基于三菱MELSEC-A2SH PLC器件實(shí)現(xiàn)配料一體化生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

一 概述

全自動(dòng)配料控制系統(tǒng)在各行業(yè)的應(yīng)用已屢見(jiàn)不鮮，如：冶金，有色金屬，化工，建材，食品等行業(yè)。它是成品生產(chǎn)的首要環(huán)節(jié)，特別是有連續(xù)供料要求的行業(yè)，其配比的過(guò)程控制直接影響了成品的質(zhì)量，它是企業(yè)取得最佳經(jīng)濟(jì)效益的先決條件。雖然行業(yè)各自不同的工藝特點(diǎn)對(duì)配料控制要求也不同，但其高可靠性，先進(jìn)性，開(kāi)方性，免維護(hù)性，可擴(kuò)展性是工廠自動(dòng)化FA所追求的一致目標(biāo)。

二 系統(tǒng)功能

基于以上目標(biāo)，我們?yōu)槟称髽I(yè)設(shè)計(jì)、制造了一套全自動(dòng)的多品種混合配料稱重的三電一體化生產(chǎn)線。其中動(dòng)態(tài)計(jì)量秤，通過(guò)CC-Link現(xiàn)場(chǎng)總線，會(huì)同PLC，HMI/IPC無(wú)縫地組成三位一體的計(jì)量配料系統(tǒng)，其中工控機(jī)經(jīng)HUB及以太網(wǎng)TCP/IP連入工廠ERP/MIS。整個(gè)配料過(guò)程嚴(yán)格按照所選擇的配方比和流程進(jìn)行，并有多級(jí)報(bào)警記錄，完成不同原料混勻給料及物流控制，實(shí)現(xiàn)了管控一體化，優(yōu)了過(guò)程控制的性能和效率。

三 CC-Link概況

CC-Link是三菱電機(jī)以高性能、低成本、多廠商支持為目標(biāo)于1996年推出的第二代開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線，是control & communication Link（控制與通信鏈路）的簡(jiǎn)稱，2000年11月，CC-Link協(xié)會(huì)成立，專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)CC-Link在全球的普及和發(fā)展。

開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線CC-Link具有性能卓越、應(yīng)用廣泛、使用簡(jiǎn)單、節(jié)省成本等突出的優(yōu)勢(shì)。CC-Link采用雙絞線為連接介質(zhì)的主從結(jié)構(gòu)，最多支持64個(gè)從站，采用廣播論詢方式，最高可達(dá)到10Mbps速度。PLC或計(jì)算機(jī)作為CC-Link主站，配以AJ65SBT-RPT中繼器最遠(yuǎn)距離可達(dá)13.2公里。網(wǎng)絡(luò)總線最大的循環(huán)數(shù)據(jù)容量為2048個(gè)點(diǎn)，512個(gè)字；最大瞬時(shí)傳送數(shù)據(jù)量為960字節(jié)。CC-Link具有預(yù)約站功能、自動(dòng)刷新功能、即插即用功能和主站熱備、子站脫離、站上線回復(fù)、監(jiān)控測(cè)試等完備的RAS機(jī)能。CC-Link在使用上，硬件開(kāi)關(guān)設(shè)置、接線（3芯屏蔽線）和系統(tǒng)組態(tài)（參數(shù)設(shè)定即可）都非常方便和簡(jiǎn)單。

目前CC-Link支持多達(dá)360種設(shè)備，如：遠(yuǎn)程I/O、傳感器、稱重控制器、調(diào)節(jié)器、電磁閥、變頻器、觸摸屏等等。并得到220多家廠商支持，如：松下電工、大和衡器、橫河、西門(mén)子、SMC、DIGITAL、NEC等等。CC-Link也是目前唯一能與歐美現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)抗衡的亞洲產(chǎn)品。

四 系統(tǒng)配置

本系統(tǒng)下位機(jī)采用了三菱電機(jī)的MELSEC-A2SH PLC為主控，并配以三菱GOT觸摸屏為下位人機(jī)介面（HMI），計(jì)量控制由12臺(tái)上海大和衡器公司的CFW定量給料機(jī)（Constant Feed Weigher）組成。它們之間通過(guò)CC-Link現(xiàn)場(chǎng)總線聯(lián)接，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與控制，來(lái)確保系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時(shí)性。上位機(jī)部分選擇研華IPC610工控機(jī)作為監(jiān)控站，配以MS Windows NT 4.0 for workstation操作系統(tǒng)和悉雅特監(jiān)控軟件Citect Version 5.30為運(yùn)行環(huán)境，系統(tǒng)軟件具有豐富的流程操作、監(jiān)控、通訊、報(bào)警、管理、趨勢(shì)、記錄和人機(jī)對(duì)話等功能，并具有較強(qiáng)的診斷能力。系統(tǒng)的硬件和軟件是控制系統(tǒng)的有機(jī)體，以上配置確保了系統(tǒng)完整性、一致性、兼容性和成套性，適應(yīng)在工業(yè)環(huán)境下能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，并具有電、磁、震抗干擾的能力，滿足了安全性的要求。本配料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)配置如圖1所示

1，下位機(jī)結(jié)構(gòu)及組成

在本工程中所采用的12臺(tái)CFW主要是來(lái)完成原料流量控制，其中的CFC-200儀表，它集調(diào)節(jié)與演算為一體的多功能計(jì)量控制器，它是日本大和制衡出眾的計(jì)量?jī)x表設(shè)計(jì)技術(shù)的體現(xiàn)，具備足夠的抗干擾性能、多樣化接口、自診斷功能、自整定PI調(diào)節(jié)功能等特長(zhǎng)，并配以三菱A540電流矢量型變頻器和SEW高性能電機(jī)，組成一個(gè)完整的機(jī)電一體化產(chǎn)品，確保了計(jì)量和控制的準(zhǔn)確性（±3‰精度），保證了12臺(tái)CFW相互間瞬時(shí)流量比例的恒定。

下位機(jī)選用CC-Link現(xiàn)場(chǎng)總線控制方式，用三菱MELSEC-A PLC共二臺(tái)組成CC-Link雙機(jī)冗余結(jié)構(gòu)，它具有先進(jìn)、高速、可靠、大容量的特點(diǎn)，其中PLC1為主控，PLC2為后備冗余，當(dāng)通信發(fā)生故障時(shí)，便可實(shí)行主備PLC間的無(wú)擾切換。由于12臺(tái)CFW分布較分散，故選擇CC-Link總線將大和衡器稱重控制器與PLC直接相連。下位人機(jī)介面（HMI）為三菱電機(jī)液晶觸摸屏GOT，以確保工藝數(shù)據(jù)正確和及時(shí)的在上位PC監(jiān)控站和觸摸屏上得到雙重響應(yīng)和顯示，即使上位發(fā)生故障或失效，也不影響整個(gè)流程控制。觸摸屏的監(jiān)控畫(huà)面雖沒(méi)上位HMI豐富，但也基本覆蓋整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控和操作。

上海大和的定量給料機(jī)（CFW）是作為遠(yuǎn)程設(shè)備從站形式連接CC-Link現(xiàn)場(chǎng)總線的。

PLC控制軟件采用符號(hào)化的梯形圖編寫(xiě)，并充分考慮系統(tǒng)資源，減少循環(huán)掃描時(shí)間，提高實(shí)時(shí)控制性。PLC1為CC-Link主站，由主站模塊控制從站的運(yùn)行和數(shù)據(jù)刷新，因A2SH PLC支持CC-Link指令，使網(wǎng)絡(luò)組態(tài)和數(shù)據(jù)處理時(shí)，更顯容易，在運(yùn)行程序中，主從站之間的數(shù)據(jù)交換是自動(dòng)鏈接更新的，主CPU只需通過(guò)RDGET和RDPUT語(yǔ)句即可與從站交換設(shè)備信息，CC-Link指令可代替FROM/TO指令以處理數(shù)據(jù)的存取，而不需關(guān)心緩沖內(nèi)存的地址。

上下位機(jī)的通信選用Modbus通訊協(xié)議（RS485方式），網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是主從結(jié)構(gòu)，通信介質(zhì)為雙絞線，它是Modicon公司早期所引用開(kāi)發(fā)，在工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，是事實(shí)上的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。它支持21種功能代碼，并可與工廠中其它眾多廠商的不同產(chǎn)品通訊。本系統(tǒng)中采用的Modbus協(xié)議是以RTU格式封裝，可以較高的波特率傳送信息。

2，監(jiān)控系統(tǒng)詳述

監(jiān)控系統(tǒng)是以Citect V5.30 32位工控軟件為開(kāi)發(fā)和運(yùn)行平臺(tái)，Citect是基與Windows NT平臺(tái)用于分布式控制系統(tǒng)的SCADA軟件，它向用戶提供了極大的應(yīng)用靈活性和系統(tǒng)開(kāi)方性，在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，是當(dāng)今優(yōu)秀的自動(dòng)化軟件之一。

Citect內(nèi)置一個(gè)Cicode的實(shí)時(shí)多任務(wù)SCADA程序語(yǔ)言，利用它所提供的豐富函數(shù)庫(kù)，可靈活地開(kāi)發(fā)出復(fù)雜的應(yīng)用程序，這是它優(yōu)于其它SCADA軟件的特點(diǎn)之一。監(jiān)控系統(tǒng)采用樹(shù)型結(jié)構(gòu)，具有多種畫(huà)面調(diào)用手段，以方便操作使用。系統(tǒng)畫(huà)面分菜單主頁(yè)，配料總貌監(jiān)控、設(shè)備監(jiān)控、配方管理、趨勢(shì)組記錄、報(bào)警組記錄、報(bào)表、操作日志、調(diào)試維護(hù)、幫助等畫(huà)面。為保證系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，監(jiān)控系統(tǒng)提供操作員、管理員和工程師三種權(quán)限，以保證系統(tǒng)的安全機(jī)制。在本配料監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)中，結(jié)合了實(shí)際工藝狀況和充分利用Citect的特長(zhǎng)，主要完成了配方設(shè)置、流程選擇和切換、流程聯(lián)鎖、流程起動(dòng)、順序停止、故障停止、流程報(bào)警、流量和定量控制、累計(jì)統(tǒng)計(jì)等功能。

Citect采取了C/S結(jié)構(gòu)方式，以輸入/輸出服務(wù)器（I/O server）形式經(jīng)以太網(wǎng)鏈路（TCP/IP協(xié)議）連入工廠ERP/MIS，Citect提供了DDE/NetDDE，OPC，ODBC/SQL，COM/DCOM，CTAPI等通用方法實(shí)現(xiàn)基于Windows應(yīng)用程序和I/O之間的數(shù)據(jù)交換。本配料系統(tǒng)中的歷史數(shù)據(jù)以O(shè)DBC/SQL方式訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器Microsoft SQL Server 7.0。而實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的交換，考慮到DDE、OPC方式的不穩(wěn)定性及局限性，因此選用Citect所提供的CTAPI接口，它適合多種數(shù)據(jù)交換，使用更為靈活，它避免了各應(yīng)用程序的代碼冗余，提高了內(nèi)存的利用率，它以DLL函數(shù)提供外部的應(yīng)用程序（VB，VC++等）接口，使用戶應(yīng)用程序可直接對(duì)Citect的Tag變量進(jìn)行操作，并支持通過(guò)TCP/IP的遠(yuǎn)程操作。VB調(diào)用DLL函數(shù)，按先聲明后調(diào)用的原則，DLL函數(shù)使用類(lèi)似于VB自己的函數(shù)應(yīng)用，非常簡(jiǎn)單?？墒褂脩敉ㄟ^(guò)內(nèi)部企業(yè)網(wǎng)上任何一臺(tái)工作站來(lái)監(jiān)控實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和查詢歷史數(shù)據(jù)。

五 結(jié)論

綜上所述，基于開(kāi)方式現(xiàn)場(chǎng)總線CC-link的定量給料機(jī)CFW配以PLC+PC及工控軟件所組成的控制系統(tǒng)，具有先進(jìn)性、開(kāi)方性、實(shí)施周期短、成本（包括投資、維護(hù)、升級(jí)等成本）低等特點(diǎn)，它可將來(lái)自不同公司的不同類(lèi)型產(chǎn)品無(wú)縫地組合成一體，并以一體化的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)技術(shù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了安全、透明、經(jīng)濟(jì)的需要。其中的現(xiàn)場(chǎng)總線和工控軟件是今后幾年自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)展的主流和熱點(diǎn)，相信在各行業(yè)的使用將越來(lái)越多。

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