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基于CC-Link现场总线网络的监控系统设计

作者:jnscsh   时间:2021-07-23 08:43:11   浏览次数:

摘 要:介绍了CC-Link现场总线技术在工业蒸汽锅炉的给水系统的成功实现。阐述了CC-Link现场总线结构特点及其通讯原理,并结合工业燃煤蒸汽锅炉给水系统的特点介绍系统中基于CC-Link总线构建的锅炉给水系统的监控网络,及其基本硬件配置和软件结构。详细介绍了利用变频器控制给水电机工作原理和采用触摸屏作为监控系统控制界面设计方案实现。

关键词:CC-Link 现场总线;人机界面;触摸屏;变频器

中图分类号:TN919文献标识码:B文章编号: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 (控制与通信链路系统)的简称,它是一种全新的开放式现场总线网络,具有多厂商、高性能、省配线等优点,在工业领域已被越来越广泛地应用。它与传统的集散控制系统相比,具有全开放性、全分散性、全数字化、高智能化、双向通讯与多站通讯等优点,可完成现场状态的监视、控制、远程传输等功能;同时,现场总线技术不但提高了通讯能力,节省了安装时的硬件费用,而且更容易对系统进行管理和维护。

在某锅炉供热厂的工业蒸汽锅炉的给水系统改造项目中,采用了基于CC-Link现场总线的监控系统。为了充分利用CC-Link 总线网络资源,直观地表现各站传感器、执行元件的工作状态,方便手动调控与自动监控,在现场网络中连接使用了触摸屏。通过CC-Link 总线将采集到的各站工作状态信息送到触摸屏显示,操作员也可以通过触摸屏对各站的运行进行干预。

2 CC-Link通讯原理

CC-Link网络可以形成高速度及远距离的应用组态,使其能适应网络的多样性,在速率为156 b/s时,通信距离可达1 200 m,加中继器后,通信距离更远; 采用普通屏蔽双绞线,大大降低接线成本,抗干扰能力强; 具备自动在线恢复功能,待机主控功能,切断从站功能,确认连接状态功能及测试和诊断功能,因此,可以构成具有高可靠性的网络。CC-Link的底层通讯协议遵循RS 485,提供循环传输和瞬时传输2种通信方式。一般情况下,CC-Link主要采用广播-轮询(循环传输)的方式进行通讯。具体的方式是:主站将刷新数据(RY/RWw)发送到所有从站,与此同时轮询从站1;从站1对主站的轮询做出响应(RX/RWr),同时将该响应告知其他从站;然后主站轮询从站2(此时并不发送刷新数据),从站2给出响应,并将该响应告知其他从站;依此类推,循环往复。该方式的数据传输率非常高。

除了广播-轮询方式以外,CC-Link也支持主站与本地站、智能设备站之间的瞬时通讯。从主站向从站的瞬时通讯量为150 B/数据包,由从站向主站的瞬时通讯量为34 B/数据包。

3 锅炉给水系统的监控网络

该供热厂锅炉给水控制系统的电控系统原采用继电器进行各自独立的逻辑控制。由于硬接线方式和离散的控制系统,系统很不稳定,故障多,而且资源浪费,操作界面复杂粗糙,抗干扰能力差,维修和调试都不是很方便。系统改造后的锅炉给水系统组网结构图如图1所示。

主、从站通信模块间通过3芯双绞线(三根电线按照DA、DB、DG)连接,从而实现了分散控制集中管理,系统中各种监控数据不但可以方便地由PLC 进行读写,而且可由触摸屏进行监控和参数调整。

4 监控系统设计

4.1 监控网络——初始化

首先,在硬件上,各个从站必须先在硬件上配置站号。站号的先后顺序没有限定,但应该和在专门的编程软件GX DEVELOPER中设定的站号和各站所含站点数目相一致。单主站的最大从站连接数为32。

在启动现场总线之前,软件上必须准备通信初始化程序。在参数设定部分,将整个系统连接的总模块数、重试次数及各站的信息写入储存器相应的地址中。在执行刷新指令后缓冲储存器内的参数送入内部寄存器区。利用编程软件GX DEVELOPER根据要求设计相应的控制程序并设置相应的CC-Link网络参数,使网络首先能正常连通工作,再通过程序及各个从站的功能实现整个CC-Link网络的一体化自动化工作并能实现控制和监视。

4.2 监控系统——人机界面设计方案的实现

利用人机界面触摸屏的专用图形设计软件——三菱电机株式会社的GT

Designer Version 5.01B 绘制所需要的控制界面图形,并设置相应图形的属性——设置位\字软元件和相应的显示方式及扩展功能值等。使图形界面跟QPLC程序结合起来,通过触摸屏的动作控制给水电机,报警信号的工作。为此,我们根据工艺和现场要求共制作了数个用户界面,内容涉及功能选择、手动/自动切换、报警控制、给水电机控制等。由于内容较多,选取利用人机界面(触摸屏)来监控变频器控制电机的方案实现为例。

4.3 人机界面触摸屏来监控变频器控制电机

4.3.1 人机界面触摸屏来监控变频器控制电机的功能流程图

通过触摸屏来控制变频器,调节电机运行控制锅炉的给水过程的功能,方便了对锅炉给水工作。触摸屏控制部分的功能流程图如图2所示,其中PLC主要完成整个系统的控制功能和参数(输入参数)的分析计算,触摸屏负责电机运动参数的设置和动态显示锅炉工作状态。

4.3.2 人机界面的设置

使用通讯操作模式,通过软件设定用触摸屏监控变频器的工作状态,需要注意的控制回路端子如表1所示,主要包括正转反转控制、频率设定、运行速度设定端子等。

4.3.3 变频器控制电机的部分程序设计

需要设置的部分位\字软元件如表2所示。

利用GT DESIGNER version 5.01B 绘制所需要的变频器控制电机控制界面图形,并设置相应图形的属性——设置位\字软元件和相应的显示方式及扩展功能值等。界面图形如图3所示。

其工作原理为:可以根据需要设置相应的文本说明,按下数值输入区域,会弹出一个小键盘,可以在上面输入所需要的频率值(本设计中上限为5 000),数值输入的软元件为Wr12,其在QPLC中对应的数据寄存器为D5018,按下确认按钮(软元件为X0060),通过程序就可以将数据写入变频器中,具体的程序会在下面的程序实现部分讲述。按下“正转”、“反转”、“停止”按钮,通过程序和变频器参数的改变,实现电机的相应运行,同时左下方的指示灯会持续的闪亮。

变频器控制电机的部分控制程序如图4所示:程序运行在主站模块上,并将运行状况显示在人机界面上。

5 结 语

本设计成功地完成了该锅炉给水系统的CC-Link

现场总线监控网络。采用触摸屏技术和CC-Link总线技术改造后的锅炉给水系统实际工作情况表明:控制网络运行可靠、锅炉给水系统工作稳定,实现了控制数据共享,从而开发出完善的人机界面并进行远程监控。

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作者简介 余 磊 男,1983年出生,湖北武汉人,硕士研究生。研究方向为现场总线技术研究及应用。

舒朝君 女,四川成都人,副教授。研究方向为电工理论与新技术,检测技术及其自动化装置,智能检测技术和仪器,控制电器和PLC的研究及应用。

李纪三 男,硕士研究生。研究方向为电磁场技术研究及应用。

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