基于CC-Link的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)構(gòu)建

1 引言

網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)(networked controlsystem)是近十幾年來隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的飛速發(fā)展而出現(xiàn)的一種新的控制系統(tǒng)，它的出現(xiàn)不僅順應(yīng)了現(xiàn)代科技的發(fā)展趨勢(shì)，而且反映了在以信息科學(xué)為支柱的新世紀(jì)中，各種學(xué)科理論及應(yīng)用交叉、滲透和融合的發(fā)展趨勢(shì)。因此，網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)受到越來越廣泛的關(guān)注。

由于網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)兼有網(wǎng)絡(luò)和控制的特點(diǎn)，既是計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)向控制領(lǐng)域的延伸和發(fā)展，又是控制系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)化、集成化、分布化、智能化發(fā)展。因此，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的研究不僅具有重大的理論價(jià)值，更具有廣闊的應(yīng)用前景。

cc-link是control communicationlink(控制與通信鏈路系統(tǒng))的簡(jiǎn)稱，是由三菱電機(jī)為主的多家公司于1996年底推出的開放式現(xiàn)場(chǎng)總線。具有高速的數(shù)據(jù)傳輸速率，傳輸距離長(zhǎng)，是一個(gè)性能卓越(功能豐富)、使用簡(jiǎn)單、低成本總線協(xié)議、應(yīng)用廣泛的開放式現(xiàn)場(chǎng)總線。目前，cc-link在世界范圍內(nèi)的推廣普及已經(jīng)成為一種趨勢(shì)，國(guó)內(nèi)也有許多成功應(yīng)用cc-link的實(shí)例。

本課題是在校園節(jié)能控制系統(tǒng)中采用cc-link現(xiàn)場(chǎng)總線，實(shí)現(xiàn)對(duì)教學(xué)樓用電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控以達(dá)到節(jié)能的目的。

2 系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成

cc-link在實(shí)際應(yīng)用中不但表現(xiàn)優(yōu)異而且硬件搭建和系統(tǒng)組態(tài)都非常簡(jiǎn)單。只需使用通用的plc編程軟件在主站中進(jìn)行簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的設(shè)置，便可以完成系統(tǒng)組態(tài)和數(shù)據(jù)刷新設(shè)定工作，并且一旦網(wǎng)絡(luò)中的模塊出現(xiàn)故障，可以迅速更換[3]。

本課題是利用三菱的q plc和cc-link總線構(gòu)建校園電器設(shè)備遠(yuǎn)程可視化監(jiān)控管理系統(tǒng)。系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1所示。

圖1中，遠(yuǎn)程設(shè)備站由fx2nplc作為控制器，對(duì)教學(xué)樓中多個(gè)教室電器設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控，并通過觸摸屏實(shí)時(shí)顯示。下面以一個(gè)遠(yuǎn)程設(shè)備站的控制為例介紹系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。

3 控制方案實(shí)現(xiàn)

在正常上課期間，由觸摸屏實(shí)時(shí)顯示教室電氣設(shè)備運(yùn)行情況，自動(dòng)控制系統(tǒng)不工作;在非上課時(shí)間，則啟動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)，對(duì)教室電氣設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，避免教室中人數(shù)很少而所有電氣設(shè)備開啟造成能源浪費(fèi)。對(duì)某一間教室進(jìn)行監(jiān)控的原理框圖如圖2所示。

在教室中的相關(guān)地點(diǎn)設(shè)置了溫度和亮度傳感器，教室的每個(gè)門口設(shè)置了光電開關(guān)以判斷教室中的人數(shù)，通過亮度傳感器檢測(cè)當(dāng)前教室的實(shí)際采光情況和人數(shù)來控制室內(nèi)是否開燈以及開燈的數(shù)量，利用溫度傳感器檢測(cè)教室當(dāng)前的溫度以及人數(shù)來控制電扇或空調(diào)的開關(guān)。本項(xiàng)目中亮度傳感器采用的是光電池，光電池?zé)o需外加電源就能直接把光能轉(zhuǎn)換為電能，其優(yōu)點(diǎn)是性能穩(wěn)定、光譜范圍寬、頻率特性好、線性度高、轉(zhuǎn)換效率高等[4]，利用光電池將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，通過fx2n-4ad模塊將數(shù)字量送入plc;溫度傳感器選用的是lm35d，該傳感器采用了差分管等線性化技術(shù)，提高了溫度傳感器的線性度[5]，本項(xiàng)目中將室內(nèi)溫度設(shè)定在0-500c范圍，采用全溫度測(cè)量接線方式，并將信號(hào)放大10倍接到fx2n-4ad模塊;光電開關(guān)選用的是gh5-w5-2j，優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，產(chǎn)生的脈沖信號(hào)穩(wěn)定，將兩對(duì)光電開關(guān)前后安裝在教室門框上用于計(jì)數(shù)，當(dāng)有人出入教室時(shí)，產(chǎn)生的脈沖信號(hào)直接送入plc，實(shí)現(xiàn)人數(shù)的判斷。

根據(jù)室內(nèi)人數(shù)，控制用電設(shè)備開啟的數(shù)量。本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)為：將一間教室劃為四個(gè)區(qū)域，以5人為基數(shù)，少于5人，只允許開一個(gè)區(qū)域的照明燈和電扇，5-10人，允許開二個(gè)區(qū)域的照明燈和電扇，10-15人，允許開三個(gè)區(qū)域的照明燈和電扇，大于15人，允許開四個(gè)區(qū)域的照明燈和電扇。當(dāng)教室沒有人時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)斷所有用電設(shè)備。程序流程圖如圖3所示。

程序設(shè)計(jì)中，首先判斷教室中的人數(shù)，然后根據(jù)溫度和亮度確定允許打開風(fēng)扇和照明燈的數(shù)量。出于人性化考慮，具體開哪個(gè)區(qū)域的風(fēng)扇和照明燈可以由使用者自行決定。

cc-link網(wǎng)絡(luò)中的人機(jī)界面選用的是三菱公司的got-a900型觸摸屏。主要用來監(jiān)控各教室設(shè)備的運(yùn)行狀況，并能強(qiáng)制起停電氣設(shè)備。觸摸屏的設(shè)置主要包括控制模式設(shè)置界面、教室監(jiān)控界面等多幅功能界面，如圖4是某教室監(jiān)控畫面，它不僅實(shí)時(shí)監(jiān)控教室電器設(shè)備運(yùn)行情況，同時(shí)還能顯示教室當(dāng)前的溫度、人數(shù)等相關(guān)信息，使得教室的整個(gè)情況一目了然。

4 結(jié)束語

這種基于現(xiàn)場(chǎng)總線的控制方案，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化，降低控制系統(tǒng)的安裝成本和維護(hù)費(fèi)用，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的運(yùn)行效果，并且可對(duì)系統(tǒng)做出及時(shí)的故障診斷，極大的方便了系統(tǒng)的維護(hù)，大大的降低了系統(tǒng)維護(hù)的成本。

本套系統(tǒng)對(duì)教學(xué)樓用電設(shè)備管理系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，使教學(xué)樓內(nèi)電器設(shè)備開啟數(shù)量受室內(nèi)溫度、人數(shù)和光線強(qiáng)弱的約束，所以該系統(tǒng)可以有效的節(jié)約電能，杜絕浪費(fèi)現(xiàn)象的發(fā)生。同理，對(duì)于校園內(nèi)其他用電設(shè)備也可以采用上述方式，如圖書館和辦公大樓的中央空調(diào)，可以通過變頻器調(diào)節(jié)溫度，變頻器直接連接到cc-link網(wǎng)絡(luò)上。此種控制思路同樣可用于車間多臺(tái)變頻器的群控系統(tǒng)之中，操作和控制都非常方便。