基于CC-Link網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)民爆中包生產(chǎn)線自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

一、引言

民用炸藥生產(chǎn)是一個(gè)具有危險(xiǎn)性的特殊行業(yè)。為了提高炸藥生產(chǎn)效率，減少生產(chǎn)過程中造成的工人人身傷害，這個(gè)行業(yè)對(duì)自動(dòng)化包裝線的需求比較迫切。

武漢人天包裝技術(shù)公司開發(fā)的DWG型民爆中包生產(chǎn)線正是滿足這種需求的一款產(chǎn)品。生產(chǎn)線針對(duì)炸藥的包裝工藝特點(diǎn)，對(duì)炸藥進(jìn)行自動(dòng)排列、中包包裝、裝箱。

其自動(dòng)控制系統(tǒng)采用CC-Link現(xiàn)場總線、分散控制、變頻定位控制等技術(shù)，保證了生產(chǎn)線穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行?，F(xiàn)場各PLC利用CC-Link總線進(jìn)行通訊，使得整個(gè)生產(chǎn)線配置變的靈活，安裝維護(hù)容易。友好的人機(jī)界面降低了操作難度與事故率，提高了經(jīng)濟(jì)效益。整個(gè)生產(chǎn)線運(yùn)行后，減少了大量操作人員，體現(xiàn)了較好的使用效果與較高的安全性。

此線在全國各地炸藥生產(chǎn)企業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，并被國家民爆總局評(píng)為國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步2等獎(jiǎng)。

二、控制對(duì)象簡介

整個(gè)生產(chǎn)線效果圖如圖所示

民爆中包生產(chǎn)線分為若干相對(duì)獨(dú)立的功能塊：

中包功能塊 此功能塊用于將前段輸送而來的藥條進(jìn)行排列整理，并用塑料膜包裝成真空袋。一條中包生產(chǎn)線可能包含2至3個(gè)中包功能塊

裝箱功能塊 此功能塊接受包裝完成的中包袋，并將其裝入紙箱，并控制輔助設(shè)備自動(dòng)封箱捆扎

輸送功能塊 此功能塊根據(jù)不同廠房配置，完成物料的轉(zhuǎn)移輸送。

三、控制系統(tǒng)硬件配置

1、系統(tǒng)配置

全系統(tǒng)含數(shù)字IO約350點(diǎn)，變頻器6-11臺(tái)，另有獨(dú)立溫度控制回路12-18路。

主控制單元采用FX2NPLC，約100點(diǎn)數(shù)字IO，負(fù)責(zé)控制電機(jī)，并提供人機(jī)界面和上位機(jī)接口。

中包控制單元采用FX1NPLC，約80點(diǎn)數(shù)字IO，負(fù)責(zé)單臺(tái)中包的控制。根據(jù)不同的生產(chǎn)線配備的中包控制單元數(shù)目也有所不同。

裝箱控制單元采用FX2NPLC，約80點(diǎn)數(shù)字IO，負(fù)責(zé)裝箱機(jī)的控制。

非標(biāo)的現(xiàn)場輸送設(shè)備可以采用遠(yuǎn)程IO進(jìn)行控制。

各單元采用CC-Link現(xiàn)場總線進(jìn)行連接，每個(gè)單元使用一個(gè)站。

由于廠房的布置一般在200米以內(nèi)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)采用2.5Mbps的運(yùn)行速度［page］

2、CC-Link網(wǎng)絡(luò)配置

主站設(shè)置為：STATION NO（站號(hào)）：0

MODE（模式）：0

B RATE（通訊速度）：2（2.5M）

中包1設(shè)置為： STATION NO:01 ＊ 站號(hào)為1

OCCUPY STATION:1 ＊占用站數(shù)為1站

B RATE:2 ＊傳送速度為2.5M

中包2設(shè)置為： STATION NO:02 ＊ 站號(hào)為2

OCCUPY STATION:1 ＊占用站數(shù)為1站

B RATE:2 ＊傳送速度為2.5M

中包3設(shè)置為： STATION NO:03 ＊ 站號(hào)為3

OCCUPY STATION:1 ＊占用站數(shù)為1站

B RATE:2 ＊傳送速度為2.5M

裝箱模塊設(shè)置為：STATION NO:04 ＊ 站號(hào)為4

OCCUPY STATION:1 ＊占用站數(shù)為1站

B RATE:2 ＊傳送速度為2.5M

四、軟件配置

全系統(tǒng)采用分散控制、集中管理的思路。

1、主站軟件功能

一臺(tái)FX2NPLC作為網(wǎng)絡(luò)主控站，控制整個(gè)CC-Link網(wǎng)絡(luò)。為了保證整個(gè)生產(chǎn)線的安全性，避免接觸器、變頻器及電機(jī)啟動(dòng)器接觸到包裝材料，主站放置在遠(yuǎn)離爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的控制室內(nèi)，因此主站還需要協(xié)調(diào)生產(chǎn)線數(shù)十臺(tái)電機(jī)運(yùn)行。同時(shí)主控制站搜集各從站的工作數(shù)據(jù)，提供生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)，故障報(bào)警及系統(tǒng)調(diào)試診斷等功能。還可以通過串行口與上位機(jī)連接，提供生產(chǎn)現(xiàn)場各種數(shù)據(jù)。

2、從站軟件功能

由于包裝材料——炸藥具有易爆屬性，需要生產(chǎn)線即使在通訊失效的情況下機(jī)器也能安全停止，因此每個(gè)獨(dú)立的功能單元在現(xiàn)場采用單獨(dú)PLC進(jìn)行信號(hào)采集與邏輯運(yùn)算。同時(shí)此PLC通過軟件檢測網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)，一旦異常，自動(dòng)啟動(dòng)急停程序，即使恢復(fù)鏈接也需要操作員進(jìn)行確認(rèn)后方能重新投入運(yùn)行。

PLC之間通過CC-Link現(xiàn)場總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線協(xié)調(diào)運(yùn)行。如果一個(gè)單元異常，能自動(dòng)退出連鎖運(yùn)行，并單獨(dú)調(diào)試檢修，不影響生產(chǎn)線其它單元。

3、生產(chǎn)線組態(tài)

生產(chǎn)線組態(tài)由一臺(tái)F940GOT完成，通過觸摸屏可以向生產(chǎn)線任何設(shè)備發(fā)送測試指令，并能實(shí)時(shí)監(jiān)測全線的工作狀態(tài)。

4、其它軟件功能及軟件特點(diǎn)

對(duì)于不需要實(shí)時(shí)響應(yīng)的數(shù)據(jù)采用分組傳輸?shù)牟呗裕總€(gè)從站僅需一個(gè)站就可以滿足功能。

配置軟件換點(diǎn)功能：若PLC輸出點(diǎn)發(fā)生損壞，無需配備編程工具就可替換損壞的點(diǎn)。配備現(xiàn)場PLC監(jiān)視功能：由于防爆，防腐需要現(xiàn)場控制柜處于全密封狀態(tài)，通過此功能可監(jiān)視現(xiàn)場任意PLC的IO狀態(tài)。

軟件編制實(shí)現(xiàn)模塊化。對(duì)于不同的工程——由于要控制輸送線——只有主站程序略有變化，其他現(xiàn)場控制單元程序無需改變。

五、應(yīng)用狀況

目前正在在調(diào)試及已經(jīng)驗(yàn)收交付使用的生產(chǎn)線有幾十條，遍及全國各地。CC-Link現(xiàn)場總線在各地的反應(yīng)均很良好，安調(diào)人員也反應(yīng)現(xiàn)場工作量大幅度下降，全系統(tǒng)連接時(shí)間從原來2天降低到不足半天。各現(xiàn)場無論外部環(huán)境如何，均沒有出現(xiàn)通訊異常終止或通訊不良造成的故障。同時(shí)在各地由權(quán)威部門組成的小組對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行安全評(píng)價(jià)時(shí)，CC-Link均獲得順利通過，也反應(yīng)了此種現(xiàn)場總線在民用爆破行業(yè)的安全性上得到了認(rèn)可。目前此線被選為民爆中包標(biāo)準(zhǔn)線，并獲得國家科學(xué)進(jìn)步2等獎(jiǎng)。

六、CC-Link總線的應(yīng)用體會(huì)

本生產(chǎn)線最開始采用的是集中控制。試產(chǎn)幾套后，我們發(fā)現(xiàn)需要面對(duì)很多問題：

首先IO點(diǎn)數(shù)已經(jīng)到達(dá)FX的極限，其次現(xiàn)場反應(yīng)安裝工程量太大，調(diào)試維修困難，最后隨著機(jī)械的改進(jìn)，編寫程序工作已經(jīng)成為一種極其艱苦而繁瑣的工作。

隨著CC-Link總線技術(shù)的應(yīng)用這些問題全部迎刃而解了。

分散控制使得整個(gè)控制點(diǎn)數(shù)顯然增加了。并且對(duì)單臺(tái)PLC距離256點(diǎn)的限制還有很遠(yuǎn)的距離，CC-Link系統(tǒng)還可以添加新站，系統(tǒng)的擴(kuò)展能力大大加強(qiáng)。

CC-Link電纜連接極其簡易，只需要連接3根導(dǎo)線就能實(shí)現(xiàn)所有的信號(hào)傳輸。原來的多根電纜（電線）不見了。維修工不需要面對(duì)幾十根顏色各異的電纜查找接線等故障。由于現(xiàn)場電纜的數(shù)量減少，使得整個(gè)系統(tǒng)成本也得到了很好的控制。

原來編寫一條生產(chǎn)線的程序需要一個(gè)人面對(duì)數(shù)千條語句查找細(xì)微的不同進(jìn)行修改。這些修改也許是配合輸送線的，也許是配合各個(gè)模塊本身的。現(xiàn)在我們只需要配合不同的輸送線調(diào)整主控制柜的程序就可以完成系統(tǒng)編程。各模塊改變可以另行安排進(jìn)行。

另外，我們最開始的一些擔(dān)心也隨著應(yīng)用的深入漸漸消失了。

CC-Link是高速的現(xiàn)場總線，在實(shí)際應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)的傳輸延遲僅為2-3ms。主控制站雖距離現(xiàn)場較遠(yuǎn)，但在有些需要一定定位能力的場合依然可以保持滿意的定位精度。

CC-Link具備完善的RAS功能，一個(gè)站點(diǎn)失效不會(huì)引起全系統(tǒng)的崩潰。利用這一點(diǎn)，我們能簡單的完成各模塊的相對(duì)獨(dú)立控制。

現(xiàn)場使用環(huán)境雖然惡劣，存在強(qiáng)腐蝕性、爆炸及高電磁干擾環(huán)境。但CC-Link依然穩(wěn)定可靠的工作，可靠性得到了充分的展示。

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