2021年10月20日 | 基于CC-Link网络技术实现民爆中包生产线自动控制系统的设计

一、引言

民用炸药生产是一个具有危险性的特殊行业。为了提高炸药生产效率，减少生产过程中造成的工人人身伤害，这个行业对自动化包装线的需求比较迫切。

武汉人天包装技术公司开发的DWG型民爆中包生产线正是满足这种需求的一款产品。生产线针对炸药的包装工艺特点，对炸药进行自动排列、中包包装、装箱。

其自动控制系统采用CC-Link现场总线、分散控制、变频定位控制等技术，保证了生产线稳定、可靠的运行。现场各PLC利用CC-Link总线进行通讯，使得整个生产线配置变的灵活，安装维护容易。友好的人机界面降低了操作难度与事故率，提高了经济效益。整个生产线运行后，减少了大量操作人员，体现了较好的使用效果与较高的安全性。

此线在全国各地炸药生产企业得到了广泛的应用，并被国家民爆总局评为国家科学技术进步2等奖。

二、控制对象简介

整个生产线效果图如图所示

民爆中包生产线分为若干相对独立的功能块：

中包功能块 此功能块用于将前段输送而来的药条进行排列整理，并用塑料膜包装成真空袋。一条中包生产线可能包含2至3个中包功能块装箱功能块 此功能块接受包装完成的中包袋，并将其装入纸箱，并控制辅助设备自动封箱捆扎输送功能块 此功能块根据不同厂房配置，完成物料的转移输送。

三、控制系统硬件配置

1、系统配置

全系统含数字IO约350点，变频器6-11台，另有独立温度控制回路12-18路。

主控制单元采用FX2NPLC，约100点数字IO，负责控制电机，并提供人机界面和上位机接口。

中包控制单元采用FX1NPLC，约80点数字IO，负责单台中包的控制。根据不同的生产线配备的中包控制单元数目也有所不同。

装箱控制单元采用FX2NPLC，约80点数字IO，负责装箱机的控制。

非标的现场输送设备可以采用远程IO进行控制。

各单元采用CC-Link现场总线进行连接，每个单元使用一个站。

由于厂房的布置一般在200米以内，整个网络采用2.5Mbps的运行速度

2、CC-Link网络配置

主站设置为：STATION NO（站号）：0

MODE（模式）：0

B RATE（通讯速度）：2（2.5M）

中包1设置为： STATION NO:01 ＊ 站号为1

OCCUPY STATION:1 ＊占用站数为1站

B RATE:2 ＊传送速度为2.5M

中包2设置为： STATION NO:02 ＊ 站号为2

OCCUPY STATION:1 ＊占用站数为1站

B RATE:2 ＊传送速度为2.5M

中包3设置为： STATION NO:03 ＊ 站号为3

OCCUPY STATION:1 ＊占用站数为1站

B RATE:2 ＊传送速度为2.5M

装箱模块设置为：STATION NO:04 ＊ 站号为4

OCCUPY STATION:1 ＊占用站数为1站

B RATE:2 ＊传送速度为2.5M

四、软件配置

全系统采用分散控制、集中管理的思路。

1、主站软件功能

一台FX2NPLC作为网络主控站，控制整个CC-Link网络。为了保证整个生产线的安全性，避免接触器、变频器及电机启动器接触到包装材料，主站放置在远离爆炸危险环境的控制室内，因此主站还需要协调生产线数十台电机运行。同时主控制站搜集各从站的工作数据，提供生产统计，故障报警及系统调试诊断等功能。还可以通过串行口与上位机连接，提供生产现场各种数据。

2、从站软件功能

由于包装材料——炸药具有易爆属性，需要生产线即使在通讯失效的情况下机器也能安全停止，因此每个独立的功能单元在现场采用单独PLC进行信号采集与逻辑运算。同时此PLC通过软件检测网络运行状态，一旦异常，自动启动急停程序，即使恢复链接也需要操作员进行确认后方能重新投入运行。

PLC之间通过CC-Link现场总线进行数据交换实现生产线协调运行。如果一个单元异常，能自动退出连锁运行，并单独调试检修，不影响生产线其它单元。

3、生产线组态

生产线组态由一台F940GOT完成，通过触摸屏可以向生产线任何设备发送测试指令，并能实时监测全线的工作状态。

4、其它软件功能及软件特点

对于不需要实时响应的数据采用分组传输的策略，每个从站仅需一个站就可以满足功能。

配置软件换点功能：若PLC输出点发生损坏，无需配备编程工具就可替换损坏的点。配备现场PLC监视功能：由于防爆，防腐需要现场控制柜处于全密封状态，通过此功能可监视现场任意PLC的IO状态。

软件编制实现模块化。对于不同的工程——由于要控制输送线——只有主站程序略有变化，其他现场控制单元程序无需改变。

五、应用状况

目前正在在调试及已经验收交付使用的生产线有几十条，遍及全国各地。CC-Link现场总线在各地的反应均很良好，安调人员也反应现场工作量大幅度下降，全系统连接时间从原来2天降低到不足半天。各现场无论外部环境如何，均没有出现通讯异常终止或通讯不良造成的故障。同时在各地由权威部门组成的小组对生产线进行安全评价时，CC-Link均获得顺利通过，也反应了此种现场总线在民用爆破行业的安全性上得到了认可。目前此线被选为民爆中包标准线，并获得国家科学进步2等奖。

六、CC-Link总线的应用体会

本生产线最开始采用的是集中控制。试产几套后，我们发现需要面对很多问题：

首先IO点数已经到达FX的极限，其次现场反应安装工程量太大，调试维修困难，最后随着机械的改进，编写程序工作已经成为一种极其艰苦而繁琐的工作。

随着CC-Link总线技术的应用这些问题全部迎刃而解了。

分散控制使得整个控制点数显然增加了。并且对单台PLC距离256点的限制还有很远的距离，CC-Link系统还可以添加新站，系统的扩展能力大大加强。

CC-Link电缆连接极其简易，只需要连接3根导线就能实现所有的信号传输。原来的多根电缆（电线）不见了。维修工不需要面对几十根颜色各异的电缆查找接线等故障。由于现场电缆的数量减少，使得整个系统成本也得到了很好的控制。

原来编写一条生产线的程序需要一个人面对数千条语句查找细微的不同进行修改。这些修改也许是配合输送线的，也许是配合各个模块本身的。现在我们只需要配合不同的输送线调整主控制柜的程序就可以完成系统编程。各模块改变可以另行安排进行。

另外，我们最开始的一些担心也随着应用的深入渐渐消失了。

CC-Link是高速的现场总线，在实际应用中，网络的传输延迟仅为2-3ms。主控制站虽距离现场较远，但在有些需要一定定位能力的场合依然可以保持满意的定位精度。

CC-Link具备完善的RAS功能，一个站点失效不会引起全系统的崩溃。利用这一点，我们能简单的完成各模块的相对独立控制。

现场使用环境虽然恶劣，存在强腐蚀性、爆炸及高电磁干扰环境。但CC-Link依然稳定可靠的工作，可靠性得到了充分的展示。