基于CCLink,通信技术的制药包衣控制系统设计
时间：2022-12-06 19:35:04 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
罗洪霞
（广州番禺职业技术学院，广东 广州 511483）
随着经济的发展，工业生产自动化水平越来越高，控制对象的个数和种类越来越多，系统越来越复杂，现场总线技术为工业自动化线场提供了很好的解决方案[1]。现场总线技术在满足自动化系统稳定性和控制功能要求的同时，还可以进行大量的数据传输，实现了自动化系统的数字化和网络化[2-3]。制药行业也随着科学技术的发展越来越数字化、智能化。将现场总线技术应用于制药包衣控制系统，将所有的控制功能分布在现场的各个控制器，通过CCLink 网络通信的方式完成系统的控制以及现场设备的监控。
CCLink 现场总线技术是控制与现场总线系统，英文全称为Control and Communication Link，是日本三菱公司主推的开放性现场总线。CCLink 现场总线技术使具备高级信息的处理单元与数据传送之间的简易连接成为现实，它不但能提供更完善的现场信息，而且能够降低电缆的成本。CCLink 现场总线系统（简称CCLink 系统）允许3 种输入/输出形式的连接：远程I/O、远程元件和智能化远程站。
1.1 CCLink 系统的特点
（1） CCLink 系统具有最高通信速度可达10 Mbit/s，能够进行高速、大容量数据传输位信息、字信息等，被越来越多的用于高性能工厂自动化现场网络[4]。CCLink 现场总线传送距离可扩展，与常用其它三种现场总线Profibus DP、DeviceNet 和Modus Plus 在通信距离、速度、最大数据长度、链接点数和实时扫描等方面有明显的优势。
（2） CCLink 系统还有自动更新参数的功能，即指定的可编程序控制器内部元件区域的数据会被自动地传送到所有远程I/O 和当地PLC 中，且远程I/O 和当地PLC 的数据都会被收入指定PLC 内部文件中去，每次扫描时被执行。CCLink 现场总线还支持远程编程，可以在CCLink 网络区域中的任意位置进行编程。
（3） CCLink 系统还具有可靠性、诊断性。CCLink现场总线系统可设置备用主站，当主站发生异常时，可由备用主站代替原主站维持主站的功能，保障数据链接正常进行。在数据链接过程种某一子站异常可将该子站（从站）从系统中隔离出去，维持其它站的正常通信，待异常子站恢复正常后，可以自动回到系统中。另外，还可借助系统的特殊辅助继电器和特殊寄存器快速完成CCLink 现场总线系统通信状态测试和建立数据链接。
1.2 CCLink 系统的组成
CCLink 系统可由主站、本地站、远程站和智能设备站组成。主站，一个系统必须有一个主站，对整个系统的数据链接进行管理和控制，带有网络控制信息。除主站以外，其它站可统称为从站。本地站，模块与主站相同，可以作为主站的备用站，但站号不同于主站，带有CPU，能够与主站和其它本地站进行通信。远程站，包括远程I/O 站和远程设备站，是实际进行输入和输出的站，相当于输入/输出模块和特殊功能模块。智能设备站，可以进行循环传送、瞬时送达的站，本地站也相当于智能设备站。
1.3 模块数、站号和占有站数
模块数，是指CCLink 系统中除主站之外，网络中实际物理链接的模块个数。
站号，是为了方便数据链接时对各站进行管理和进行数据交换，需要对各站进行标记识别，必须对CCLink 系统所有站进行的编号设置。主站的站号为0，从站的站号为1～64，同一系统各站的站号不能重复，否则会出现链接异常；
另外，如站号设置为0～64之外的值时，模块也会报出错、“ERR”灯会亮，需要重新设置站号。占有站数，也简称站数，只有从站需要设置占有站数，占有站数与从站处理的最大信息量有关。占用站数为1 时，该从站远程输入/输出RX/RY为32bit、RWw/RWr 为4word，最大可占用站数为4，此时 远 程 输 入/ 输 出RX/RY 为128bit、RWw/RWr 为16word，占用站数超出1～4 时模块报出错，需要重新设置占用站数。站号的设置与占有站数有关。比如图1 所示模块数为3 的CCLink 系统，各站站号和占有站数设置为：主站的站号为0（固定不变），主站无需占用站数设置；
模块1 站号设置为1，假如占用站数设置为3；
则模块2 站号设置为4，假如占用站数设置为1；
则模块3 站号设置为5。可见模块站号的设置与前一站的站号和占用站数有关，可以总结为：本模块的站号=本模块前一站的站号+本模块前一站的占用站数。
图1 模块数为3 的CCLink 系统
制药包衣系统控制要求为：按下启动按钮，传送带开始运行，同时，排风机也开始运行，当检测到药片开始进入后，搅拌电机开始搅拌，蠕动泵电机开始蠕动，喷雾电机来回喷雾，每当完成一瓶药片包衣后，药瓶自动落到传送带上，生产瓶数加一。当环境温度大于30 ℃时，鼓风机开始运行，鼓风机运行的速度由变频器控制，当温度在30 ℃～60 ℃范围变化时，速度变化范围为0～50 Hz。
2.1 系统总体设计框图
制药包衣系统共有6 台电机，包括：传送带电机、排风电机、搅拌电机、鼓风机、喷雾电机、蠕动泵。系统运行时，在触摸屏上控制启停，以及对系统相关运行状态和数据的实时监控。考虑到系统的控制对象较多，且传送带电机、排风电机、搅拌电机、鼓风机为异步电机；
喷雾电机和蠕动泵电机分别为伺服电机和步进电机。系统需要通信，所以采用3 台三菱PLC，各PLC 分别拓展cclink 模块，借助CClink 现场总线控制技术搭建系统。系统组成框图见图2。其中Q00UPLC为系统的主站，与触摸屏连接；
两个从站FX3U-32MT、FX3U-32MR 与主站通过通信线建立CClink 连接；
FX3U-32MT 控制鼓风机、喷雾电机和蠕动泵，FX3U-32MR 控制搅拌电机、排风机和传送带电机。
图2 制药包衣系统组成框图
2.2 系统CCLink 通信配置
系统CCLink 通信配置非常关键，只有配置正确才能够保证系统正常通信，否则无法进行下一步的设计及调试工作。
2.2.1 硬件组态
制药包衣系统CClink 模块共3 个，其中：主站的CClink 模块是QJ61BT11N，两个从站的CClink 模块一样都是：FX2N-32CCL，将3 个模块用通信电缆连接，两边的站分别接终端电阻110Ω。系统主站用Q系列PLC，基板为Q35B、电源模块型号Q61P、输入模块QX40、输出模块QY10，通信模块QJ61BT11N。各站CClink 模块面板硬件组态配置见表1。硬件接线及站信息配置时需关闭系统电源，配置设置检查无错后再开启电源。
表1 CClink 模块面板配置
2.2.2 软件组态
要实现各站通信，在完成硬件组态后，还需给各PLC 做软件组态配置。
主站Q00UCPU 打开编程软件GX Works2，①新建工程。②组态PLC 参数，单击“工程”-“参数”-“PLC参数”，打开“Q 参数设置窗口”，单击“PLC 数据读取”，这时可读取基板上“I/O 分配信息”，再补充“起始XY”的地址，设置“输入”模块行地址为0010、“输出”模块行地址为0020、“智能”模块行地址为00A0，该地址即为CClink 通信模块QJ61BT11N 的地址；
单击“检查”按钮确认无误后，再单击“设置结束”。③组态CClink参数，单击“工程”-“参数”-“网络参数”-“CClink”，打开CClink 网络组态设置窗口，见图3，设置“模块块数”为1，即本站（主站）中CClink 模块的个数；
“起始I/O 号”设置为00A0，即上一步组态PLC 参数时设置的QJ61BT11N 的地址；
“模式设置”选择“远程网络（Ver.1 模式）”，因为模块QJ61BT11N 只能用此模式；
“总连接台数”为2，即除了本主站之外，其余各站CClink 模块总个数。通信的软元件地址分别为：X1000、Y1000、D200、D100；
④组态“站信息设置”，见图4，因为之前设置了“总连接台数”为2，所以这里有两行信息需要设置，分别对应2 个CClink，设置“站类型”都选择“智能设备站”，“占用站数”都选择“占用4站”，再单击“检查”按钮，设置无误后，最后单击“设置结束”完成站信息设置。⑤所述参数设置完毕，其余参数设置默认，单击CClink 网络组态设置窗口的“检查”，确认无误后再单击“设置结束”。⑥保存工程，单击“下载”，勾选PLC 参数和网络参数，完成。两个从站只设置CClink 通信参数，不需要组态PLC 参数。通信参数的设置类似主站，设置通信参数后并分保存、下载至各站。
图3 组态CClink 参数
图4 组态“站信息设置”
2.2.3 重启系统
当完成了上述的硬件组态和软件组态之后，将三台PLC 的电源全部关闭、再重启，CClink 通信设置才能生效。重启后的系统，依次观察三个站的CClink 通信指示灯，如果通信正常，则主站QJ61BT11N 的“RUN”、“LRUN”和“MST”灯亮，两个从站CClink 模块的3 个通信指示灯“LRUN”、“RD”、“SD”亮。如果通信指示灯亮的有误，如“LERR”、“ERR”等指示灯亮需要重新检查、排除存在的问题，再对系统上电观察，直到正确亮通信指示灯，则系统通信已正确配置。
2.3 CClink 通信相关指令
这里，主站与从站之简的通信采用循环传送的方式，主站与从站进行交换的信号用远程输入RX 和远程输出RY 进行通信[5]。数字数据用远程寄存器RWw、RWr 进行通信。主站可以直接读取远程输入信号和控制远程输出信号。从站则必须用FROM和TO 指令对远程输入和远程输出缓冲区进行通信。（1） FROM指令FROM指令实现BFM读取功能，将特殊模块缓冲区BFM的内容读到PLC。（2） TO 指令TO 指令实现BFM写入功能，将PLC 的内容写入到特殊模块缓冲区BFM。
2.4 系统通信地址分配
系统缓冲区通信交换区间分配见表2。
表2 系统缓冲区通信交换区间分配
制药包衣控制系统中用到了较多的电气元件，包括温度、压力、位置等传感器，还有开关、按钮输入等，同时还有种类多样的被控对象，有异步电动机、步进电机、伺服电机以及指示灯等。系统控制过程复杂，且要求各站之间进行数据传输，所以采用基于CClink 通信的三台PLC 构成的控制系统，将控制对象分配到不同的从站中进行控制，通过CClink 实现站与站之间的通信，所有的指令从触摸屏端送到主站，以主站为通信中心，各站协调动作。实验结果表明，这种基于CClink 通信方法相对比较简便，通信及及时、数据量大、抗干扰能力强、成本低，实现设备之间的互联互通。这种基于CClink 通信的控制系统也为解决自动化现场的类似问题提供参考。
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