摘 要：介紹了CC-Link現(xiàn)場總線技術(shù)在工業(yè)蒸汽鍋爐的給水系統(tǒng)的成功實現(xiàn)。闡述了CC-Link現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)特點及其通訊原理，并結(jié)合工業(yè)燃煤蒸汽鍋爐給水系統(tǒng)的特點介紹系統(tǒng)中基于CC-Link總線構(gòu)建的鍋爐給水系統(tǒng)的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，及其基本硬件配置和軟件結(jié)構(gòu)。詳細介紹了利用變頻器控制給水電機工作原理和采用觸摸屏作為監(jiān)控系統(tǒng)控制界面設(shè)計方案實現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：CC-Link 現(xiàn)場總線；人機界面；觸摸屏；變頻器

中圖分類號：TN919文獻標識碼：B文章編號：1004373X(2008)1914303

Monitoring System Design of CC-Link Fieldbus Network

YU Lei，SHU Chaojun，LI Jisan，LIU Yongxi，LI Bo，JIANG Yan，HU Yuqing

(Sichuan University，Chengdu，610065，China)

Abstract：This paper introduces successful application of CC-Link fieldbus technology in the industrial steam boiler feedwater system.It tells on the structure features and communication mechanism of and the CC-Link fieldbus.In conjunction with the characteristics of industrial coal-fired steam boiler feedwater system，basic hardware configuration and software architecture system has been introduced.Details on the principle of using the inverter to control water motor and designing programmes to achieve the use of touch screen control system as a control interface.

Keywords：CC-Link fieldbus;human-machine interface;touching panel;inverter

1 引 言

CC-Link是Control Communication Link (控制與通信鏈路系統(tǒng))的簡稱，它是一種全新的開放式現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，具有多廠商、高性能、省配線等優(yōu)點，在工業(yè)領(lǐng)域已被越來越廣泛地應用。它與傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)相比，具有全開放性、全分散性、全數(shù)字化、高智能化、雙向通訊與多站通訊等優(yōu)點，可完成現(xiàn)場狀態(tài)的監(jiān)視、控制、遠程傳輸?shù)裙δ?；同時，現(xiàn)場總線技術(shù)不但提高了通訊能力，節(jié)省了安裝時的硬件費用，而且更容易對系統(tǒng)進行管理和維護。

在某鍋爐供熱廠的工業(yè)蒸汽鍋爐的給水系統(tǒng)改造項目中，采用了基于CC-Link現(xiàn)場總線的監(jiān)控系統(tǒng)。為了充分利用CC-Link 總線網(wǎng)絡(luò)資源，直觀地表現(xiàn)各站傳感器、執(zhí)行元件的工作狀態(tài)，方便手動調(diào)控與自動監(jiān)控，在現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)中連接使用了觸摸屏。通過CC-Link 總線將采集到的各站工作狀態(tài)信息送到觸摸屏顯示，操作員也可以通過觸摸屏對各站的運行進行干預。

2 CC-Link通訊原理

CC-Link網(wǎng)絡(luò)可以形成高速度及遠距離的應用組態(tài)，使其能適應網(wǎng)絡(luò)的多樣性，在速率為156 b/s時，通信距離可達1 200 m，加中繼器后，通信距離更遠； 采用普通屏蔽雙絞線，大大降低接線成本，抗干擾能力強； 具備自動在線恢復功能，待機主控功能，切斷從站功能，確認連接狀態(tài)功能及測試和診斷功能，因此，可以構(gòu)成具有高可靠性的網(wǎng)絡(luò)。CC-Link的底層通訊協(xié)議遵循RS 485，提供循環(huán)傳輸和瞬時傳輸2種通信方式。一般情況下，CC-Link主要采用廣播-輪詢(循環(huán)傳輸)的方式進行通訊。具體的方式是：主站將刷新數(shù)據(jù)(RY/RWw)發(fā)送到所有從站，與此同時輪詢從站1；從站1對主站的輪詢做出響應(RX/RWr)，同時將該響應告知其他從站；然后主站輪詢從站2(此時并不發(fā)送刷新數(shù)據(jù))，從站2給出響應，并將該響應告知其他從站；依此類推，循環(huán)往復。該方式的數(shù)據(jù)傳輸率非常高。

除了廣播-輪詢方式以外，CC-Link也支持主站與本地站、智能設(shè)備站之間的瞬時通訊。從主站向從站的瞬時通訊量為150 B/數(shù)據(jù)包，由從站向主站的瞬時通訊量為34 B/數(shù)據(jù)包。

3 鍋爐給水系統(tǒng)的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)

該供熱廠鍋爐給水控制系統(tǒng)的電控系統(tǒng)原采用繼電器進行各自獨立的邏輯控制。由于硬接線方式和離散的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)很不穩(wěn)定，故障多，而且資源浪費，操作界面復雜粗糙，抗干擾能力差，維修和調(diào)試都不是很方便。系統(tǒng)改造后的鍋爐給水系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

主、從站通信模塊間通過3芯雙絞線(三根電線按照DA、DB、DG)連接，從而實現(xiàn)了分散控制集中管理，系統(tǒng)中各種監(jiān)控數(shù)據(jù)不但可以方便地由PLC 進行讀寫，而且可由觸摸屏進行監(jiān)控和參數(shù)調(diào)整。

4 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

4.1 監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)——初始化

首先，在硬件上，各個從站必須先在硬件上配置站號。站號的先后順序沒有限定，但應該和在專門的編程軟件GX DEVELOPER中設(shè)定的站號和各站所含站點數(shù)目相一致。單主站的最大從站連接數(shù)為32。

在啟動現(xiàn)場總線之前，軟件上必須準備通信初始化程序。在參數(shù)設(shè)定部分，將整個系統(tǒng)連接的總模塊數(shù)、重試次數(shù)及各站的信息寫入儲存器相應的地址中。在執(zhí)行刷新指令后緩沖儲存器內(nèi)的參數(shù)送入內(nèi)部寄存器區(qū)。利用編程軟件GX DEVELOPER根據(jù)要求設(shè)計相應的控制程序并設(shè)置相應的CC-Link網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，使網(wǎng)絡(luò)首先能正常連通工作，再通過程序及各個從站的功能實現(xiàn)整個CC-Link網(wǎng)絡(luò)的一體化自動化工作并能實現(xiàn)控制和監(jiān)視。

4.2 監(jiān)控系統(tǒng)——人機界面設(shè)計方案的實現(xiàn)

利用人機界面觸摸屏的專用圖形設(shè)計軟件——三菱電機株式會社的GT

Designer Version 5.01B 繪制所需要的控制界面圖形，并設(shè)置相應圖形的屬性——設(shè)置位\\字軟元件和相應的顯示方式及擴展功能值等。使圖形界面跟QPLC程序結(jié)合起來，通過觸摸屏的動作控制給水電機，報警信號的工作。為此，我們根據(jù)工藝和現(xiàn)場要求共制作了數(shù)個用戶界面，內(nèi)容涉及功能選擇、手動/自動切換、報警控制、給水電機控制等。由于內(nèi)容較多，選取利用人機界面(觸摸屏)來監(jiān)控變頻器控制電機的方案實現(xiàn)為例。

4.3 人機界面觸摸屏來監(jiān)控變頻器控制電機

4.3.1 人機界面觸摸屏來監(jiān)控變頻器控制電機的功能流程圖

通過觸摸屏來控制變頻器，調(diào)節(jié)電機運行控制鍋爐的給水過程的功能，方便了對鍋爐給水工作。觸摸屏控制部分的功能流程圖如圖2所示，其中PLC主要完成整個系統(tǒng)的控制功能和參數(shù)(輸入?yún)?shù))的分析計算，觸摸屏負責電機運動參數(shù)的設(shè)置和動態(tài)顯示鍋爐工作狀態(tài)。

4.3.2 人機界面的設(shè)置

使用通訊操作模式，通過軟件設(shè)定用觸摸屏監(jiān)控變頻器的工作狀態(tài)，需要注意的控制回路端子如表1所示，主要包括正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)控制、頻率設(shè)定、運行速度設(shè)定端子等。

4.3.3 變頻器控制電機的部分程序設(shè)計

需要設(shè)置的部分位\\字軟元件如表2所示。

利用GT DESIGNER version 5.01B 繪制所需要的變頻器控制電機控制界面圖形，并設(shè)置相應圖形的屬性——設(shè)置位\\字軟元件和相應的顯示方式及擴展功能值等。界面圖形如圖3所示。

其工作原理為：可以根據(jù)需要設(shè)置相應的文本說明，按下數(shù)值輸入?yún)^(qū)域，會彈出一個小鍵盤，可以在上面輸入所需要的頻率值(本設(shè)計中上限為5 000)，數(shù)值輸入的軟元件為Wr12，其在QPLC中對應的數(shù)據(jù)寄存器為D5018，按下確認按鈕(軟元件為X0060)，通過程序就可以將數(shù)據(jù)寫入變頻器中，具體的程序會在下面的程序?qū)崿F(xiàn)部分講述。按下“正轉(zhuǎn)”、“反轉(zhuǎn)”、“停止”按鈕，通過程序和變頻器參數(shù)的改變，實現(xiàn)電機的相應運行，同時左下方的指示燈會持續(xù)的閃亮。

變頻器控制電機的部分控制程序如圖4所示：程序運行在主站模塊上，并將運行狀況顯示在人機界面上。

5 結(jié) 語

本設(shè)計成功地完成了該鍋爐給水系統(tǒng)的CC-Link

現(xiàn)場總線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。采用觸摸屏技術(shù)和CC-Link總線技術(shù)改造后的鍋爐給水系統(tǒng)實際工作情況表明：控制網(wǎng)絡(luò)運行可靠、鍋爐給水系統(tǒng)工作穩(wěn)定，實現(xiàn)了控制數(shù)據(jù)共享，從而開發(fā)出完善的人機界面并進行遠程監(jiān)控。

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作者簡介 余 磊 男，1983年出生，湖北武漢人，碩士研究生。研究方向為現(xiàn)場總線技術(shù)研究及應用。

舒朝君 女，四川成都人，副教授。研究方向為電工理論與新技術(shù)，檢測技術(shù)及其自動化裝置，智能檢測技術(shù)和儀器，控制電器和PLC的研究及應用。

李紀三 男，碩士研究生。研究方向為電磁場技術(shù)研究及應用。