基于CC-Link現(xiàn)場總線的智能配電箱項(xiàng)目化教學(xué)改革

徐建東，胡新華

（武進(jìn)技師學(xué)院，江蘇 武進(jìn)213100）

0 引言

現(xiàn)場總線技術(shù)是技工學(xué)校電氣自動(dòng)化設(shè)備安裝與維修專業(yè)開設(shè)的核心課程，由于各方面條件限制，基本上以理論講授為主，缺少必要的實(shí)踐環(huán)節(jié)，導(dǎo)致教學(xué)過程中學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高，主要原因在于相關(guān)總線概念、術(shù)語無法很好的理解，也不熟悉現(xiàn)場總線在現(xiàn)場如何應(yīng)用。針對以上問題，在選擇CCLink總線的基礎(chǔ)上，本文依托生活中典型的配電箱創(chuàng)新項(xiàng)目，較為詳細(xì)地介紹了CC-Link的特性、功能及組網(wǎng)方法，通過該項(xiàng)目的實(shí)施可以提高電氣自動(dòng)化設(shè)備安裝與維修專業(yè)學(xué)生對現(xiàn)場總線的理解以及在工業(yè)現(xiàn)場中的具體應(yīng)用，克服了以往現(xiàn)場總線課程重理論，輕實(shí)踐的弊端，對現(xiàn)場總線的應(yīng)用以及教學(xué)具有一定的積極意義。

1 教學(xué)改革的思路和步驟

在現(xiàn)場總線實(shí)踐教學(xué)中，筆者選擇以學(xué)校技能教學(xué)區(qū)為載體，在現(xiàn)有配電箱功能及硬件情況下增設(shè)CC-Link總線通訊模塊如下：1臺(tái)Q02UCPU、1臺(tái)QJ61BT11N、1 臺(tái) QJ61BT11N、1 臺(tái) AJ65SBTB1-8D（遠(yuǎn)程輸入站）、1臺(tái)AJ65SBTB1-8T（遠(yuǎn)程輸出站）實(shí)現(xiàn)3個(gè)區(qū)域之間 CC-Link通訊。在此，通過GOT1000觸摸屏或以太網(wǎng)控制主站與遠(yuǎn)程站之間的通訊。

1.1 設(shè)計(jì)思路

（1）利用CC-Link現(xiàn)場總線使得配電箱（主站）能控制遠(yuǎn)程站各區(qū)域電源啟閉，例如，利用主站配置的觸摸屏或外部按鈕或自動(dòng)控制某一公共區(qū)域的電源打開，達(dá)到定時(shí)啟閉：啟動(dòng)時(shí)間段內(nèi)各室照明正常開關(guān)，啟動(dòng)時(shí)間段外各室照明正常開啟、延時(shí)自動(dòng)關(guān)閉。

（2）利用CC-Link現(xiàn)場總線使得配電箱（主站）能監(jiān)控遠(yuǎn)程站各區(qū)域用電情況，例如，利用配電箱配置的觸摸屏或外部指示燈監(jiān)控某一區(qū)域的用電情況，達(dá)到用電有提示，耗電超限有警示。

1.2 實(shí)施步驟

（1）各控制區(qū)域輸入輸出升級改造：將室內(nèi)照明開關(guān)改為與遠(yuǎn)程輸入模塊AJ65SBTB1-8D連接（24V），將室內(nèi)的插座電源、照明燈改由遠(yuǎn)程輸出模塊AJ65SBTB1-8T控制的繼電器間接控制。

（2）CC-Link硬件組網(wǎng)：架設(shè)CC-Link總線將主站與各遠(yuǎn)程站建立遠(yuǎn)程通訊。

（3）CC-Link軟件組網(wǎng)：首先組態(tài)Q02CPU參數(shù)，完成I/O地址分配，然后組態(tài)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，設(shè)置主、從站信息。

（4）完成PLC、HMI編程，實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)控制功能。

2 實(shí)踐項(xiàng)目的設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)硬件配置

該系統(tǒng)以三菱Q系列PLC作為主站，2臺(tái)遠(yuǎn)程I/O站。通過觸摸屏（GOT1000）對2臺(tái)遠(yuǎn)程站進(jìn)行參數(shù)設(shè)定和監(jiān)控，其硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。上位機(jī)采用計(jì)算機(jī)，是整個(gè)系統(tǒng)管理和監(jiān)視中心，用于對下位機(jī)的管理和監(jiān)視，并用于程序的編制、程序的調(diào)試和故障診斷等。觸摸屏用來對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視、設(shè)定和控制，其中Q02UCPU是該系統(tǒng)的控制與通信的樞紐，各站間的輸入、輸出信號和數(shù)據(jù)必須經(jīng)圖1硬件結(jié)構(gòu)圖才能在觸摸屏和上位機(jī)上顯示；QJ61BT11N是主站的通信模塊，用來存儲(chǔ)主站接受和發(fā)送的通信數(shù)據(jù)；AJ65SBTB1-8D為遠(yuǎn)程I/O站（1號站），用于控制主站和2號遠(yuǎn)程站的輸出；AJ65SBTB1-8T為遠(yuǎn)程I/O站（2號站），用于接受主站和1號遠(yuǎn)程站的信號；除硬件外還配有GX Works2和GT-Designer2等畫面制作和調(diào)試軟件。

圖1 CC-Link智能配電箱系統(tǒng)

（1）三菱主站CC-Link通訊接口模塊。三菱主站CC-Link通訊選用QJ61BT11N通訊模塊。該通訊模塊是控制和通信鏈接系統(tǒng)主/本地模塊。

（2）三菱從站CC-Link通訊接口模塊。AJ65SBTB1-8D作為CC-LINK的遠(yuǎn)程I/O站進(jìn)行使用，連線采用屏蔽雙絞電纜。

（3）QJ61BT11N和遠(yuǎn)程I/O模塊的連接。為了保證CC-Link通訊成功，通訊線連接至關(guān)重要，通常使用雙絞屏蔽電纜把QJ61BT11N和AJ65SBTB1連接起來。QJ61BT11N和AJ65SBTB1模塊中的3個(gè)端子，3個(gè)DB端子和3個(gè)DG端子分別進(jìn)行連接。AJ65SBTB1擁有兩個(gè)DA端子和兩個(gè)DB端子，其主要作用是方便連接下一個(gè)站點(diǎn)。3個(gè)站的SLD端子和專用通訊線的屏蔽層相連。每個(gè)站點(diǎn)的連線可從任一站點(diǎn)連接，接線不受站點(diǎn)編號限制。

2.2 站開關(guān)及主站網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置

站開關(guān)除了連接通訊線外，還需要設(shè)置各站的站號、各站所占用的站數(shù)和通訊速率。主站的CCLINK通訊接口模塊QJ61BT11的站點(diǎn)編號必須設(shè)置為“00”，傳送速率/模式設(shè)置開關(guān)設(shè)置為“0”，即傳送速率為 156 kbps.與從站 1（AJ65SBTB1-8D）CC-LINK通訊模塊的站號設(shè)置為“1”，與從站2（AJ65SBTB1-8T）CC-LINK通訊模塊的站號設(shè)置為“2”，傳送速率/模式設(shè)置開關(guān)均設(shè)置為“0”，即傳送速率為156 kbps.

主站網(wǎng)絡(luò)參數(shù)：模塊數(shù)設(shè)置為1；起始I/O地址為0010；運(yùn)行設(shè)置為默認(rèn)值；類型為主站；模式設(shè)置為遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)（ver.1模式）；總連接個(gè)數(shù)為2.

2.3 程序編寫

（1）位信息的讀/寫對應(yīng)關(guān)系。在本項(xiàng)目中，主站、遠(yuǎn)程I/O站之間的位信息讀/寫對應(yīng)關(guān)系如圖2所示。

圖2 位信息的讀/寫對應(yīng)關(guān)系

（2）控制功能實(shí)現(xiàn)。根據(jù)控制方案預(yù)設(shè)功能要求，以101室照明功能程序展開解釋，程序語句如下圖3所示，其中，主站信號取自1#遠(yuǎn)程I/O站101室照明開關(guān)的狀態(tài)，主站Y1020則控制2#遠(yuǎn)程I/O站101室照明燈的啟閉。

圖3101 室控制程序

3 實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目的應(yīng)用及取得的教學(xué)效果

3.1 教學(xué)實(shí)施

根據(jù)現(xiàn)場總線技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合智能配電箱實(shí)踐項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思路、呈現(xiàn)效果，經(jīng)教研組討論擬出八個(gè)圍繞智能配電箱實(shí)踐項(xiàng)目展開的教學(xué)子項(xiàng)目，分別是項(xiàng)目一：Q系列PLC模塊安裝與接線，項(xiàng)目二：Q系列PLC編程與調(diào)試，項(xiàng)目三：Q系列PLC故障分析與排除，項(xiàng)目四：1主（QJ61BT11N）1遠(yuǎn)程（AJ65SBTB1-8D）項(xiàng)目組態(tài)與編程控制，項(xiàng)目五：1主（QJ61BT11N）1遠(yuǎn)程（AJ65SBTB1-8T）項(xiàng)目組態(tài)與編程控制，項(xiàng)目六：1主（QJ61BT11N）2遠(yuǎn)程（AJ65SBTB1-8D、AJ65SBTB1-8T）項(xiàng)目組態(tài)與編程控制，項(xiàng)目七：人機(jī)界面控制下的CC-Link項(xiàng)目組態(tài)與編程控制，項(xiàng)目八：CC-Link軟硬件配置故障與排除。另外，后期通過增設(shè)CC-Link遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)模塊和CC-Link遠(yuǎn)程模擬量模塊可以在現(xiàn)有八個(gè)子項(xiàng)目基礎(chǔ)上預(yù)設(shè)更多的與工業(yè)自動(dòng)化相銜接的實(shí)踐子項(xiàng)目，也可以通過增設(shè)FX2N-16CCL和FX2N-32CCL模塊與原本僅具有RS485通訊的PLC實(shí)訓(xùn)室組成多功能的智能PLC教學(xué)平臺(tái)。當(dāng)然，因CC-Link的底層通訊協(xié)議遵循RS485，因此建議在有條件的情況進(jìn)行現(xiàn)場總線技術(shù)課程前應(yīng)先完成RS485通訊的配置與調(diào)試。下表以項(xiàng)目六展開具體教學(xué)過程。見表1.

表1 項(xiàng)目六展開具體教學(xué)過程表

3.2 教學(xué)效果

智能配電箱實(shí)踐項(xiàng)目含CC-Link基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)功能、實(shí)訓(xùn)室用電管理及教學(xué)現(xiàn)場實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。學(xué)生可通過該平臺(tái)開展Q系列PLC、觸摸屏和智能照明控制等單一項(xiàng)目或綜合項(xiàng)目的技能訓(xùn)練，借此掌握Q系列PLC的安裝與接線、編程與調(diào)試技巧，CCLink現(xiàn)場總線的組網(wǎng)、運(yùn)行和維護(hù)等方面的技能。同時(shí)，利用CC-Link總線較強(qiáng)的主從站數(shù)據(jù)傳輸功能，在PLC實(shí)訓(xùn)教學(xué)中教師還可以實(shí)時(shí)采集教學(xué)現(xiàn)場的信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生實(shí)訓(xùn)過程中存在的問題，為技工學(xué)校自動(dòng)化類專業(yè)PLC技能教學(xué)的智能化管理提供了技術(shù)保障。

4 結(jié)束語

該智能配電箱創(chuàng)新項(xiàng)目經(jīng)過兩年多的現(xiàn)場應(yīng)用及教學(xué)實(shí)訓(xùn)，為實(shí)訓(xùn)基地相關(guān)實(shí)訓(xùn)室的管理、節(jié)能創(chuàng)造了良好的效益，為技師層次的學(xué)生提供了易于操作的現(xiàn)場總線實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，取得了良好的實(shí)訓(xùn)教學(xué)效果。通過該平臺(tái)的創(chuàng)新探索、實(shí)踐訓(xùn)練，學(xué)生能很好地掌握CC-Link總線技術(shù)核心技能，提高了他們的職業(yè)競爭力。實(shí)踐證明，在技工學(xué)校電氣自動(dòng)化類專業(yè)的現(xiàn)場總線教學(xué)中，通過開展諸如智能配電箱類的，貼近生活的創(chuàng)新項(xiàng)目教學(xué)實(shí)踐還是十分有成效的。