基于CCLink 通信技術的制藥包衣控制系統(tǒng)設計

羅洪霞

（廣州番禺職業(yè)技術學院，廣東 廣州 511483）

隨著經濟的發(fā)展，工業(yè)生產自動化水平越來越高，控制對象的個數(shù)和種類越來越多，系統(tǒng)越來越復雜，現(xiàn)場總線技術為工業(yè)自動化線場提供了很好的解決方案[1]?，F(xiàn)場總線技術在滿足自動化系統(tǒng)穩(wěn)定性和控制功能要求的同時，還可以進行大量的數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)了自動化系統(tǒng)的數(shù)字化和網絡化[2-3]。制藥行業(yè)也隨著科學技術的發(fā)展越來越數(shù)字化、智能化。將現(xiàn)場總線技術應用于制藥包衣控制系統(tǒng)，將所有的控制功能分布在現(xiàn)場的各個控制器，通過CCLink 網絡通信的方式完成系統(tǒng)的控制以及現(xiàn)場設備的監(jiān)控。

1 CCLink 現(xiàn)場總線技術

CCLink 現(xiàn)場總線技術是控制與現(xiàn)場總線系統(tǒng)，英文全稱為Control and Communication Link，是日本三菱公司主推的開放性現(xiàn)場總線。CCLink 現(xiàn)場總線技術使具備高級信息的處理單元與數(shù)據(jù)傳送之間的簡易連接成為現(xiàn)實，它不但能提供更完善的現(xiàn)場信息，而且能夠降低電纜的成本。CCLink 現(xiàn)場總線系統(tǒng)（簡稱CCLink 系統(tǒng)）允許3 種輸入/輸出形式的連接：遠程I/O、遠程元件和智能化遠程站。

1.1 CCLink 系統(tǒng)的特點

（1） CCLink 系統(tǒng)具有最高通信速度可達10 Mbit/s，能夠進行高速、大容量數(shù)據(jù)傳輸位信息、字信息等，被越來越多的用于高性能工廠自動化現(xiàn)場網絡[4]。CCLink 現(xiàn)場總線傳送距離可擴展，與常用其它三種現(xiàn)場總線Profibus DP、DeviceNet 和Modus Plus 在通信距離、速度、最大數(shù)據(jù)長度、鏈接點數(shù)和實時掃描等方面有明顯的優(yōu)勢。

（2） CCLink 系統(tǒng)還有自動更新參數(shù)的功能，即指定的可編程序控制器內部元件區(qū)域的數(shù)據(jù)會被自動地傳送到所有遠程I/O 和當?shù)豍LC 中，且遠程I/O 和當?shù)豍LC 的數(shù)據(jù)都會被收入指定PLC 內部文件中去，每次掃描時被執(zhí)行。CCLink 現(xiàn)場總線還支持遠程編程，可以在CCLink 網絡區(qū)域中的任意位置進行編程。

（3） CCLink 系統(tǒng)還具有可靠性、診斷性。CCLink現(xiàn)場總線系統(tǒng)可設置備用主站，當主站發(fā)生異常時，可由備用主站代替原主站維持主站的功能，保障數(shù)據(jù)鏈接正常進行。在數(shù)據(jù)鏈接過程種某一子站異常可將該子站（從站）從系統(tǒng)中隔離出去，維持其它站的正常通信，待異常子站恢復正常后，可以自動回到系統(tǒng)中。另外，還可借助系統(tǒng)的特殊輔助繼電器和特殊寄存器快速完成CCLink 現(xiàn)場總線系統(tǒng)通信狀態(tài)測試和建立數(shù)據(jù)鏈接。

1.2 CCLink 系統(tǒng)的組成

CCLink 系統(tǒng)可由主站、本地站、遠程站和智能設備站組成。主站，一個系統(tǒng)必須有一個主站，對整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈接進行管理和控制，帶有網絡控制信息。除主站以外，其它站可統(tǒng)稱為從站。本地站，模塊與主站相同，可以作為主站的備用站，但站號不同于主站，帶有CPU，能夠與主站和其它本地站進行通信。遠程站，包括遠程I/O 站和遠程設備站，是實際進行輸入和輸出的站，相當于輸入/輸出模塊和特殊功能模塊。智能設備站，可以進行循環(huán)傳送、瞬時送達的站，本地站也相當于智能設備站。

1.3 模塊數(shù)、站號和占有站數(shù)

模塊數(shù)，是指CCLink 系統(tǒng)中除主站之外，網絡中實際物理鏈接的模塊個數(shù)。

站號，是為了方便數(shù)據(jù)鏈接時對各站進行管理和進行數(shù)據(jù)交換，需要對各站進行標記識別，必須對CCLink 系統(tǒng)所有站進行的編號設置。主站的站號為0，從站的站號為1～64，同一系統(tǒng)各站的站號不能重復，否則會出現(xiàn)鏈接異常；另外，如站號設置為0～64之外的值時，模塊也會報出錯、“ERR”燈會亮，需要重新設置站號。占有站數(shù)，也簡稱站數(shù)，只有從站需要設置占有站數(shù)，占有站數(shù)與從站處理的最大信息量有關。占用站數(shù)為1 時，該從站遠程輸入/輸出RX/RY為32bit、RWw/RWr 為4word，最大可占用站數(shù)為4，此時 遠 程 輸 入/ 輸 出RX/RY 為128bit、RWw/RWr 為16word，占用站數(shù)超出1～4 時模塊報出錯，需要重新設置占用站數(shù)。站號的設置與占有站數(shù)有關。比如圖1 所示模塊數(shù)為3 的CCLink 系統(tǒng)，各站站號和占有站數(shù)設置為：主站的站號為0（固定不變），主站無需占用站數(shù)設置；模塊1 站號設置為1，假如占用站數(shù)設置為3；則模塊2 站號設置為4，假如占用站數(shù)設置為1；則模塊3 站號設置為5?？梢娔K站號的設置與前一站的站號和占用站數(shù)有關，可以總結為：本模塊的站號=本模塊前一站的站號+本模塊前一站的占用站數(shù)。

圖1 模塊數(shù)為3 的CCLink 系統(tǒng)

2 制藥包衣控制系統(tǒng)

制藥包衣系統(tǒng)控制要求為：按下啟動按鈕，傳送帶開始運行，同時，排風機也開始運行，當檢測到藥片開始進入后，攪拌電機開始攪拌，蠕動泵電機開始蠕動，噴霧電機來回噴霧，每當完成一瓶藥片包衣后，藥瓶自動落到傳送帶上，生產瓶數(shù)加一。當環(huán)境溫度大于30 ℃時，鼓風機開始運行，鼓風機運行的速度由變頻器控制，當溫度在30 ℃～60 ℃范圍變化時，速度變化范圍為0～50 Hz。

2.1 系統(tǒng)總體設計框圖

制藥包衣系統(tǒng)共有6 臺電機，包括：傳送帶電機、排風電機、攪拌電機、鼓風機、噴霧電機、蠕動泵。系統(tǒng)運行時，在觸摸屏上控制啟停，以及對系統(tǒng)相關運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控?？紤]到系統(tǒng)的控制對象較多，且傳送帶電機、排風電機、攪拌電機、鼓風機為異步電機；噴霧電機和蠕動泵電機分別為伺服電機和步進電機。系統(tǒng)需要通信，所以采用3 臺三菱PLC，各PLC 分別拓展cclink 模塊，借助CClink 現(xiàn)場總線控制技術搭建系統(tǒng)。系統(tǒng)組成框圖見圖2。其中Q00UPLC為系統(tǒng)的主站，與觸摸屏連接；兩個從站FX3U-32MT、FX3U-32MR 與主站通過通信線建立CClink 連接；FX3U-32MT 控制鼓風機、噴霧電機和蠕動泵，F(xiàn)X3U-32MR 控制攪拌電機、排風機和傳送帶電機。

圖2 制藥包衣系統(tǒng)組成框圖

2.2 系統(tǒng)CCLink 通信配置

系統(tǒng)CCLink 通信配置非常關鍵，只有配置正確才能夠保證系統(tǒng)正常通信，否則無法進行下一步的設計及調試工作。

2.2.1 硬件組態(tài)

制藥包衣系統(tǒng)CClink 模塊共3 個，其中：主站的CClink 模塊是QJ61BT11N，兩個從站的CClink 模塊一樣都是：FX2N-32CCL，將3 個模塊用通信電纜連接，兩邊的站分別接終端電阻110Ω。系統(tǒng)主站用Q系列PLC，基板為Q35B、電源模塊型號Q61P、輸入模塊QX40、輸出模塊QY10，通信模塊QJ61BT11N。各站CClink 模塊面板硬件組態(tài)配置見表1。硬件接線及站信息配置時需關閉系統(tǒng)電源，配置設置檢查無錯后再開啟電源。

表1 CClink 模塊面板配置

2.2.2 軟件組態(tài)

要實現(xiàn)各站通信，在完成硬件組態(tài)后，還需給各PLC 做軟件組態(tài)配置。

主站Q00UCPU 打開編程軟件GX Works2，①新建工程。②組態(tài)PLC 參數(shù)，單擊“工程”-“參數(shù)”-“PLC參數(shù)”，打開“Q 參數(shù)設置窗口”，單擊“PLC 數(shù)據(jù)讀取”，這時可讀取基板上“I/O 分配信息”，再補充“起始XY”的地址，設置“輸入”模塊行地址為0010、“輸出”模塊行地址為0020、“智能”模塊行地址為00A0，該地址即為CClink 通信模塊QJ61BT11N 的地址；單擊“檢查”按鈕確認無誤后，再單擊“設置結束”。③組態(tài)CClink參數(shù)，單擊“工程”-“參數(shù)”-“網絡參數(shù)”-“CClink”，打開CClink 網絡組態(tài)設置窗口，見圖3，設置“模塊塊數(shù)”為1，即本站（主站）中CClink 模塊的個數(shù)；“起始I/O 號”設置為00A0，即上一步組態(tài)PLC 參數(shù)時設置的QJ61BT11N 的地址；“模式設置”選擇“遠程網絡（Ver.1 模式）”，因為模塊QJ61BT11N 只能用此模式；“總連接臺數(shù)”為2，即除了本主站之外，其余各站CClink 模塊總個數(shù)。通信的軟元件地址分別為：X1000、Y1000、D200、D100；④組態(tài)“站信息設置”，見圖4，因為之前設置了“總連接臺數(shù)”為2，所以這里有兩行信息需要設置，分別對應2 個CClink，設置“站類型”都選擇“智能設備站”，“占用站數(shù)”都選擇“占用4站”，再單擊“檢查”按鈕，設置無誤后，最后單擊“設置結束”完成站信息設置。⑤所述參數(shù)設置完畢，其余參數(shù)設置默認，單擊CClink 網絡組態(tài)設置窗口的“檢查”，確認無誤后再單擊“設置結束”。⑥保存工程，單擊“下載”，勾選PLC 參數(shù)和網絡參數(shù)，完成。兩個從站只設置CClink 通信參數(shù)，不需要組態(tài)PLC 參數(shù)。通信參數(shù)的設置類似主站，設置通信參數(shù)后并分保存、下載至各站。

圖3 組態(tài)CClink 參數(shù)

圖4 組態(tài)“站信息設置”

2.2.3 重啟系統(tǒng)

當完成了上述的硬件組態(tài)和軟件組態(tài)之后，將三臺PLC 的電源全部關閉、再重啟，CClink 通信設置才能生效。重啟后的系統(tǒng)，依次觀察三個站的CClink 通信指示燈，如果通信正常，則主站QJ61BT11N 的“RUN”、“LRUN”和“MST”燈亮，兩個從站CClink 模塊的3 個通信指示燈“LRUN”、“RD”、“SD”亮。如果通信指示燈亮的有誤，如“LERR”、“ERR”等指示燈亮需要重新檢查、排除存在的問題，再對系統(tǒng)上電觀察，直到正確亮通信指示燈，則系統(tǒng)通信已正確配置。

2.3 CClink 通信相關指令

這里，主站與從站之簡的通信采用循環(huán)傳送的方式，主站與從站進行交換的信號用遠程輸入RX 和遠程輸出RY 進行通信[5]。數(shù)字數(shù)據(jù)用遠程寄存器RWw、RWr 進行通信。主站可以直接讀取遠程輸入信號和控制遠程輸出信號。從站則必須用FROM和TO 指令對遠程輸入和遠程輸出緩沖區(qū)進行通信。（1） FROM指令FROM指令實現(xiàn)BFM讀取功能，將特殊模塊緩沖區(qū)BFM的內容讀到PLC。（2） TO 指令TO 指令實現(xiàn)BFM寫入功能，將PLC 的內容寫入到特殊模塊緩沖區(qū)BFM。

2.4 系統(tǒng)通信地址分配

系統(tǒng)緩沖區(qū)通信交換區(qū)間分配見表2。

表2 系統(tǒng)緩沖區(qū)通信交換區(qū)間分配

3 結論

制藥包衣控制系統(tǒng)中用到了較多的電氣元件，包括溫度、壓力、位置等傳感器，還有開關、按鈕輸入等，同時還有種類多樣的被控對象，有異步電動機、步進電機、伺服電機以及指示燈等。系統(tǒng)控制過程復雜，且要求各站之間進行數(shù)據(jù)傳輸，所以采用基于CClink 通信的三臺PLC 構成的控制系統(tǒng)，將控制對象分配到不同的從站中進行控制，通過CClink 實現(xiàn)站與站之間的通信，所有的指令從觸摸屏端送到主站，以主站為通信中心，各站協(xié)調動作。實驗結果表明，這種基于CClink 通信方法相對比較簡便，通信及及時、數(shù)據(jù)量大、抗干擾能力強、成本低，實現(xiàn)設備之間的互聯(lián)互通。這種基于CClink 通信的控制系統(tǒng)也為解決自動化現(xiàn)場的類似問題提供參考。