基于CC-Link现场总线的自动化生产线控制系统分析

范长青

(烟台汽车工程职业学院 信息与控制工程系, 烟台 265500)

0 引言

随着中国智造的稳步推进及制造业的转型升级，为制造业带来机遇的同时也带来了挑战，传统流水线生产方式已难以满足现代企业的生产需求，组装灵活、安全稳定性较高的柔性自动化生产线逐渐成为现代企业的重要选择之一，根据实际需求增减设备，使生产效率得以有效提升，现场工业设备需由现场总线直接连接，高速采集、处理和传输生产过程中产生的大量数据。本文研究了基于CC-link现场总线的自动化生产线控制系统，实现高速及稳定的数据通信过程[1]。

1 需求分析

自动化生产线主要由自动化设备单元构成(包括总控台、加工中心、自动传输带、立体仓库等)，具有高度的集成性，在多厂商的设备环境中，涉及到的单元繁多复杂，需确保数据传输的实时性及准确性，以实现各单元间较高质量的通信过程；此外现场环境会对各设备单元与控制柜间放置情况产生一定程度的限制，需使用大量线缆按照不同要求完成现场布线。本文设计的基于CC-link现场总线的自动化生产线控制系统，整个自动化生产线的控制过程由总控台负责完成，在减少线缆使用量的基础上，使设备层与控制柜间的网络通信得以有效解决，完成了自动化生产线控制层及设备层网络的设计，使配线工作量得以显著减少，各控制柜间通过CC-link IE 技术的使用完成了光纤网络通信的搭建，自动化生产线按照控制方案要求完成预定控制任务，进一步提高了各控制单元间的通信效率及质量[1]。

2 CC-Link总线技术概述

(1) CC-Link IE控制层网络

对于PLC与现场设备通过现场总线技术的使用以确保实时通信过程的实行，为分散控制效果的实现提供支撑，而作为新型分布式的控制网络CC-Link总线技术作具备全数字化、网络化、高可靠性和互操作等优势，能够使现场布线及电缆使用量得以有效降低，为改善系统的连通性，系统控制层间需借助CC-Link IE(基于以太网)实现无缝通信功能，提高通信效率，降低工程成本，PLC(三菱电动机Q系列)通过CC-Link IE控制层网络即可实现连接，并且在降低光纤使用量的同时，能够确保控制层网络大容量的数据高速通信过程；此外还为用户提供了形象的可视化诊断界面，能够较为方便快速的定位到控制系统网络所出现的故障点。

(2) CC-Link 现场总线技术

CC-Link属于开放式现场总线，具备通信速度快且稳定性高、数据容量大、兼容性好等优势，便于操作并且使用范围较广，由PLC (三菱电 FX 系列以上)作为网络中的主站，以现场仪表设备作为子站，例如测量仪表、远程I/O模块、机器人、数控系统等[2]。

3 控制层网络设计及参数设置

3.1 系统架构

控制层网络系统架构具体如图1所示。

图1 控制层网络系统架构

按照双环的连接方式使用光纤(GI)串联起主控台、立体仓库、传送带(包括CC-Link IE控制网络模块)组成网络系统，以确保实现大容量的数据通信[2]。

3.2 控制层数据的循环传送

本文从CC-Link IE所包含的数据循环传送方式中选用了LB/LW作为控制层通信方式完成传送数据，具体的数据的循环传送如图2所示。

图2 控制层数据的循环传送

在发送范围内，在链接软元件(LB/LW)的各站中系统单元完成数据的写入，并将其发送到同一网络中这几个主要单元中(主控台、立体仓库、传送带)完成循环数据传送过程，各单元的PLC软元件、CC-Link IE链接软元件(位于控制层网络模块)刷新链接，从而确保链接软元件的数据能够被各单元的PLC软元件成功读写[3]。

3.3 参数设置

(1) 设置1号站(管理站)参数，在GX Works2软件中依次选择网络参数模块/以太网/CC IE/MELSECNET(在工程数据列表窗口中)，从而打开参数设置界面：根据实际需要设置站号、模式、网络类型及起始I/O号；接下来在网络范围分配中适当分配各站的发送范围，用LW实现“字”的通信、LB实现“位”的通信；然后点击界面中刷新参数选项，根据网络内各站链接软元件总和刷新软元件数目，CPU 软元件(主站单元)及CC-Link IE链接软元件(控制层网络模块)进行链接刷新，从而完成链接软元件数据读写过程[4]。

(2) 在设置立体仓库及传送带的网络参数时，需确保各站网络号的一致性，但不能将站号设置为一样的数值，以网络内各站链接软元件的总数之和为依据刷新软元件，其他单元的 PLC软元件、CC-Link IE链接软元件(控制层网络模块)进行链接刷新，同管理站的刷新参数设置相同，软元件的数据可被从站单元的PLC软元件进行读写链接。

4 设备层网络设计

4.1 能量监控现场网络

能量监控单元由自动化生产线能量柜构成，主要负责对进生产线总、加工中心、数控车床、立体库等部分的电源行监测，能量监控现场网络如图3所示，各单元的当前能量特征值(包括三相电压、电流等)均能够被能量监控单元读取出来，为确保各单元当前三相电压、电流等能够实时显示在总控台能量监控计算机上，将各单元电源的电子测量仪表通过QJ61BT11N(位于CC-Link模块内)同主站单元PLC进行连接，完成数据传送过程，各单元仪表监测到的数据则通过MES接口模块完成到计算机监测系统的传输过程，从而实现各单元所监测到数据的实时显示[5]。

图3 现场监控能量网络

4.2 传送带单元现场网络

传送单元的变频器通过CC-Link现场总线通信方式的使用实现相互间的串联，传送带单元现场网络具体如图4所示。

为减少配线，由PLC(位于传送带控制柜中)控制变频器，实现输入输出的高速响应效果，使通信效率得以提高，并且确保在出现故障时及时恢复[5]。

4.3 通信模块设置

(1) 基础参数，在工程数据列表窗口的网络参数中选择CC-Link，打开参数设置界面，根据实际需要设置起始I/O号(设置CC-Link通信模块起始I/O地址为0000，)、总连接台数、类型、模式等，选择界面中站信息，设置远程站点、类型及数目等。

图4 传送带网络

(2) 设备层刷新参数设置

1) 远程输入(RX)、输出(RY)的设定

设置RX、RY刷新软元件分别为X100、Y100，则1号站的范围为X100～X110和Y100～Y110；设置CC-Link的起始 I/O 地址为0000(32 点，各远程设备站均设置为32点)，1号站RX及RY范围分别为RX00～RX10和RY00～RY10，各站依次类推；主站CPU向远程设备站传送及接收状态时，首先需对二者进行链接扫描，由远程设备站负责传输刷新软元件中的状态值至主站，接下来主站(QJ61BT1N)及主站CPU进行自动刷新，再传输状态值传到主站CPU软元件中[6]。

2) 远程寄存器的设定

通过远程寄存器(RWr，RWw)进行读写，实现各站仪表数值的读取及将监测数据向各远程设备站传送，同样在网络参数设置界面中，设置RWr和RWw的刷新软元件分别为 W100、W200，则范围为W200～W203及W100～W103内，各站范围依次类推；远程设备站站1的RWw和RWr的范围分别在RWw0～RWw3和RWr0～RWr3内，依次类推；在程序中对各站监测项目代码进行定义，各站仪表的数值通过主站CPU寄存器向各远程设备站的RWw传送，再通过各远程设备站的RWr向主站QCPU寄存器传送仪表的数值，从而实现各站仪表数值的有效监测。

5 总结

本文主要研究了自动化生产线控制系统，该系统基于CC-link现场总线，完成了控制层及设备层网络的设计，采用CC-Link IE模块完成光纤环网通信的构建，针对传送带单元和立体仓库单元采用CC-Link现场总线技术实现能量监控，将各单元电源的电子测量仪表通过QJ61BT11N同主站单元PLC进行连接，再通过MES接口模块完成到计算机监测系统的传输过程，从而实现各单元所监测到数据的实时显示，实现了数据在各控制单元及现场设备间高效稳定的通信过程，便于自动化生产线控制系统据此完成相应的控制过程。