, 在工程数据列表窗口中依次选择“参数”“网络参数”“以太网/CCIE/MELSECNET”, 对网络类型、起始I/O号、站号、模式进行设置;②点击参数设置界面中“网络范围分配”, “位”的通信和“字”的通信分别用LB和LW来实现, 同时分配好各站的发送范围;③点击参数设置界面中的“刷新参数”, 刷新软元件数目为整个网络内所有站的链接软元件的总和, 主站单元的CPU软元件与其对应的CC-Link IE控制层网络模块链接软元件链接刷新, 从而使主站单元的CPU软元件可以读写链接软元件的数据。

2.3.2 立体仓库单元等网络参数的设置

在立体仓库单元、传送带单元网络参数的设置过程中, 各站网络号需保持一致, 站号不能设置相同的数值, 刷新软元件数目为整个网络内所有站的链接软元件数目的总和, 其他单元的PLC软元件与其对应CC-Link IE控制层网络模块链接软元件链接刷新, 从站单元的PLC软元件可以读写链接软元件的数据 (与管理站的刷新参数设置相同) 。

3 自动化生产线设备层网络设计及其参数配置

3.1 自动化生产线能量监控现场网络

自动化生产线能量柜 (能量监控单元) 分别用来监测生产线总电源、加工中心电源、数控车床电源、立体库电源及其他单元电源。能量监控单元可以读出各个单元当前的三相电压、电流等。但为了能让总控台能量监控计算机实时显示各个单元当前的三相电压、电流等, 可以通过CC-Link模块 (QJ61BT11N) 将各个单元电源的电子测量仪表与主站单元QPLC连接起来进行数据传送, 再通过MES接口模块将各个单元仪表监测到的数据传输到计算机监测系统中, 使其能够实时显示各个单元的电子测量仪表监测到的数据。

3.2 自动化生产线传送带单元现场网络

采用CC-Link现场总线通信方式将传送单元的变频器串联起来, 由传送带单元控制柜中的PLC对变频器进行控制, 减少了配线, 提高了通信效率, 起到高速的输入、输出响应的效果, 即使出现故障, 也能够在最短时间内恢复网络系统。

3.3 CC-Link通信模块 (QJ61BT11) 参数的设置

CC-Link通信模块 (QJ61BT11) 参数的设置步骤为:①打开GXWorks2软件, 在工程数据列表窗口中依次选择“参数”“网络参数”“CC-Link”, 分别对起始I/O号、类型、模式、总连接台数等进行设置;②点击参数设置界面的“中站信息”, 对站类型、占用站数、远程站点进行设置;③设置设备层网络数据的刷新参数。

设备层网络数据的刷新参数的设置主要分为以下两步。

3.3.1 远程输入和远程输出的设定

在网络参数设置对话框中, 将远程输入 (RX) 刷新软元件设置为X100, 远程输出 (RY) 刷新软元件设置为Y100, 且各远程设备站都为32点, 所以1号站输入范围为X100~X110, 输出范围为Y100~Y110, 其他各站依次类推。CC-Link通信模块的起始I/O地址设置为0000, 且为32点, 所有1号站远程输入范围为RX00~RX10, 远程输出范围为RY00~RY10, 其他各站依次类推。主站QCPU和远程设备站相互传送状态时, 首先主站 (QJ61BT11N) 和远程设备站要进行链接扫描, 将远程设备站输入、输出刷新软元件中的状态值传送到主站输入、输出刷新软元件中, 然后主站QCPU和主站自动刷新, 将主站输入、输出刷新软元件中的状态值传送到主站QCPU输入、输出软元件中。

3.3.2 远程寄存器的设定

为了能读取各站仪表的数值, 并将各站的监测数据传送给各个远程设备站, 通过远程寄存器 (RWr, RWw) 来读写。在网络参数设置对话框中, 将远程寄存器 (RWr) 刷新软元件设置为W100, 远程寄存器 (RWw) 刷新软元件设置为W200, 所以1号站远程寄存器的范围为W200~W203, 远程寄存器的范围为W100~W103, 其他各站依次类推。由于CC-Link通信模块的起始I/O地址设置为0000, 因此, 远程设备站站1的远程寄存器的范围为RWw0~RWw3, 远程设备站站1的远程寄存器的范围为RWr0~RWr3, 其他各站依次类推。要想监测各站仪表的数值, 首先在程序中定义各个站监测项目的代码, 通过主站QCPU寄存器 (W) 传送给各个远程设备站的远程寄存器, 然后通过各个远程设备站的远程寄存器将仪表的数值传送给主站QCPU寄存器。

4 结束语

总之, CC-Link总线技术使用简单、性能卓越。合理地运用该技术能够切实提高生产线的生产效率。在实际应用中, 该技术总的表现为自动化生产线成本降低, 可靠性提高;具体表现为CC-Link总线搭建的控制网络具有高可靠性和互操作的特点, 增强了生产线的可维护性, 提高了数据采集的智能化, 提升了自动化生产线各个自动化设备单元间通信的实时性和准确性, 使得自动生产线的生产效率得到了显著提高, 很好地完成预定的控制任务。本文作此研究, 为基于CC-Link总线的技术在自动化生产领域更大范围的运用奠定基础。

摘要：CC-Link现场总线是目前在工业自动化领域应用最为广泛的现场总线通讯技术之一。重点对CC-1ink总线技术在自动化生产线控制网络中的运用进行了研究, 同时阐述了自动化生产线控制层网络设计及参数设置、自动化生产线设备层网络设计及其参数配置, 对高效节能系统的发展和推广具有一定的意义。

关键词：总线技术,网络搭建,CC-Link,通讯技术

参考文献

[1]余贞金.基于CC-LINK现场总线的PLC控制系统研究与设计[D].武汉:武汉理工大学, 2010.

[2]范金玲, 王月芹.基于CC-LINK现场总线的自动化生产线组网[J].内江科技, 2013 (02) .

CC-Link网络 篇2

自动化生产线包含总控台、加工中心、自动化立体仓库、自动传输带等自动化设备单元,整个自动化生产线具有高度的集成性,设备层面单元繁多复杂,多厂商的设备环境,对相互之间通信实时性及准确性要求非常高。同时各个设备单元与控制柜之间摆放位置受现场环境的限制,对现场布线要求很高,不仅工作量繁重,还要使用大量线缆。通过CC-Link现场总线技术可以很好地解决设备层与控制柜的网络通信,有效地减少了配线工作量,并且减少线缆的使用量。与此同时,运用CC-link IE技术搭建了各个控制柜之间的光纤网络通信,很好解决了各个控制单元之间高速通信及可靠性的问题[1],实现了总控台对整个自动生产线的控制。

1 CC-Link总线技术说明

1. 1 CC-Link IE控制层网络概述

CC-Link IE网络是一种基于以太网的网络,它的目标是使系统控制层之间能够实现无缝通信,改善企业系统的连通性,降低工程成本,提高通信效率。CC-Link IE控制层网络可以将三菱电动机Q系列PLC连接起来,实现高速、大容量的控制层网络数据通信,同时可以降低光纤使用量,并且提供了极其形象的可视化诊断界面,当网络出现故障的时候,可以非常方便快速地定位到故障点[2]。

1. 2 CC-Link现场总线通信网络概述

作为开放式现场总线,CC-Link是起源于亚洲地区的现场总线。CC-Link具有通信速度快、数据容量大、使用简单、通信稳定性高、使用范围广泛等特点,网络中的主站是由三菱电FX系列以上的PLC担当,子站可以是远程I / O模块、带有PLC的本地站、人机界面、变频器、机器人以及各种测量仪表、阀门、数控系统等现场仪表设备[3]。

2 自动化生产线控制层网络设计及参数设置

2. 1 控制层网络系统架构( 图2)

使用光纤( GI) 将主控台单元、立体仓库单元、传送带单元的CC-Link IE控制网络模块( QJ71GP21-SX) 按照双环的连接方式串联起来组成网络系统,主站控台单元、立体库单元、传送带单元之间可以实现高速及大容量的数据通信。

2. 2 控制层网络数据的循环传送

自动化生产线控制层数据传送采用CC-Link IE数据循环传送方式中LB/LW通信方式,在整个网络中,主控台单元、立体仓库单元、传送带单元将数据写入到链接软元件( LB/LW) 的各站发送范围中,并将其发送到同一网络中主控台单元、立体库单元、传送带单元中进行循环数据传送。各单元的PLC软元件与其对应CC-Link IE控制层网络模块链接软元件进行链接刷新,使各单元的PLC软元件可以读写链接软元件的数据。自动化生产线数据的循环传送如图3 所示。

2. 3 控制层网络CC-Link IE模块参数的设置[4,5,6]

a) 管理站( 1 号站) 参数设置

1) 打开GX Works2 软件,在工程数据列表窗口中依次选择: 参数、网络参数、以太网/CC IE/MELSECNET,打开如图4 所示的参数设置界面。对网络类型、起始I/O号、站号、模式进行设置。

2) 点击参数设置界面中网络范围分配,“位”的通信和“字”的通信分别用LB和LW来实现,同时分配好各站的发送范围。

3) 点击参数设置界面中刷新参数,刷新软元件数目为整个网络内所有站的链接软元件的总和,主站单元的CPU软元件与其对应CC-Link IE控制层网络模块链接软元件进行链接刷新,从而主站单元的CPU软元件可以读写链接软元件的数据。

b) 立体仓库单元、传送带单元网络参数的设置过程中,各站网络号需保持一致,站号不能设置相同数值,刷新软元件为整个网络内所有站的链接软元件数目的总和,其他单元的PLC软元件与其对应CC-Link IE控制层网络模块链接软元件进行链接刷新,从站单元的PLC软元件可以读写链接软元件的数据( 与管理站的刷新参数设置相同) 。

3 自动化生产线设备层网络设计及其参数配置

3. 1 自动化生产线能量监控现场网络

自动化生产线能量柜( 能量监控单元) 分别用来监测生产线总电源、加工中心电源、数控车床电源、立体库电源、其他单元电源( 图5) 。能量监控单元可以读出各个单元的当前三相电压、电流等,但为了能让总控台能量监控计算机实时显示各个单元当前三相电压、电流等,可以通过CC-Link模块( QJ61BT11N) 将各个单元电源的电子测量仪表与主站单元QPLC连接起来,进行数据传送,再通过MES接口模块把各个单元仪表监测到的数据传输到计算机监测系统中,使其能够实时显示各个单元的电子测量仪表监测到的数据。

3. 2 自动化生产线传送带单元现场网络

采用了CC-Link现场总线通信方式( 图6) 将传送单元的变频器串联起来,由传送带单元控制柜中的PLC对变频器进行控制,减少了配线,提高通信效率,起到高速的输入输出响应的效果,既使出现故障,也能够在最短时间内恢复网络系统。

3. 3CC - Link通信模块( QJ61BT11 ) 参数的设置

a) 打开GX Works2 软件,在工程数据列表窗口中依次选择: 参数、网络参数、CC-Link,打开如图7 所示的参数设置界面。分别对起始I/O号、类型、模式、总连接台数等进行设置。

b) 点击参数设置界面中站信息,对站类型、占用站数、远程站点进行设置。

c) 设备层网络数据的刷新参数设置

1) 远程输入( RX) 和远程输出( RY) 的设定

在网络参数设置对话框中,远程输入( RX) 刷新软元件设置为X100,远程输出( RY) 刷新软元件设置为Y100,且各远程设备站都为32 点,所以1 号站输入范围为X100~ X110,输出范围为Y100 ~ Y110,其他各站依次类推。由于CC-Link通信模块的起始I/O地址设置为0000 且为32 点,所有1 号站远程输入( RX) 范围为RX00 ~ RX10,远程输出( RY) 范围为RY00 ~ RY10,其他各站依次类推。主站QCPU和远程设备站相互传送状态时,首先主站( QJ61BT11N) 和远程设备站要进行链接扫描,将远程设备站输入输出刷新软元件中的状态值传送给主站( QJ61BT11N) 输入输出刷新软元件中,然后,主站QCPU和主站( QJ61BT11N) 进行自动刷新,将主站( QJ61BT11N)输入输出刷新软元件中的状态值传送给主站QCPU输入输出软元件中。

2) 远程寄存器( RWw、RWr) 设定

为了能读取各站仪表的数值和能将各站的监测数据传送给各个远程设备站,通过远程寄存器( RWr,RWw) 来进行读写。网络参数设置对话框中,远程寄存器( RWr)刷新软元件设置为W100,远程寄存器( RWw) 刷新软元件设置为W200,所以1 号站远程寄存器( RWw) 范围为W200 ~ W203,远程寄存器( RWr) 范围为W100 ~ W103,其他各站依次类推。由于CC-Link通信模块的起始I/O地址设置为0000,因此远程设备站站1 的远程寄存器( RWw) 范围为RWw0 ~ RWw3,远程设备站站1 的远程寄存器( RWr) 范围为RWr0 ~ RWr3,其他各站依次类推。要想监测各站仪表的数值,首先在程序中定义各个站监测项目的代码,通过主站QCPU寄存器( W) 传送给各个远程设备站的远程寄存器( RWw) ,然后通过各个远程设备站的远程寄存器( RWr) 将仪表的数值传送给主站QCPU寄存器( W) 。

4 结语

CC- Link总线技术作为一种全数字化、网络化、开放化和分布式的新型控制网络具有高可靠性和互操作的特点,极大地节省了现场布线及电缆的使用量,采用CC- Link总线技术完成了整条自动化生产线的控制层网络以及设备层网络的设计。经过现场调试证明,搭建的控制网络能够实现各控制单元之间以及现场设备层之间的高速及稳定地数据通信。该自动化生产线能够按照按照要求的控制方案运行,很好地完成预定的控制任务。

参考文献

[1]陈在平,等.现场总线及工业控制网络技术[M].北京:电子工业出版社,2008.

[2]王振力,孙平,刘洋.工业控制网络[M].北京:人民邮电出版社,2012.

[3]赵新秋.工业控制网络技术[M].北京:中国电力出版社,2009.

[4]陈在平,岳有军.工业控制网络与现场总线技术[M].北京:机械工业出版社,2006.

[5]王辉.三菱电机通信网络应用指南[M].北京:机械工业出版社,2010.

CC-Link网络 篇3

1 系统设计目标

通过对图书馆内的各种环境参数如温度、光照、人数等进行检测, 实现对不同区域的空调、照明灯具等用电设备进行分时、分区的自动控制, 以达到节能最大化, 同时, 将各楼层的能耗数据传输到上位机, 实现监控与管理。系统实现的功能主要包括: (1) 如环境实时温度达不到当地相关管理部门规定的空调开启限定温度, 系统将空调开关设置不可开; (2) 如室内光照强度达到设定的值, 则该区域灯具不可开启; (3) 对自修教室检测室内人数, 根据人数合理安排照明区域, 强制集中座位; (4) 对供电主回路进行实时监控, 分析用电情况; (5) 能够对整个建筑内的用电实现集中控制。

2 系统总体框架

系统在结构上分为数据采集层、数据传输层和实时监控层。数据采集层由远程输入输出I/O模块、远程设备站、能量监测模块、特殊功能模块以及分布在各用电设备终端的检测模块等组成, 负责采集系统所需的环境参数以及楼层供电主回路的运行参数;数据传输层由采用CC-Link现场总线技术的网络通信模块和主站可编程逻辑控制器PLC组成, 进行主站控制命令的发送和执行, 实现数据传输以及对底层设备的控制;数据监控层则由通过以太网连接到负责监控和管理的上位机来组成, 将底层设备采集来的能耗数据和设备运行参数存储到数据库里, 可对各设备相关信息进行调用和实时显示[4,5]。系统构成框架如图1所示。

3 系统网络协议

系统的底层网络采用开放式现场总线CC-Link协议, CC-Link是一个以设备层为主的网络, 使用专用电缆连接分散的特殊功能单元、远程设备站及远程I/O模块单元等远端模块, 能够适应于系统的上位机管理与监控层到较低的现场传感器层与设备层网络。其数据容量大, 可以将控制和信息数据以最高10 Mbit/s的通信速度传送到现场网络, 同时具有优异的兼容性和抗噪性能。主站控制数据链接的启停和循环传送, 即周期性地与远程设备站的数据进行通信, 也可用专用指令对智能设备站和本地站进行瞬间通信。文中的空调、照明及控制开关等设备作为CC-Link系统的远程站, 主站与远程站通信示意图如图2所示。

4 系统硬件设计

系统的硬件设备主要包括主站PLC、基板、电源、与上位机通信的MES模块、与子站通信的CC-Link模块、串口模块、中继器、远程I/O模块、远程设备站、能量测量仪等设备, 同时还包括用于检测环境中温度参数的温度传感器、检测光线强度的照度传感器、检测教室人数的红外传感器等检测设备。

系统主站PLC选用三菱电机的Q系列Q02HCPU, 基板为Q35B, 电源为Q62P。Q系列PLC的体积仅相当于以前ANS系列PLC的60%, 其优越的模块插口设置可节省配线时间和空间, 有多种主基板和扩展基板供选择, 相比以前产品更为支持CC-Link, 在专用编程软件的设置下, 可以方便地使用CC-Link模块, 减少编程时间。

系统的主站PLC与CC-Link的通信模块选择QJ61BT11N模块。由QJ61BT11N连接Eco Monitor能量测量仪, 能量测量仪与专用的电流传感器相组合, 安装在各个楼层的配电柜中, 用于测量各个楼层的供电主回路中的电流、电压、功率、功率因数等数值, 并通过CC-Link网络读取到所监控的数据。能量测量仪型号选用EMU2-RD4-C-4W, 配套的专用电流传感器型号选用EMU2-CB1-DR-4W。EMU2-RD4-C-4W是三相四线制能量测量仪, 支持CC-Link通信和Mod Bus通信, 每两个回路有一个公共电压, 可以实现一台仪器测量4条电路, 在CC-Link网络中作为远程设备站使用, 占用一个站点。能量测量仪将采集来的能耗数据通过CC-Link网络传送给主站PLC, 再由主站上传给管理平台, 存储在中央数据库中。通信模块QJ61BT11N与能量测量仪Eco Monitor的硬件连接如图3所示。

远程输入输出I/O模块AJ65SBTB1-16DT通过T型中继器AJ65SBT-RPT连接通信模块QJ61BT11N, 每个远程I/O模块占用1个逻辑从站资源, 用于实现对自习教室的用电照明实现自动控制, 每个教室通过AJ65SBTB1-16DT连接照明灯具、墙壁开关、空调开关等, 监控教室内灯具、空调开启与人员的情况, 并由PLC做自动控制。远程智能模块包括各环境检测模块, 主要对远程教室的的温度、光线强度等传感信号进行检测, 所有远程设备的输入输出信号都通过CC-Link与主站通信。

在图书馆内的每一个自习教室和阅览室设置一个照度检测模块、温度检测模块和人数检测模块。照度检测模块的传感器采用的是光敏电阻, 其电阻的大小随光照强度的变化而变化, 采用简单的电阻电路即可将电阻的变化转变成输出电压的变化, 然后通过A/D转换模块将照度对应的电压信号输入到PLC。温度检测模块选择了模拟量输出的LM35DZ温度传感器, 该温度传感器对温度的灵敏度为10 m V/℃, 同样是通过A/D转换模块将温度对应的电压信号输入到PLC。此外, 在每个自习教室和阅览室门口装有2个红外对管, 根据这2个红外对管产生脉冲的先后顺序判别是进教室还是出教室, PLC经过计算后根据室内的人数来决定开放的照明区域, 避免室内只有几个人而开启全部照明的现象。

通信模块QJ61BT11N与远程I/O模块的硬件连接如图4所示。

节能管理平台的上层监控界面的开发采用目前比较成熟的组态软件组态王来完成, 通过以太网将主站Q系列PLC与组态王连接起来, 系统与上位机的通信由MES模块QJ71MES96向上位机服务器SQL数据库上传能量测量仪Eco Monitor监控的楼层电力数据及各个教室里的灯具、空调、计数器的状态数据, 上位机通过数据处理, 将数据下传到PLC做自动控制远端设备。

组态王软件是一种开放型的通用工业监控软件, 它支持与国内外常见的智能模块、变频器、智能仪表、数据采集板卡、可编程逻辑控制器等通过常规通信接口进行数据通信。MES模块与上位机通信示意图如图5所示。

5 结语

本文利用CC-Link总线控制技术实现了图书馆的节能控制, 将控制与检测模块设置在远端, 通过总线来传输数据, 在上位机进行集中管理和监控, 系统易于管理、布线简单、成本较低、节能效果显著。系统虽然是以图书馆为例, 但也可应用于企业内的办公楼等场所, 并可与企业的可视化节能管理系统进行集成。

摘要：提出基于CC-Link现场总线的图书馆节能控制系统。该系统采用三菱Q02HCPU可编程逻辑控制器 (PLC) 、CC-Link主站模块QJ61BT11N等设备, 多种信号通过分布式I/O组件和CC-Link传送至PLC进行处理。实际应用表明, 该系统简洁、可靠、智能, 能够有效节能, 为基于CC-Link现场总线的技术在其他节能领域的应用提供参考。

关键词：CC-Link现场总线,可编程逻辑控制器,节能

参考文献

[1]秦亚辉.基于CC-Link的可视化节能管理平台的开发[D].广州:华南理工大学, 2011.

[2]林宝全, 李玉榕.基于现场总线技术的远程液位控制系统[J].电工电气, 2011 (1) :31-33.

[3]黄亮, 黄先福, 刘政和, 等.图书馆与课室能源管控一体化系统[J].控制工程, 2009, 16 (S3) :52-54.

[4]林桂娟, 宋德朝, 陈明, 等.基于CC-Link现场总线的远程智能监控系统[J].机床与液压, 2010, 38 (8) :84-87.

CC-Link网络 篇4

吉利汽车焊装车身输送线电气控制部分, 采用三菱Q系列PLC一套, 变频器采用三菱变频器FR-E500系列, 共有六十台。由于输送线工位多达六十三台、操作按钮站达八十台, 输送线输送距离长, 用三菱的远程I/O模块, 共有四十九个远程I/O模块, 减少了对主PLC系统的配线。根据以上情况, 使用三菱Q系列CC-LINK现场总线系统, 组成四套CC-LINK网络系统, 将六十台变频器和四十九个远程I/O模块, 按输送线位置, 分别组成:

1#远程I/O模块网络;

2#变频器网络;

3#变频器网络;

4#远程I/O模块网络。

在本系统中, 采用的三菱远程I/O模块是AJ65SBTB1-32D为32点输入模块、AJ65SBTB1-16D为16点输入模块、AJ65SBTB1-32T为32点输出模块、AJ65SBTB1-16T为16点输出模块、AJ65SBTB1-8T为8点输出模块、AJ65SBTB1-32DT为16点输入模块和16点输出模块等六种模块。

变频器采用E540系列, 通过FR-E5NC通讯板卡, 将变频器接入CC-Link网络。

输送线电气设备共有九台控制柜, 八十一台操作按钮站, 六十三个分线盒。下面就其作用和包括范围介绍如下:

1 控制柜

控制柜布置按输送线设备布置图, 将输送线分成八个部分, 分别用八个控制柜进行控制, 每个控制柜作用和包含器件如下:

主控制柜:为八个控制柜和七台工装提供电源, PLC系统, 人机界面, 直流24V电源, 隔离变压器, 音频放大器等。

主控制柜, 可对输送线进行系统运行和系统停止操作, 并通过触摸屏对系统状态进行监视。详细介绍如下:

1) 系统开关控制, 当选择系统运行, 并按下系统启动按钮, 输送线处于自动运行状态, 只有输送线处于自动运行状态时, 各个工位才可进行手动/自动操作;若选择开关在停止位置或按下系统停止按钮, 辊床完成当前操作后, 输送线再自动停止, 输送线在停止状态时, 各个工位无法进行手动/自动操作;当按下急停按钮时, 输送系统将立即停止, 急停复位后, 系统再重新回到自动运行状态, 个工位将完成之前的操作。

2) 触摸屏画面设置了完善的运行显示功能、报警记录功能、故障诊断功能。当报警发生时, 报警记录显示屏显示当前故障信息, 故障信息包含日期、时间、故障内容、检查和修复时间等, 在显示以上信息时, 还同时弹出一窗口指示故障位置和处理方法, 以便更快地解决问题。在故障显示画面中, 还设有上下按健, 方便检查历史报警记录和删除历史报警记录。

1.1 号控制柜:

共有六台变频器, 分别控制S2-1至G1-2辊床等五设备。

1.2 号控制柜:

共有七台变频器, 分别控制G3-1至S2-2辊床等八台设备。

1.3 号控制柜:

共有四台变频器和一个远程I/O, 分别控制G4-25至L2-2等九台设备。

1.4 号控制柜:

共有十一台变频器, 分别控制S2-3至G3-7等十台设备。

1.5 号控制柜:

共有七台变频器, 分别控制G2-1至G4-4等七台设备。

1.6 号控制柜:

共有十台变频器, 分别控制G4-5至G4-14等十台设备。

1.7 号控制柜:

共有七台变频器, 分别控制G4-15至G7-1等九台设备。

1.8 号控制柜:共有五台变频器和一个远程I/O, 分别控制G12-1至L1-1等八台设备。

控制柜上塔灯作用:黄色灯表示柜内设备正常;绿色灯:在主柜表示系统在自动状态, 在其它控制柜, 表示柜内所控制的辊床正在运行;红色灯表示柜内所控制的设备出现故障。

2 按钮站

按钮站共有八十一台, 有焊装的工位, 每个工位两个按钮站, 没有焊装的工位、升降机、旋转辊床各一按钮站。其作用是完成对各个辊床手动/自动切换和手动操作。

分线盒。每个工位都有一个分线盒, 内有远程I/O模块, 它起到集线器的作用, 将按钮站信号和传感器信号传送至PLC, 再通过它们执行设备的动作。远程I/O模块不是每个分线盒都有, 而是两个或三个分线盒共用远程I/O模块。在每个分线盒内, 都有一个该工位控制回路保险管, 以保护24V直流电源和减少维修时间。分线盒一共有六十三个。

3 器件

1) 低压电器部分:采用世界著名品牌施耐德的产品, 包括断路器、接触器、按钮和指示灯;

2) 传动部分:同样也是世界著名品牌的产品, 电机和减速机为SEW产品, 变频调速器为三菱的产品;

3) 控制部分:控制部分是输送线的核心, 它是由三菱高性能QPLC、触摸屏和远程I/O模块组成;

4) 传感器部分:采用欧姆龙产品, 其检测距离为18mm;

5) 端子:采用菲尼克斯端子, 并且每个分线盒都有一个带保险管的端子。

摘要：吉利汽车输送线工位多达六十三个、操作按钮站达八十台。该生产线不仅传输数据量大, 而且输送距离长, 使用工况环境恶劣等点。根据以上情况, 采用三菱Q系列02HCPU和4个主站模块QJ61BTF11N组成四套CC-LINK网络系统。减少了系统的配线。

关键词：汽车焊装生产线,CC-LINK,QPLC,控制柜,按钮站,分线盒

参考文献

[1]阳宪惠.现场总线技术及应用[M].北京:清华大学出版社, 1999.

[2]Q系列CC-LINK网络系统用户参考手册[Z].三菱电机自动化.

CC-Link网络 篇5

关键词：CC-Link,LNG钢瓶生产线,Q系列PLC,自动控制

0 引言

液化天然气 (LNG) 作为一种清洁、高效、安全的能源, 以其热值高、污染少、储运方便等特点成为了现代社会人们可选择的优质能源之一, 车用低温液化气瓶作为一种替代汽车油箱盛装、储存、供给燃料 (LNG) , 并且可以多次重复充装的低温绝热压力容器, 其生产规模正日益扩大。在当今的LNG钢瓶制造业中, 用户关心的不仅只是产品本身的性能, 而且还提出了可以集中管理、分散控制自动化生产线上的加工设备的新要求。在过程控制系统中, 现场总线技术的应用十分必要而且广泛[1], CC-Link总线是目前自动化领域中应用最为广泛的现场总线通讯技术之一。在LNG生产线中采用CC-Link总线通讯技术能够提高生产效率、降低成本, 而且对比于传统控制系统, CC-Link系统的性能卓越、使用简单、最大程度解决了工业现场配线复杂的问题。

1 CC-Link概述

CC-Link (Control&Communication Link) 是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, 可以提供高效、一体化的工厂和过程自动化控制。CC-Link总线具有配线减少、通讯功能强大、拓扑结构灵活、RAS (Reliability、A-vailability、Serviceability) 功能丰富、调试方便、开放的多厂商设备环境等特性[2]。CC-Link系统除去主站和远程站、本地站、智能设备站通信的基本功能外还具有多种改善系统可靠性的功能:备用主站功能、站号重叠功能、自动回复功能、预留站功能和错误无效站功能等[3]。

CC-Link的通讯原理是基于数据链接和自动刷新的原理。在CC-Link网络中主站通过CC-Link模块采用链路扫描的方式与各个从站进行数据链接, 链接通过缓冲存储器自动映射完成[4];PLC CPU通过自动刷新的方式与主站进行数据的传递。

2 系统工艺流程

LNG钢瓶生产线的工艺流程分为3个部分:内胆控制、外筒控制、内胆外筒组合及检验, 具体流程如图1所示。

生产线的控制任务:生产线上所有的移载小车、90度旋转台、180度旋转台、对中机构、抓手机构以及大部分加工工位均可以进行独立的自动控制和手动控制, 少数的加工工位是半自动控制, 输送线是全自动控制。图2为部分元件布局图。图中0OP1为9孔按钮盒, 用于手动控制180度旋转台, “摆渡6-OP2”为5孔按钮盒, 用于手动控制摆渡车-6#。

自动控制状态下, PLC完全根据开关量来控制电磁阀、电机、指示灯等受控设备的状态。手动控制是利用各个控制面板上的按钮或旋钮对主要受控部件进行控制。自动控制和手动控制可以由现场工人根据需要进行选择。而且, 在手动控制时也有相关动作标志位的设置, 这样, 在手动切换到自动控制时, PLC可以根据当前动作标志位的值和感应开关值正确地判断出设备的下一个动作。

半自动控制状态下, PLC需要综合感应开关和按钮的状态值来控制设备的运行。

每一个从站的输送线都是由一个个线体连接而成, 线体的长度为2米到5米不等, 安装在线体下方的电机接收PLC的指令来控制线体的前后和上下运动, 如图2中的00-M1线体。线体上有工件就运动, 否则就停止, 这样可根据实际情况最大程度地节约电能, 同时也增加了设备的机动性。各个线体既相互独立又相互联动。

无论是自动控制还是手动控制, 置位急停旋钮时, 急停灯点亮, 该急停按钮所控制的一个或多个设备立即停止;复位急停旋钮时, 急停灯熄灭, 对应设备会重新根据PLC的控制指令来运行。

3 系统模块的选择

生产线中没有模拟量输入, 只需要处理开关量信号, 因此从站都为远程I/O站, 系统模式设置为“远程I/O模式”, 比使用“远程网络模式”链接扫描时间更快。除去CC-Link模块QJ61BT11N、输入模块QX40以及输出模块QY10, 还用到的模块有:

(1) 根据系统的控制规模, PLC CPU选择Q02CPU。Q02CPU是一种高性能型顺序QCPU, 程序容量达28k步, 输入输出点数最多为4096点, 输入输出软元件数为8192点。标准RAM为64k字节, 标准ROM为112k字节。

(2) 远程I/O站选择小型远程I/O模块。小型远程I/O模块在保持了传统模块全部功能的情况下缩小了体积。大盘LNG流水生产线CC-Link系统中选择输入模块AJ65SBTB1-16D和AJ65SBTB1-32D, 输出模块AJ65SBTB1-16T和AJ65SBTB1-32T, 以及复合模块AJ65SBTB1-16DT和AJ65SBTB1-32DT, 都是端子排型模块, 该类型的模块具有接线工作少、在系统运行中也可更换模块、多种安装方位、可直接安装到机器上等优点[5]。

内胆生产线和外筒生产线都有各自的CC-Link通讯系统, 彼此的CPU、CC-Link模块和从站相互独立, 但是CC-Link系统结构类似, 下文仅以内胆生产线的CC-Link系统为例来说明系统的硬件连接和软件设计。

4 系统的硬件连接图

根据生产工艺, 将内胆生产线划分为16个功能站, 每一个功能站完成一个加工环节, 比如1号功能站完成卷筒工序, 2号功能站预留, 当前只负责用移载小车将内胆筒初品运送至3号功能站, 3号功能站负责内纵缝焊接工序。功能站内部的加工工位之间以及相邻的功能站之间都是通过移载小车来接送工件。

每一个功能站配有一个PLC控制柜, 里面安装有对应功能站实际需要的远程I/O模块、空开、中继等部件。各个功能站PLC控制柜内部的远程I/O模块如表1所示。15个功能站共37个小型远程I/O模块, 即37个从站, 各远程I/O模块的类型均简写成“点数+I/O规格”的形式。I/O规格具体为:D:24V DC输入;T:晶体管输出 (漏型) ;DT:24V DC输入, 晶体管输出复合型 (漏型, OFF时的漏电流为0.25m A) 。

内胆生产线CC-Link系统的硬件连接图如图3所示, 系统连接方式依照内胆生产工序的先后进行。主基板采用Q38B, 有3个空插槽。主站 (QJ61BT11N) 为0站, MODE开关拨至“0”;37个从站的MODE开关依次设置为1~37;传输速率统一选择“156kbit/s”;采用CC-Link专用电缆, 配110Ω终端电阻。

在该CC-Link系统中, 将分布的元件就近接入远程分站, 通过三菱Q系列PLC主站模块, 用专用通讯线与远程分站模块组建成生产流水线控制系统。

5 系统的软件设计

5.1 PLC参数和网络参数

系统的PLC参数和网络参数在GX Developer8.86工程软件中设置。

(1) PLC参数:在CC-Link系统中, 主基板模块的I/O地址从00开始分配, 需要分配地址的模块为QJ61BT11N、QX40 (3个) 和QY10。PLC参数中的I/O配置如图4所示。

为了以后将当前使用的模块变更为不同点数的模块时不变更I/O地址号, 第三个QX40和QY10虽然都是16点模块, 但是各分配32点, 预留16点。空插槽使用默认的16点设置。

(2) 网络参数:CC-Link网络参数即是对通信的初始化, 自动刷新参数的设置情况如图5所示。远程输入和输出地址号从1000开始, 类型设置为“主站”, 模式选择“远程I/O”模式, 特殊继电器 (SB) 的刷新元件设置为SB0, 特殊寄存器 (SW) 的刷新元件设置为SW0, 其余设置可以采用默认。

5.2 从站控制实例

上文已经提及, 内胆生产线不同的功能站完成不同的加工工艺, 这里以4#功能站为例。4#功能站完成的任务是将从3#站接收的经过內纵缝打磨的内胆送入內纵缝探伤设备中进行检查, 检查过后, 不合格的内胆被反送回3#站工位重新打磨, 合格的内胆则被送入4#站的不同工位进行清洗、烘干, 经过烘干的内胆被移载小车交接给5#站, 在5#站中进行组队, 以便后来的内筒体组件焊接。4#站的流程框图如图6所示。

4#功能站部分控制程序如图7所示。1337至1345步用于判断4#站是否接收来自3#站的工件以及是否将该线体上的工件送入內纵缝探伤设备中进行探伤检测。只有当4-M3线体上没有工件的时候才可以接收3#站的焊接完內纵缝的内胆;只有4-M3线体上有内胆产品, 而且探伤设备是空闲的时候 (接收到“探伤开门信号”和“线体旋转信号”) , 4-M3线体的电机才可以转动, 继而将其上的工件送入探伤设备中。1346至1350步程序用于判断探伤设备之后的线体上面是否有工件, 这个结果将决定4#站的移载小车的运动情况。

6 结束语

通过采用CC-Link现场总线来设计LNG钢瓶生产线的电器控制系统, 使得众多远程站的各种信号能够及时准确地传送到PLC控制器中, 有利于控制器迅速地做出反应并将处理结果传输到现场的受控设备。可以说, CC-Link技术的应用使得系统的生产效率得到了显著的提高, 手动和自动的双向控制也大大地提高了系统控制的灵活性、可靠性和可维护性。

参考文献

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CC-Link网络 篇6

在我国, 煤力发电占发电总量的一半以上, 在煤力发电的成本组成中, 75%来自于煤炭的消耗[1]。煤炭作为火力发电厂最主要的原材料, 其供应日趋市场化、多元化, 造成煤质波动幅度增大, 入厂煤质控制难度加大。故对煤炭的入场验收非常重要, 这直接影响到煤炭发电厂的成本, 而入厂煤的质量好坏直接影响到电厂的经济效益, 同时也影响到电厂设备的运行状态[2,3]。煤入场时需要对其质量进行监控, 煤采样系统是对入厂煤检测的重要环节, 其运行状态不仅影响机组的安全性和电厂机组发电的经济性, 还影响到整个电厂生产的稳定性与可靠性[4]。该系统不仅能够保证入厂煤的质量, 而且能够提高电厂的管理水平和质量, 能够通过系统监控把员工从现场的检测操作中解放出来, 改善了工作环境, 提高了电厂的工作效率[5]。

随着智能通信模块的快速发展[6], 总线技术得到较快的发展。控制与通信链路系统 (Control&Communication Link, CC-Link) 总线可以容纳64个分散的控制设备, 已经被广泛应用在各种监控系统中, 提高了相关生产领域的自动化程度, 具有较高的推广和使用价值[7]。本文针对煤采样控制系统的特点, 结合PLC集中控制和监控系统, 运用CC-Link总线技术和i Fi X组态软件技术, 实现对煤采样系统的集中控制和监视。本系统包括采样装置、运输装置、破碎装置、缩分装置和提升装置等。该系统可以帮助工作人员实现对煤采样装置的各个环节进行监视、控制, 通过组建的监控软件界面, 实现在异常情况下有效地对相关设备进行停止操作, 并针对出现故障的部分进行针对性检查, 尽快排除故障并恢复生产, 提高电厂生产的安全性, 减少人工劳动强度, 提升电厂管理的自动化水平。

1 相关技术

1.1 可编程逻辑控制器

可编程逻辑控制器 (Programmable Logic Controller, PLC) 是一种基于微处理器发展而来的控制器, 内部具有控制芯片, 能够代替传统的继电器, 实现自动化设备的自动控制, 表现出了较好的电气控制特性[8]。其特点体现在其内部电路设计和加工方面, 采用了先进的抗干扰技术, 并设计了自动故障检测和报警功能, 能够在外围设备故障情况下有效实现自我保护;具有编程语言简单和容易理解的特性, 尤其是其表达方式与基本的电气电路图类似;在维护改造方面, 可以很快地实现设备的改造升级;同时, 其具有紧凑的结构, 提供了扩展功能和丰富的运算指令, 能够广泛地满足自动控制的要求。

1.2 现场总线技术

现场总线技术是一种数字通信技术, 广泛应用于现场设备之间的互相通信, 是计算机、电气控制、通信技术的集合, 是一项以智能网络控制为主的综合应用技术。现场总线的出现和发展是控制领域对成本、可靠性和智能化进一步要求的体现, 具有开放性的特点, 表现在用户可以根据需要选择不同的产品组成网络;能够实现互连设备 (可以是不同厂家产品) 和系统之间的信号传递, 达到互操作和互用性;同时, 现场总线对现场环境具有良好的适应性和抗干扰能力。总的来说, 现场总线技术从本质上改变了集散控制系统 (Distributed Control System, DCS) , 形成了一种开放式和全分散式的开放体系结构。

1.3 组态软件

组态软件是一种人机界面的开发工具, 能够根据不同的控制对象和控制要求, 建立满足功能需要的应用程序生成器。支持各种常用的通信协议, 提供分布式网络结构, 能够进行数据管理等功能。组态软件功能结构如图1所示。

组态软件可以提高系统的可靠性, 缩短项目的开发周期, 且系统的集成开发便于维护和修改, 能够实现人机界面和图像设计、数据库设计、控制策略形成、通信功能和报警功能等。

2 关键技术

2.1 CC-Link通信原理

CC–Link是三菱公司较早推出的现场总线, 使用专用的电缆连接远程模块和主站模块, 拥有10 Mbps传输速率, 能够有效地连接现场设备到上位机监控管理层, 具有开放性、较强的抗干扰性和兼容性, 维护成本低且易维护[9]。CC–Link通信方式主要有瞬时传输和循环传输2种, 在循环传输过程中, 主站首先将最新的数据传输给所有从站, 并同时对从站轮询, 从站作出响应并告知其他从站, 主站继续轮询其他从站, 各从站依次作出响应, 并告知其他从站, 往复循环形成CC–Link通信模式[10,11]。

2.2 CC-Link技术特点

CC–Link主要体现在能够快速方便地组网, 网络拓扑结构简单, CC–Link网络拓扑结构如图2所示。整个网络系统包括主站、远程设备站、远程智能站、本地站和远程I/O站。主站能够控制数据链接系统;远程设备站处理以位为单位和以字为单位的数据传输;远程智能站能够实现数据信息的瞬时传送;本地站能够与主站和其他远程站进行数据交换;远程I/O站处理以位为单位的数据传输。在组网过程中, 一般分为3层, 分别为主站层、从站层和组态监控层。CC–Link总线在组网结构中起到桥梁的作用, 分别连接主站的PLC和从站的PLC。

CC–Link在数据传输过程中表现出较高的传输速率和较远的传输距离, 传输速率大小、传输距离的远近与中间继电器以及网络拓扑是否带T型分支有关, 传输速率和距离的对应关系见表1所列。

CC–Link传输速率最高可达10 Mbps, 传输距离最长可达13 km, 传输速率和传输距离成反比, 随着传输距离的增长, 传输速率减小, 故在系统设计过程中要充分考虑传输速率和传输距离的合理搭配。

CC–Link总线结构具有宕机预防功能, 即在某一模块断电时, 能够保持其他模块正常运转, 且能够对单独模块进行更换, 在恢复正常后, CC–Link总线结构能够自动链接从站并加入数据链接;在主站发生故障时, 能够切换到备用主站, 在主站故障解除以后复位到在线, 在主站宕机时进行启用;具有自启动功能, 通过安装QJ61BT11模块, 不需创建顺控程序, 只需打开电源即可启动CC–Link并刷新所有数据;具有指定保留站功能的特点, 能够使链接扫描和顺控扫描同步。

3 系统改造方案

3.1 系统主要结构

改造后的煤采样集中控制系统由3层结构构成, 包括监控层、数据传输层和数据采集层。监控层主要由上位机监控组态软件构成, 能够通过以太网读取主站数据, 实现对从站设备运行状况的监控, 同时具有报警和简单的控制操作功能;数据传输层由主站PLC实现, 通过CC–Link总线对各个从站的现场设备进行联网控制, 实现各个从站之间的数据信息交换和指令控制, 同时搜集现场设备运行状态数据传输给组态软件, 实现对设备的监控;数据采集层主要是现场各个设备的控制单元, 实现对各个设备的运转控制, 主要有远程I/O模块、显示操作模块、特殊功能模块以及检测模块等组成。整个结构以PLC为控制核心, 以CC–Link总线为连接纽带, 以组态软件为监控手段, 实现整个煤采样系统的有效运转。改造后的系统结构如图3所示。

3.2 CC-Link总线技术

本文采用双PLC主从通信方式, 分为主站模块、从站模块和主从站通信模块。主站模块考虑到通信距离和通信速度, 使用三菱Q系列PLC作为主站, 配有FX2N-16CCL-M主站通信模块, 设有8个远程设备站和7个远程I/O站, 最大可传输距离可达2 km。从站模块使用FX系列PLC, 配有FX2N-32CCL从站通信模块, 每个从站可提供32个输入输出点, 8点的远程寄存器, 包括4点的远程寄存器RWr读区域和4点的远程寄存器RWw写区域。使用远程输入RX和远程输出RY (本地站系统中使用的位数据) 以及远程寄存器RWw和远程寄存器RWr (本地站系统中使用的用于读写的字数据) 以N:N的模式进行。主站与从站的通信原理如图4所示。

3.3 i FIX组态软件

组态软件是一种开放型的监控软件, 支持常规的通信数据接口, 用户不需要编写计算机程序, 通过自由组态方式即可完成自己所需要的软件功能, 具有灵活的组态方式。组态软件可用于构建工业自动控制监控系统, 包括电力系统、石油、化工、铁道等多个领域。本文设计的煤采样控制系统的监控部分通过i FIX组态软件来实现。i FIX组态软件是美国通用公司和Fanuc公司推出的组态软件开发平台, 在i FIX中, 采用VBA语言代替Script语言, 上位机中i FIX实现对各个就地采样装置的实时监控, 表现出了强大的组态功能。

4 方案应用

本文提出的煤采样改造方案在国电谏壁电厂煤采样装置集控系统改造中进行了应用。首先, 对原煤采样装置进行分析, 原有就地设备控制系统的PLC型号都为三菱FX2N系列, 基于网络通信距离和速度考虑, 将该型号PLC直接通过上位机和就地各PLC系统间通信, 无法满足集控系统的要求;其次, 考虑在煤控楼控制室层面设置独立的主站控制柜, 考虑采用三菱CC–Link总线网络来组建集控系统, 主站选用功能先进的三菱Q系列PLC (Q02H) 作为主控制器;最后, 使用串口模块 (C24N) 实现主站和主机i FIX软件上位机之间的实时通信, 主站模块通过CC–Link电缆与各就地PLC系统中扩展的CC–Link分站模块串联构成CC–Link网络, 通过上位机中i FIX软件强大的组态功能实现对各个就地采样装置的实时监控。集控系统操作界面如图5所示。

在图5中, 菜单栏可进行各远程站点监控界面的切换, 中间部位为每个独立系统的运转效果图, 以及一些简单的控制按钮和参数设定按钮。该系统能够对整个系统的运转状况进行实时监控, 同时可对整个系统进行启动、停止和故障复位操作, 还可针对设置的煤量来控制采样的频率。同时还配有报警监控显示的Excel表格和统计, 能够对系统发生故障的时间起始点、位置、名称、状态进行实时监控, 为后续的维护和故障排除提供了便利。

5 结语

本文通过对电厂原有的煤采样装置进行改造升级, 对原有的控制系统进行分析, 提出了基于CC–Link总线的煤采样集中控制系统, 并通过组态软件i FIX设计了监控软件界面, 实现了对现场设备的集中监控。原有的煤采样装置各部分设备的运转较为独立, 在监控和维护管理方面需要人工现场检查, 且一般现场环境较差, 人工成本较高。本文提出的改造方案能够有效减少现场设备维护、监管的人工成本, 同时充分利用CC–Link总线和组态软件技术, 提高了对煤采样装置运转情况的监督和控制, 从而提高了电厂的生产自动化水平和生产效率, 实施方便, 成本低廉。改造方案在国电谏壁电厂的成功实施和长期稳定运行, 有效验证了该方案的稳定性和可靠性。

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CC-Link网络 篇7

本文针对广锻柔性FMS物流系统的组成及工艺要求, 详细介绍了FMS生产线物流系统的控制系统设计, 并给出制造信息化管理与产品加工物流系统设备层的信息流关系。

1 FMS物流系统的构成

1.1 FMS物流系统的组成

广锻锻压FMS系统由一条物流输送线和五个数控加工工位组成, 系统包含两台物流输送小车、4 台大型落地镗铣加工中心及一台三坐标测量机, 系统构成如图1 所示。该FMS柔性生产线主要用于大型锻压设备箱体加工与测量, 由于锻压设备箱体自重一般在10~40 t左右, 箱体在加工时需要在多台机床上进行加工, 箱体在不同机床上装夹定位过去采用吊装方式进行, 无论是安全性、定位精度还是装夹效率等方面都比较低下, 因此采用FMS物流输送系统, 通过在物流小车上一次定位后, 由物流小车将定位托盘分别输送到各加工工位。为提高加工效率, 各加工工位与物流输送线之间由待交换区和交换工作区两部分构成, 如图1所示。

1.2 物流运输小车

整条物流运输线长达120 余米 (如图2 所示) , 两台物流运输小车运行于各工位之间;物流小车自重达10 t左右, 装载的待加工箱体在10~40 t左右, 小车由大功率变频器和减速装置驱动运行;小车定位由运输线两侧各设置的红外线测距仪进行准确定位, 定位误差 ±0.5 mm, 运行速度为500 mm/min。物流小车上有装备有导轨、两个液压缸和四个定位销 (液压缸组成) , 四个定位销用于托盘工作台在小车上的锁紧;两个液压缸用于装载托盘工作台, 如图3 所示。当物流小车在运输线的装载区域时, 由吊车将待加工箱体进行吊装至托盘工作台上, 并进行定位锁紧, 根据工艺要求, 由物流小车输送至指定工位, 再由装载液压缸推送托盘工作台至交换区, 经交换区转载至机床工作台上。

1.3 物流交换工作台

物流交换工作台的主要作用是连接机床工作台与运输小车的过渡装置, 如图4 所示。当物流小车装载待加工箱体至指定工位后, 由物流小车上装载液压缸推动托盘工作台移动至物流交换工作台区, 物流交换工作台上装载液压缸1 将托盘工作台移动至待交换区, 装载液压缸2 推动托盘工作台至机床工作台上;当托盘工作台移至机床工作台后, 由机床工作台上四个液压定位销进行定位, 并由四个液压锁紧销钉进行锁紧, 至此托盘工作台及托盘上箱体固定在机床工作台上。交换后的托盘工作台如图5所示。

2 FMS物流控制系统设计

2.1 物流系统的控制要求

根据广锻FMS生产线工艺要求, 物流管理系统对五个托盘工作站, 五台机床和两台物流车进行设备层联网, 实现物流车、托盘工作站、加工机床之间的合理配合, 完成工件的自动/手动物流。同时设置中控室对物流线状况进行监控和管理。系统的主要控制要求如下:

(1) 系统具有下达生产工艺管理文件功能;

(2) 系统组成网络化且运输线、各工位数控加工中心之间信息交换准确;

(3) 物流输送小车运行高效、定位准确;

(4) 物流输送小车与交换工作台、各数控机床工作台之间的上下料交换准确、效率高;

(5) 设备层网络控制简单易行, 整个运输线的运行可监控;

(6) 整个物流系统可进行手动/自动运行控制方式。

2.2 系统的硬件设计

2.2.1 CC-Link总线网络组成

系统设备层网络选用三菱Q系列CC-Link总线系统, 是日本三菱公司主推的开放型现场总线[1,2]。CC-Link总线最高通信速度可达10 Mbit/s, 该速度可在不影响机器控制速度的同时允许大量的数据进行通信:主站与从站之间的距离最长可达112 km。

系统CC-Link网络由主站 (三菱Q系列PLC) 和五个托盘从站 (远程数字I/O站) 组成;主站与从站由主从通信模块完成。由于系统各站点距离较远, 主站与从站均连接在一根双绞线上, 主站靠地点来辨识从站, 每个从站编写不同站号地址, 只有主站发送的信息在相同站号下方可接受;CC-Link现场总线有自动更新参数功能, 即Q系列PLC内部原件区域的数据会被自动传输到所有远程I/O中, 各从站远程I/O的数据也会被收入到指定的Q系列PLC中, 从而保证了信息传递的准确性和实时性。系统的CC-Link网络拓扑结构如图6所示。

该FMS物流输送系统以Q系列PLC作为主站, 通过CC-Link现场总线与各远程I/O站、运输小车PLC等进行数字通讯, 协调控制运输小车至各工位, 进行托盘装载和卸载, 完成设备层的物流信息交换。

2.2.2物流系统硬件改造方案

FMS柔性生产线的重点在于设备层各设备之间的协调控制与物流的准确定位。物流小车通过输送线将托盘工作区 (远程I/O) 上载有工件的托盘输送至加工工位, 并通过托盘交换区与机床工作台进行交换;由于物流运输小车、待加工工件均属重载, 系统要求物流运输小车运行平稳、定位准确。因此物流小车由单独从站PLC进行控制、各托盘工作站由远程I/O协调控制。生产线距离长达120 m, 若采用常规方法, 需要增大电缆敷设费用, 因此采用现场总线方式与从站PLC和远程I/O进行连接, 提高了系统的可靠性、减少了连接电缆的数量, 同时采用CC-Link网络可方便系统的扩展。

本系统采用三菱Q系列PLC及扩展模块 (如表1所示) , 由三菱Q系列PLC (Q02HCPU) 组成主站, 通过CC-LINK现场总线模块QJ61BT11N与五个托盘工作站通讯。每个托盘工作站为64点输入64点输出, 组成远程I/O站, 分别由两个远程I/O输入模块 (AJ65SBTB1-32D) 和两个远程I/O输出模块 (AJ65SBTB1-32T) 组成。每个物流车上安装三菱FX2N-128MT-001 PLC, 使用RS232-C通讯接口模块经过红外无线传输设备与主站PLC通讯。红外无线传输设备选用上海倍加福的数据传输光电传感器DAD30-RT/35。采用RS-232 传输方式分别连接主站PLC和小车站PLC, 实现主站和小车站之间的通讯。上位机与主站通过编程口进行通讯。上位机选用研华工控机。上位机通过以太网与生产线控制系统上位机通讯, 可从生产线控制系统数据库中调出加工流程。上位机编制用户使用界面, 实时监控物流线状态 (小车运动情况, 托盘工作站情况, 工件线内传送加工情况) 以及生成、下发、保存、调出工件加工流程。

QJ61BT11N模块作为CC-Link主站模块, 专用的AJ65SBTB1-32D和AJ65SBTB1-32T作为远程输入与输出模块, 物流小车PLC作为从站PLC构成CC-Link网络。三菱Q系列PLC具有上电自动在线和自动屏蔽出错站等功能, 能很容易实现总线连接及通信可靠性测试, 为系统的设计和调试带来极大方便。

如图6 所示, 主模块QJ61BT11N负责与现场总线物流小车PLC从站通信, 根据工序要求下达物流小车运输运动位置, 并发送装载或卸载控制信号;AJ65SBTB1-32D和AJ65SBTB1-32T作为远程输入与输出模块, 实现五个托盘工作位、托盘交换工作区、机床工作台装载I/O等各种开关量信号映射到主控PLC的映像寄存器中。

2.3 FMS物流输送控制系统设计

2.3.1 FMS物流系统框架结构

FMS柔性锻压设备生产线系统由加工系统、物流系统、管理系统组成。四台加工中心与一台三坐标测量机组成加工系统;输送线物流小车与托盘工作站组成物流系统;计算机及其上运行的调度管理软件组成管理系统。如图7所示。在FMS系统中, FMS调度管理是最困难的问题之一[3,4,5], FMS系统的物流调度要求实时性、准确性及高效性, 要根据系统不同加工机床的特点、待加工零件的工艺要求、待加工零件的数量等实时合理安排, 才能提高FMS调度管理效率。

2.3.2 FMS物流输送控制流程设计

(1) 物流系统上位机设计

物流系统上位机设置组态画面, 动态实时显示物流线的状态。包括物流小车的当前状态, 托盘工作站和机床的状态, 上下料机构的动作情况, 物流线上工件加工的进程和位置以及远程I/O站和小车站的工作状况。组态画面中设置物流线急停软键, 物流线启动软键, 上位机还应通过组态软件实现和生产管理系统上位机的必要通讯 (如从生产管理系统上位机数据库中调取加工程序、加工流程等) 。

(2) 物流系统控制流程设计

物流系统控制软件流程如图8 所示。根据控制要求, 系统具备自动和手动控制功能, 手动功能用于系统各工位的调整与维护, 自动功能用于全线自动运行。

3 结束语

各类现场总线技术逐渐应用到柔性化自动生产当中, 提升了工厂自动化生产效率;本文介绍了CC-Link总线在锻压箱体FMS生产线中的实践应用, 原有旧的FMS柔性自动线经过数控化改造及物流系统改造后, 运行良好, 缩短了箱体加工的周期, 减轻了原来吊装、定位等作业中工人的劳动强度, 提高了生产效率。

参考文献

[1]林桂娟, 宋德朝, 陈明, 等.基于CC-Link现场总线的远程智能监控系统[J].机床与液压, 2010 (8) :84-87.

[2]王俊明, 苏记华, 薄昌盛, 等.基于PLC和CC-Link总线的工业机器人控制的实现[J].自动化技术应用, 2013 (7) :44-47.

[3]陈浩勋, 韩崇昭, 邵福庆, 等.FMS的实时调度与控制方法研究[J].信息与控制, 1991 (2) :22-27.

[4]饶运清, 李培根.FMS调度与控制的统一建模与集成设计[J].中国机械工程, 2012 (2) :855-860.