CC-link总线技术在煤矿自动化排水系统中的应用

2012-08-31卢德明叶仿拥徐晋勇侯原亮

装备制造技术 2012年12期

卢德明，叶仿拥，徐晋勇，侯原亮

（1.桂林电子科技大学机电工程学院，广西桂林541004；2.广西右江矿务局，广西田东 531501）

煤矿井下自动排水系统是煤矿生产的四大系统之一，承担着排出井下积水的重要任务，是为了实现排水系统的安全性、可靠性及经济性而设计开发的一种自动化系统。井下自动排水系统在传统排水系统的基础上，应用现代工业控制技术和检测装置，实现排水系统的自动化。并且延伸其功能，使井下水泵房在实现无人化运行的同时，能够根据井下具体情况和要求，选择最佳运行方案，为井上监控系统提供有用的数据资料。而运用CC-Link 总线通信技术能很好的将排水系统中各个子泵房与中央泵房进行通信，并通过CC-Link 专用双绞线将信息传到现场计算机的监控室里，而后由现场计算机通过光纤传至远端地面控制计算机上，再由远端地面控制计算机反馈信息到上一级的管理服务器。

1 CC-Link 概述

CC-Link（Control &Communication Link 控制与通信链路系统）是一种可以同时高速处理控制数据和信息数据的现场网络系统，可以提供高效、一体化的工厂和过程自动化控制。通过它可以建立成本低廉的分散系统，减少大量的接线工作。而且作为开放式总线系统，CC-Link 起源于亚洲地区的现场总线，具有性能卓越、应用广泛、使用简单、节省成本等突出特点。

在1996年11月，以三菱电机为主导的多家公司以“多厂家设备环境、高性能、省配线”理念开发、公布和开放了现场总线CC—Link，第一次正式向市场推出了CC—Link 这一全新的多厂商、高性能、省配线的现场网络并于1997年获得日本电机工业会(JEMA)颁发的杰出技术成就奖。

1998年，汽车行业的马自达、五十铃、雅马哈、通用、铃木等也成为了CC—Link 的用户，而且CC—Link 迅速进入中国市场。1999年，销售的实绩已超过17 万个节点，2001年达到了72 万个节点，到2001年累计量达到了150 万，其增长势头迅猛，在亚洲市场占有份额超过15%(据美国工控专业调查机构ARC 调查)，受到亚、欧、美、日等客户的高度评价。

2000年11月，CC—Link 协会(CC—Link Partner Association 简称CLPA)在日本成立。主要负责CC—Link 在全球的普及和推进工作。

2 CC-Link 现场总线简介

2.1 CC-link 的通信原理

CC-Link 提供循环传输和瞬时传输两种通信方式。一般情况下，CC-Link 主要采用广播—轮询(循环传输)的方式进行通讯。

具体方式：

（1）主站将刷新数据发送到所有从站，与此同时轮询从站1；

（2）从站1 对主站的轮询作出响应，同时将该响应告知其它从站；

（3）主站轮询从站2，此时并不发送刷新数据，从站2 给出响应，并将该响应告知其它从站；

（4）依此类推，循环往复。

2.2 CC-link 网络系统配置

在以A/QnA/Q 系列以及FX 系列连接成的CC-LINK 系统中，每站都需要设置站号，主站需固定设为0，CC-LINK 系统中第一个子站号需设置为1，后续的站号需根据前一个子站所占的站号数来确定。可以将总共64个远程I/O 站，远程设备站，本地站或智能设备站连接到一个单独的主站。但是，需要满足下列条件：

式中，

a 为占用1个内存站号的模块数；

b 为占用2个内存站号的模块数；

c 为占用3个内存站号的模块数；

d 为占用4个内存站号的模块数。

其中，a、b、c 及d 可以是远程I/O 站，远程设备站，本地站,备用主站及智能设备站中的任意一种。

式中，

A 为远程I/O 站的数量燮64；

B 为远程I/O 站的数量燮42；

C 为本地站、备用主站和智能设备站的数量燮26。

远程I/O 站，远程设备站，本地站,备用主站及智能设备站的模块数量必须满足表1 所列的情形。

表1 各种站模块数量最大值

2.3 CC-link 的网络结构

CC-Link 整个一层网络可由1个主站和64个子站组成，其采用总线方式通过屏蔽双绞线进行连接。网络中的主站由三菱电机FX 系列以上的PLC 或计算机担当。子站可以是远程IO 模块、特殊功能模块、带有CPU 的PLC 本地站、人机界面、变频器、伺服系统、机器人以及各种测量仪表、阀门、数控系统等现场仪表设备。

3 自动排水系统的CC-Link 网络

3.1 自动排水系统硬件分类及组成

井下自动排水系统可以分为控制、检测、执行三大部分。

（1）控制部分：控制所用的电气设备需要满足矿下使用电气设备的一般要求。其它控制部分包括电动闸阀等设备的矿用一般型控制柜、控制箱。

（2）检测部分由2 部分组成: 模拟量检测部分，其主要由水位传感器（有投入式和超声波式两种）、流量传感器、压力传感器、真空压力表、温度传感器、电流变送器、功率变送器等组成;开关量检测部分，包括水泵电机、电抗器、电动闸阀、真空泵电机等设备的运行状态检测。

（3）执行部分由水泵电机、电动闸阀、电磁阀、真空泵电机等被控对象组成[1]。

3.2 FX2N 系列CC-Lick 通信硬件

（1）CC-Link 主站模块FX2N-16CCL-M

该主站块采用CC-Link 专用电缆，具有丰富的RAS 功能，通过缓存使用FROM/TO 指令完成与PLC的通信功能。该主站块支持156 KBit/s, 625 KBit/s,2.5 MBit/s,5 MBit/s,10 MBit/s 的通信速率，最大传输距离可1 200 m(与传输速率有关)，使用CC-Link Ver1.1版本，最多可连接7个远程I/O 站(每个远程I/O 站可具有32 点输产/输出)和8个远程设备站，通过接口模块FX2N-32CCL 可与QnA/Q 系列主模块相连。

（2）CC-Link 接口模块FX2N-32CCL

FX2N 系列PLC 作为一个远程设备站是通过接口模块FX2N-32CCL 与CC-Link 系统相连的，该模块占用PLC 的8个输人点或8个输出点，通过缓存使用FROM/TO 指令从FX2N32MR 型号PLC 中执行通信功能。一个远程设备站占用站点数可为1~4个(由旋钮开关设置)，每个远程设备站具有输人/输出个16 点，但是最顶端的16 点由CC-Link 系统作为系统区被占用，该模块支持CC-LinK Verl.00 版本，站号1~64 可选[2]。

3.3 自动排水系统各泵房的网络配置

每个泵房的自动排水系统设置3个排水泵进行排水，其中的两台泵以轮流的方式进行排水，第三台备用。在以A/QnA/Q 系列以及FX 系列连接成的自动排水系统CC-LINK 网络中，主要由A/QnA/Q 系列主站和远程设备站1~3 号组成的中央泵房系统，其中1 号远程设备站由1个主站模块FX2N-16CCL-M、1个接口模块FX2N-32CCL 和1个FX2N32MR 型号PLC 以及1个FX2N-8AD 特殊功能模块构成；2 号远程设备站由1个接口模块FX2N-32CCL 和1个FX2N32MR型号PLC 以及1个FX2N-8AD 特殊功能模块构成；3号远程设备站由1个接口模块FX2N-32CCL 和1个FX2N32MR 型号PLC 以及1个FX2N-8AD 特殊功能模块构成。后面的远程设备站每3个编号组成一个子泵房，如4 号远程设备站由1个接口模块FX2N-32CCL 和1个FX2N32MR 型号PLC 以及1个FX2N-8AD 特殊功能模块构成；5 号远程设备站由1个接口模块FX2N-32CCL 和1个FX2N32MR 型号PLC 以及1个FX2N-8AD 特殊功能模块构成；而6号远程设备站由1个接口模块FX2N-32CCL 和1个FX2N32MR 型号PLC 以及1个FX2N-8AD 特殊功能模块构成，其布线连接如图l 所示。