CC—LINK网络在自动扶梯驱动装置生产线上的应用
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摘要：本文以自动扶梯驱动装置生产作业线控制系统为例，简单地介绍了cc-link技术在电梯行业装配流水线上的应用，并针对系统产品动态变化的要求，设计实现了变频器的远程参数修改及控制。
关键词：CC-LINK PLC 现场总线 人机界面 变频器远程参数修改
1.引言
自动扶梯驱动装置作为自动扶梯结构中最为重要的部件之一，为了保证产品的质量，其出厂前的各项调试十分重要。本文介绍的即是一条制造自动扶梯驱动装置的流水线，其功能包括了材料及半成品的输送，完成后产品的调试等功能。考虑到当今车间现场分布性控制的要求，该流水线采用了CC-LINK总线技术，将PLC、变频器、传感器、I/O模块、人机界面等设备通过CC-LINK总线连接在了一起，实现了分布式控制。该系统自动化程度高，稳定性好，运行可靠。
2.CC-LINK简介
CC-Link是Control & Communication Link（控制与通信链路系统）的简称，是由三菱电机为主的多家公司于1996年底推出的开放式现场总线。其在工控系统中可以将控制和信息数据同时以156kbps 至10Mbps 通讯速率进行高速传输，最大通讯距离可达1.2km。CC-Link总线底层通讯协议遵循RS485，提供循序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，除了广播-轮询方式以外，CC-Link 也支持主站与本地站、智能设备站之间的瞬时通讯。
CC-Link是以设备层为主的网络， 同时也可以覆盖较高层次的控制层和较低层次的传感器层，其具有以下特点：
2.1.接线简单，安装费用低，系统调试维护简单，便于组建价格低廉的简易控制网。
2.2.便于组建价格低廉的冗余网络。
2.3.适用于一些控制点分散，安装范围狭窄的现场。
2.4.适用于直接连接各现场设备。
2.5.现场总线的链接扫描时间和传输延时时间短。
2.6.由于总线将各种开关量和模拟量就近转变为数字信号， 有效地提高了系统的测量和控制精度。
2.7.自动诊断并显示故障位置从而能迅速发现故障位置和状态。
2.8.CC-Link具有强大的抗干扰能力。在通讯介质信息检验、信息纠错和重复地址检测等方面有严格规定，可使总线通讯安全可靠。
3.1.系统简介
根据生产线加工工艺要求，本流水线由7个工位组成， 包括2个组装工位、5个功能调试工位。各种部件在组装工位上装配成自动扶梯驱动装置，随后在调试工位上进行空载跑合试验，其目的是对减速箱内齿轮进行磨合以及检查减速箱的密封性能，最后对驱动装置进行出厂前的功能性调试。
自动加工生产线上由12台三相交流驱动装置和各台电动机配套的执行元件负责载料板的流转。在5个功能调试工位，配置了5台变频器和人机界面以满足调试要求。为了对生产线上的变频器、传感器、计数器、指示灯、人机界面等设备进行集中管理和有效监控，将这些设备通过其对应的总线模块或者远程I/O模块连接到了CC-LINK总线上。
针对产品的众多规格，需要随时能对变频器的参数进行修改。为了提高该操作的便利性，我们采用了通过CC-LINK总线通讯的方式直接对变频器内所需的参数进行修改，并通过人机界面的设计，将其简化为了按钮操作。
3.2.系统硬件架构和配置
控制系统硬件架构如图1所示，主要分为主控柜和流水线两部分。
主控柜内部分主要包含PLC、接触器、变频器和回路保护器等。流水线部分主要包括了安装在流水线上的各个工位的远程I/O模块控制盒以及5个调试工位的控制柜，远程I/O模块控制盒内装有CC-LINK总线专用远程I/O模块，用于采集线体上的各类传感器的信息，以及控制气阀和液压泵等执行机构。调试工位控制柜内装有CC-LINK总线专用远程I/O模块和人机界面，用于采集人工的操作信号。
图1 控制系统硬件架构图
整个控制系统设备的主要配置如下：
3.2.1.三菱Q系列PLC。由于三菱Q系列PLC具有小体积、高性能、高灵活性等优点，可以根据不同的控制规模和目的，配置出最佳的控制系统，同时考虑到程序的复杂性以及整条流水线对于控制系统响应速度的要求，因此，我们选用了三菱Q系列PLC中的高性能型CPU——Q12HCPU作为整个系统的控制核心，其具有强大的数据运算能力以及124K步的程序容量，完全可以满足该控制系统的要求。
3.2.2.三菱700系列变频器。变频器是整条流水线最为重要的组成部分，其主要用来驱动被测驱动装置，以及驱动整条流水线流转。针对这两种不同的用途，我们分别选用了三菱的FR-A700系列变频器以及FR-E700系列变频器。由于对被测电机的调试试验的内容中涉及到了过低速度和超速保护，所以对其变频驱动的要求是较高的，FR-A700系列变频器很好的满足了这方面的需求，其具有独特的无传感器矢量控制模式，在不需要采用编码器的情况下可以使各式各样的机械设备在超低速区域高精度的运转。在流水线的驱动上，我们选择了更为经济的FR-E700系列变频器以实现对传送滚道的变频调速，FR-E700系列变频器具有多种磁通矢量控制方式，在0.5Hz情况下，使用先进磁通矢量控制模式可以使转矩提高到200%（3.7KW以下）。另外，其短时超载增加到200%时允许持续时间为3S，误报警将更少发生。经过改进的限转矩及限电流功能可以为机械提供必要的保护。
3.2.3.三菱AJ65BTB系列远程I/O模块。远程I/O模块在CC-LINK系统中取代了传统PLC系统的I/O模块。其通过CC-LINK总线，实现了整条流水线系统中开关量信号的采集以及PLC执行信号的传递。三菱AJ65BTB系列远程I/O模块是一种输入输出接线端子可拆卸式模块，由于采用了2段式结构的接线端子，所以在进行维护时，可以不动接线就能进行模块的更换。
3.2.4.三菱GT15系列图形化操作终端。选用了三菱GT1555图形化操作终端（GOT）作为人机交互界面，配置在各个调试工位。作业人员仅需操作GOT，便能实现远程操控位于总控制柜内的大功率变频器。
3.2.5.各类CC-LINK通讯模块。除了远程I/O模块直接支持CC-LINK总线连接外，其余三菱的FA产品实现CC-LINK总线式通讯必须通过加装对应的通讯模块。Q系列PLC专用CC-LINK通讯主站模块型号为QJ61BT11N，与三菱700系变频器对应的CC-LINK通讯模块为FR-A7NC，GT15系列对应的CC-LINK通讯模块为GT15-J61BT13。
3.3.系统软件设计
为了保证CC-LINK总线通讯的正常进行，需要首先对系统中CC-LINK的各项参数进行设定，以得到CC-LINK总线上各设备位置的地址分布。图2和图3所示是我们利用三菱PLC的程序编写软件GX Developer对CC-LINK进行参数设置示例，以及以此得到的CC-LINK总线地址分布列表。
图2 CC-LINK参数设定
图3 CC-LINK总线地址分布列表
PLC控制系统主要包括以下几部分内容：
3.3.1.初始化程序（INTIAL）：用于对整个程序中各个寄存器进行清零、初始化，仅在整个系统启动时运行，执行类型为初始化。
3.3.2.流水线控制程序（LINE）：用于控制流水线上产品的流转。主要处理流水线上的位置传感器所采集到的信号，控制E700系列变频器驱动传送带。
3.3.3.调试工位程序（TEST1～TEST5）：产品调试主程序。根据调试工位GOT以及远程I/O模块采集到的信号，通过CC-LINK总线，对变频器参数进行设置，并对产品进行跑合及功能测试。试验程序流程图如图4所示：
图4 试验程序流程图
4.结语
整个流水线的控制系统基于CC-LINK总线技术进行构建，实现了设备的分布式控制，系统结构简单，可靠性高，维护简单。该系统的其他特点还有：1）由于采用了CC-LINK连接，实现了三菱变频器内参数的简易修改，这是其他控制手段所无法比拟的。2）将三菱图形操作终端作为CC-LINK总线上的控制站，实现了作业人员对变频器的远程控制，操作简单，人机交互性好。
通过CC-LINK总线技术的成功应用，使得该设备自2011年启用以来，性能稳定可靠，顺利完成公司的各项生产任务，得到多方好评。
参考文献
1、 MITSUBISHI Q系列CC-LINK网络系统用户参考手册，2008
2、 MITSUBISHI MODEL GT15-J61BT13 CC-Link communication unit User's Manual，2007
3、 MITSUBISHI FR-F740使用手册（应用篇），2004
4、 MITSUBISHI 三菱通用变频器内置选件 FR-A7NC使用手册，2006