盧德明,葉仿?lián)?,徐晉勇,侯原亮
(1.桂林電子科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院,廣西 桂林541004;2.廣西右江礦務(wù)局,廣西 田東 531501)
煤礦井下自動排水系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)的四大系統(tǒng)之一,承擔(dān)著排出井下積水的重要任務(wù),是為了實現(xiàn)排水系統(tǒng)的安全性、可靠性及經(jīng)濟(jì)性而設(shè)計開發(fā)的一種自動化系統(tǒng)。井下自動排水系統(tǒng)在傳統(tǒng)排水系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,應(yīng)用現(xiàn)代工業(yè)控制技術(shù)和檢測裝置,實現(xiàn)排水系統(tǒng)的自動化。并且延伸其功能,使井下水泵房在實現(xiàn)無人化運行的同時,能夠根據(jù)井下具體情況和要求,選擇最佳運行方案,為井上監(jiān)控系統(tǒng)提供有用的數(shù)據(jù)資料。而運用CC-Link 總線通信技術(shù)能很好的將排水系統(tǒng)中各個子泵房與中央泵房進(jìn)行通信,并通過CC-Link 專用雙絞線將信息傳到現(xiàn)場計算機(jī)的監(jiān)控室里,而后由現(xiàn)場計算機(jī)通過光纖傳至遠(yuǎn)端地面控制計算機(jī)上,再由遠(yuǎn)端地面控制計算機(jī)反饋信息到上一級的管理服務(wù)器。
CC-Link(Control &Communication Link 控制與通信鏈路系統(tǒng))是一種可以同時高速處理控制數(shù)據(jù)和信息數(shù)據(jù)的現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),可以提供高效、一體化的工廠和過程自動化控制。通過它可以建立成本低廉的分散系統(tǒng),減少大量的接線工作。而且作為開放式總線系統(tǒng),CC-Link 起源于亞洲地區(qū)的現(xiàn)場總線,具有性能卓越、應(yīng)用廣泛、使用簡單、節(jié)省成本等突出特點。
在1996年11月,以三菱電機(jī)為主導(dǎo)的多家公司以“多廠家設(shè)備環(huán)境、高性能、省配線”理念開發(fā)、公布和開放了現(xiàn)場總線CC—Link,第一次正式向市場推出了CC—Link 這一全新的多廠商、高性能、省配線的現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)并于1997年獲得日本電機(jī)工業(yè)會(JEMA)頒發(fā)的杰出技術(shù)成就獎。
1998年,汽車行業(yè)的馬自達(dá)、五十鈴、雅馬哈、通用、鈴木等也成為了CC—Link 的用戶,而且CC—Link 迅速進(jìn)入中國市場。1999年,銷售的實績已超過17 萬個節(jié)點,2001年達(dá)到了72 萬個節(jié)點,到2001年累計量達(dá)到了150 萬,其增長勢頭迅猛,在亞洲市場占有份額超過15%(據(jù)美國工控專業(yè)調(diào)查機(jī)構(gòu)ARC 調(diào)查),受到亞、歐、美、日等客戶的高度評價。
2000年11月,CC—Link 協(xié)會(CC—Link Partner Association 簡稱CLPA)在日本成立。主要負(fù)責(zé)CC—Link 在全球的普及和推進(jìn)工作。
CC-Link 提供循環(huán)傳輸和瞬時傳輸兩種通信方式。一般情況下,CC-Link 主要采用廣播—輪詢(循環(huán)傳輸)的方式進(jìn)行通訊。
具體方式:
(1)主站將刷新數(shù)據(jù)發(fā)送到所有從站,與此同時輪詢從站1;
(2)從站1 對主站的輪詢作出響應(yīng),同時將該響應(yīng)告知其它從站;
(3)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(yīng),并將該響應(yīng)告知其它從站;
(4)依此類推,循環(huán)往復(fù)。
在以A/QnA/Q 系列以及FX 系列連接成的CC-LINK 系統(tǒng)中,每站都需要設(shè)置站號,主站需固定設(shè)為0,CC-LINK 系統(tǒng)中第一個子站號需設(shè)置為1,后續(xù)的站號需根據(jù)前一個子站所占的站號數(shù)來確定??梢詫⒖偣?4個遠(yuǎn)程I/O 站,遠(yuǎn)程設(shè)備站,本地站或智能設(shè)備站連接到一個單獨的主站。但是,需要滿足下列條件:
式中,
a 為占用1個內(nèi)存站號的模塊數(shù);
b 為占用2個內(nèi)存站號的模塊數(shù);
c 為占用3個內(nèi)存站號的模塊數(shù);
d 為占用4個內(nèi)存站號的模塊數(shù)。
其中,a、b、c 及d 可以是遠(yuǎn)程I/O 站,遠(yuǎn)程設(shè)備站,本地站,備用主站及智能設(shè)備站中的任意一種。
式中,
A 為遠(yuǎn)程I/O 站的數(shù)量燮64;
B 為遠(yuǎn)程I/O 站的數(shù)量燮42;
C 為本地站、備用主站和智能設(shè)備站的數(shù)量燮26。
遠(yuǎn)程I/O 站,遠(yuǎn)程設(shè)備站,本地站,備用主站及智能設(shè)備站的模塊數(shù)量必須滿足表1 所列的情形。
表1 各種站模塊數(shù)量最大值
CC-Link 整個一層網(wǎng)絡(luò)可由1個主站和64個子站組成,其采用總線方式通過屏蔽雙絞線進(jìn)行連接。網(wǎng)絡(luò)中的主站由三菱電機(jī)FX 系列以上的PLC 或計算機(jī)擔(dān)當(dāng)。子站可以是遠(yuǎn)程IO 模塊、特殊功能模塊、帶有CPU 的PLC 本地站、人機(jī)界面、變頻器、伺服系統(tǒng)、機(jī)器人以及各種測量儀表、閥門、數(shù)控系統(tǒng)等現(xiàn)場儀表設(shè)備。
井下自動排水系統(tǒng)可以分為控制、檢測、執(zhí)行三大部分。
(1)控制部分:控制所用的電氣設(shè)備需要滿足礦下使用電氣設(shè)備的一般要求。其它控制部分包括電動閘閥等設(shè)備的礦用一般型控制柜、控制箱。
(2)檢測部分由2 部分組成: 模擬量檢測部分,其主要由水位傳感器(有投入式和超聲波式兩種)、流量傳感器、壓力傳感器、真空壓力表、溫度傳感器、電流變送器、功率變送器等組成;開關(guān)量檢測部分,包括水泵電機(jī)、電抗器、電動閘閥、真空泵電機(jī)等設(shè)備的運行狀態(tài)檢測。
(3)執(zhí)行部分由水泵電機(jī)、電動閘閥、電磁閥、真空泵電機(jī)等被控對象組成[1]。
(1)CC-Link 主站模塊FX2N-16CCL-M
該主站塊采用CC-Link 專用電纜,具有豐富的RAS 功能,通過緩存使用FROM/TO 指令完成與PLC的通信功能。該主站塊支持156 KBit/s, 625 KBit/s,2.5 MBit/s,5 MBit/s,10 MBit/s 的通信速率,最大傳輸距離可1 200 m(與傳輸速率有關(guān)),使用CC-Link Ver1.1版本,最多可連接7個遠(yuǎn)程I/O 站(每個遠(yuǎn)程I/O 站可具有32 點輸產(chǎn)/輸出)和8個遠(yuǎn)程設(shè)備站,通過接口模塊FX2N-32CCL 可與QnA/Q 系列主模塊相連。
(2)CC-Link 接口模塊FX2N-32CCL
FX2N 系列PLC 作為一個遠(yuǎn)程設(shè)備站是通過接口模塊FX2N-32CCL 與CC-Link 系統(tǒng)相連的,該模塊占用PLC 的8個輸人點或8個輸出點,通過緩存使用FROM/TO 指令從FX2N32MR 型號PLC 中執(zhí)行通信功能。一個遠(yuǎn)程設(shè)備站占用站點數(shù)可為1~4個(由旋鈕開關(guān)設(shè)置),每個遠(yuǎn)程設(shè)備站具有輸人/輸出個16 點,但是最頂端的16 點由CC-Link 系統(tǒng)作為系統(tǒng)區(qū)被占用,該模塊支持CC-LinK Verl.00 版本,站號1~64 可選[2]。
每個泵房的自動排水系統(tǒng)設(shè)置3個排水泵進(jìn)行排水,其中的兩臺泵以輪流的方式進(jìn)行排水,第三臺備用。在以A/QnA/Q 系列以及FX 系列連接成的自動排水系統(tǒng)CC-LINK 網(wǎng)絡(luò)中,主要由A/QnA/Q 系列主站和遠(yuǎn)程設(shè)備站1~3 號組成的中央泵房系統(tǒng),其中1 號遠(yuǎn)程設(shè)備站由1個主站模塊FX2N-16CCL-M、1個接口模塊FX2N-32CCL 和1個FX2N32MR 型號PLC 以及1個FX2N-8AD 特殊功能模塊構(gòu)成;2 號遠(yuǎn)程設(shè)備站由1個接口模塊FX2N-32CCL 和1個FX2N32MR型號PLC 以及1個FX2N-8AD 特殊功能模塊構(gòu)成;3號遠(yuǎn)程設(shè)備站由1個接口模塊FX2N-32CCL 和1個FX2N32MR 型號PLC 以及1個FX2N-8AD 特殊功能模塊構(gòu)成。后面的遠(yuǎn)程設(shè)備站每3個編號組成一個子泵房,如4 號遠(yuǎn)程設(shè)備站由1個接口模塊FX2N-32CCL 和1個FX2N32MR 型號PLC 以及1個FX2N-8AD 特殊功能模塊構(gòu)成;5 號遠(yuǎn)程設(shè)備站由1個接口模塊FX2N-32CCL 和1個FX2N32MR 型號PLC 以及1個FX2N-8AD 特殊功能模塊構(gòu)成;而6號遠(yuǎn)程設(shè)備站由1個接口模塊FX2N-32CCL 和1個FX2N32MR 型號PLC 以及1個FX2N-8AD 特殊功能模塊構(gòu)成,其布線連接如圖l 所示。
圖1 自動排水系統(tǒng)CC-Link 網(wǎng)絡(luò)
子泵房通過中央泵房的遠(yuǎn)程設(shè)備站1 連接現(xiàn)場計算機(jī),子泵房的損壞與否對另一個子泵房的通信不存在影響,子泵房之間的通信必須經(jīng)過中央泵房調(diào)度。
各種傳感器得到的數(shù)據(jù)由子泵房傳送到中央泵房。再由中央泵房傳到現(xiàn)場計算機(jī),現(xiàn)場計算機(jī)傳到遠(yuǎn)端地面控制計算機(jī)。遠(yuǎn)方地面的工作人員可以根據(jù)各個泵房的具體情況,選擇讓泵房進(jìn)行排水工作或者不進(jìn)行排水工作。
遠(yuǎn)端地面控制計算機(jī)將控制信號發(fā)給現(xiàn)場計算機(jī),現(xiàn)場計算機(jī)接收控制信號后通過中央泵房的遠(yuǎn)程設(shè)備1 將控制信號傳送到要控制的子泵房中,選擇并控制子泵房里電機(jī)的啟動與關(guān)閉及各個閘閥的打開與關(guān)閉,如圖2 所示。
圖2 排水系統(tǒng)各泵房通信
由FX2N 系列PLC 構(gòu)建的礦井自動排水系統(tǒng)CC-Link 網(wǎng)絡(luò),能夠減少礦下配線的數(shù)量,提高工作效率,安裝設(shè)備的費用,并且利于設(shè)備的維護(hù),各個泵房之間的接入與斷開很方便。
[1]陳子春,劉向昕. 井下中央泵房水泵自動化控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].工礦自動化,2007,(2):55-57.
[2]孫小智.FX2N 系列PLC 構(gòu)建的CC-LinK 系統(tǒng)[J]. 計算機(jī)·PLC 應(yīng)用,2007,(4):28-29.
[3]肖 譯,李高進(jìn).FX2N 系列PLC 和CC-LINK 遠(yuǎn)程I/O 模塊在船舶分段涂裝工場中的應(yīng)用區(qū)別[J].造船技術(shù),2011,(3):56-59.
[4]三菱電機(jī). 三菱電機(jī)Q 系列CC-LINK 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)用戶參考手冊[K].2000.
[5]三菱電機(jī). 三菱可編程控制器教材CC-Link 基礎(chǔ)教程(Q系列).
[6]三菱電機(jī).三菱FX2N-16CCL-M及CC-Link 系統(tǒng)主站模塊用戶手冊(中文版).