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(dòng)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(shí)現(xiàn)排水系統(tǒng)的安全性、可靠性及經(jīng)濟(jì)性而設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的一種自動(dòng)化系統(tǒng)。井下自動(dòng)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(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)排水系統(tǒng)的自動(dòng)化。并且延伸其功能，使井下水泵房在實(shí)現(xiàn)無(wú)人化運(yùn)行的同時(shí)，能夠根據(jù)井下具體情況和要求，選擇最佳運(yùn)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(yùn)用CC-Link 總線通信技術(shù)能很好的將排水系統(tǒng)中各個(gè)子泵房與中央泵房進(jìn)行通信，并通過(guò)CC-Link 專用雙絞線將信息傳到現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)的監(jiān)控室里，而后由現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)通過(guò)光纖傳至遠(yuǎn)端地面控制計(jì)算機(jī)上，再由遠(yuǎn)端地面控制計(jì)算機(jī)反饋信息到上一級(jí)的管理服務(wù)器。

1 CC-Link 概述

CC-Link（Control &Communication Link 控制與通信鏈路系統(tǒng)）是一種可以同時(shí)高速處理控制數(shù)據(jù)和信息數(shù)據(jù)的現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可以提供高效、一體化的工廠和過(guò)程自動(dòng)化控制。通過(guò)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(kāi)放式總線系統(tǒng)，CC-Link 起源于亞洲地區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)總線，具有性能卓越、應(yīng)用廣泛、使用簡(jiǎn)單、節(jié)省成本等突出特點(diǎn)。

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(kāi)發(fā)、公布和開(kāi)放了現(xiàn)場(chǎng)總線CC—Link，第一次正式向市場(chǎng)推出了CC—Link 這一全新的多廠商、高性能、省配線的現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)并于1997年獲得日本電機(jī)工業(yè)會(huì)(JEMA)頒發(fā)的杰出技術(shù)成就獎(jiǎng)。

1998年，汽車(chē)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(guó)市場(chǎng)。1999年，銷售的實(shí)績(jī)已超過(guò)17 萬(wàn)個(gè)節(jié)點(diǎn)，2001年達(dá)到了72 萬(wàn)個(gè)節(jié)點(diǎn)，到2001年累計(jì)量達(dá)到了150 萬(wàn)，其增長(zhǎng)勢(shì)頭迅猛，在亞洲市場(chǎng)占有份額超過(guò)15%(據(jù)美國(guó)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(píng)價(jià)。

2000年11月，CC—Link 協(xié)會(huì)(CC—Link Partner Association 簡(jiǎn)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。

2 CC-Link 現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介

2.1 CC-link 的通信原理

CC-Link 提供循環(huán)傳輸和瞬時(shí)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(shí)輪詢從站1；

（2）從站1 對(duì)主站的輪詢作出響應(yīng)，同時(shí)將該響應(yīng)告知其它從站；

（3）主站輪詢從站2，此時(shí)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)。

2.2 CC-link 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)配置

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(hào)，主站需固定設(shè)為0，CC-LINK 系統(tǒng)中第一個(gè)子站號(hào)需設(shè)置為1，后續(xù)的站號(hào)需根據(jù)前一個(gè)子站所占的站號(hào)數(shù)來(lái)確定?？梢詫⒖偣?4個(gè)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(gè)單獨(dú)的主站。但是，需要滿足下列條件：

式中，

a 為占用1個(gè)內(nèi)存站號(hào)的模塊數(shù)；

b 為占用2個(gè)內(nèi)存站號(hào)的模塊數(shù)；

c 為占用3個(gè)內(nèi)存站號(hào)的模塊數(shù)；

d 為占用4個(gè)內(nèi)存站號(hào)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

2.3 CC-link 的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

CC-Link 整個(gè)一層網(wǎng)絡(luò)可由1個(gè)主站和64個(gè)子站組成，其采用總線方式通過(guò)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(jì)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(cè)量?jī)x表、閥門(mén)、數(shù)控系統(tǒng)等現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)備。

3 自動(dòng)排水系統(tǒng)的CC-Link 網(wǎng)絡(luò)

3.1 自動(dòng)排水系統(tǒng)硬件分類及組成

井下自動(dòng)排水系統(tǒng)可以分為控制、檢測(cè)、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(dòng)閘閥等設(shè)備的礦用一般型控制柜、控制箱。

（2）檢測(cè)部分由2 部分組成: 模擬量檢測(cè)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(kāi)關(guān)量檢測(cè)部分，包括水泵電機(jī)、電抗器、電動(dòng)閘閥、真空泵電機(jī)等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)。

（3）執(zhí)行部分由水泵電機(jī)、電動(dòng)閘閥、電磁閥、真空泵電機(jī)等被控對(duì)象組成[1]。

3.2 FX2N 系列CC-Lick 通信硬件

（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(guò)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(gè)遠(yuǎn)程I/O 站(每個(gè)遠(yuǎn)程I/O 站可具有32 點(diǎn)輸產(chǎn)/輸出)和8個(gè)遠(yuǎn)程設(shè)備站，通過(guò)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(gè)遠(yuǎn)程設(shè)備站是通過(guò)接口模塊FX2N-32CCL 與CC-Link 系統(tǒng)相連的，該模塊占用PLC 的8個(gè)輸人點(diǎn)或8個(gè)輸出點(diǎn)，通過(guò)緩存使用FROM/TO 指令從FX2N32MR 型號(hào)PLC 中執(zhí)行通信功能。一個(gè)遠(yuǎn)程設(shè)備站占用站點(diǎn)數(shù)可為1~4個(gè)(由旋鈕開(kāi)關(guān)設(shè)置)，每個(gè)遠(yuǎn)程設(shè)備站具有輸人/輸出個(gè)16 點(diǎn)，但是最頂端的16 點(diǎn)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(hào)1~64 可選[2]。

3.3 自動(dòng)排水系統(tǒng)各泵房的網(wǎng)絡(luò)配置

每個(gè)泵房的自動(dòng)排水系統(tǒng)設(shè)置3個(gè)排水泵進(jìn)行排水，其中的兩臺(tái)泵以輪流的方式進(jìn)行排水，第三臺(tái)備用。在以A/QnA/Q 系列以及FX 系列連接成的自動(dòng)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(hào)組成的中央泵房系統(tǒng)，其中1 號(hào)遠(yuǎn)程設(shè)備站由1個(gè)主站模塊FX2N-16CCL-M、1個(gè)接口模塊FX2N-32CCL 和1個(gè)FX2N32MR 型號(hào)PLC 以及1個(gè)FX2N-8AD 特殊功能模塊構(gòu)成；2 號(hào)遠(yuǎn)程設(shè)備站由1個(gè)接口模塊FX2N-32CCL 和1個(gè)FX2N32MR型號(hào)PLC 以及1個(gè)FX2N-8AD 特殊功能模塊構(gòu)成；3號(hào)遠(yuǎn)程設(shè)備站由1個(gè)接口模塊FX2N-32CCL 和1個(gè)FX2N32MR 型號(hào)PLC 以及1個(gè)FX2N-8AD 特殊功能模塊構(gòu)成。后面的遠(yuǎn)程設(shè)備站每3個(gè)編號(hào)組成一個(gè)子泵房，如4 號(hào)遠(yuǎn)程設(shè)備站由1個(gè)接口模塊FX2N-32CCL 和1個(gè)FX2N32MR 型號(hào)PLC 以及1個(gè)FX2N-8AD 特殊功能模塊構(gòu)成；5 號(hào)遠(yuǎn)程設(shè)備站由1個(gè)接口模塊FX2N-32CCL 和1個(gè)FX2N32MR 型號(hào)PLC 以及1個(gè)FX2N-8AD 特殊功能模塊構(gòu)成；而6號(hào)遠(yuǎn)程設(shè)備站由1個(gè)接口模塊FX2N-32CCL 和1個(gè)FX2N32MR 型號(hào)PLC 以及1個(gè)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(dòng)排水系統(tǒng)CC-Link 網(wǎng)絡(luò)

3.4 中央泵房與子泵房通信

子泵房通過(guò)中央泵房的遠(yuǎn)程設(shè)備站1 連接現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)，子泵房的損壞與否對(duì)另一個(gè)子泵房的通信不存在影響，子泵房之間的通信必須經(jīng)過(guò)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(chǎng)計(jì)算機(jī)，現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)傳到遠(yuǎn)端地面控制計(jì)算機(jī)。遠(yuǎn)方地面的工作人員可以根據(jù)各個(gè)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(jì)算機(jī)將控制信號(hào)發(fā)給現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)，現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)接收控制信號(hào)后通過(guò)中央泵房的遠(yuǎn)程設(shè)備1 將控制信號(hào)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(dòng)與關(guān)閉及各個(gè)閘閥的打開(kāi)與關(guān)閉，如圖2 所示。

圖2 排水系統(tǒng)各泵房通信

4 結(jié)束語(yǔ)

由FX2N 系列PLC 構(gòu)建的礦井自動(dòng)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(fèi)用，并且利于設(shè)備的維護(hù)，各個(gè)泵房之間的接入與斷開(kāi)很方便。

[1]陳子春，劉向昕. 井下中央泵房水泵自動(dòng)化控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].工礦自動(dòng)化，2007，(2):55-57.

[2]孫小智.FX2N 系列PLC 構(gòu)建的CC-LinK 系統(tǒng)[J]. 計(jì)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(chǎng)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(cè)[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(cè)(中文版).