基于CC-Link的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)構建

1 引言

網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)(networked controlsystem)是近十幾年來隨著網(wǎng)絡技術和計算機應用技術的飛速發(fā)展而出現(xiàn)的一種新的控制系統(tǒng)，它的出現(xiàn)不僅順應了現(xiàn)代科技的發(fā)展趨勢，而且反映了在以信息科學為支柱的新世紀中，各種學科理論及應用交叉、滲透和融合的發(fā)展趨勢。因此，網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)受到越來越廣泛的關注。

由于網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)兼有網(wǎng)絡和控制的特點，既是計算機和網(wǎng)絡技術向控制領域的延伸和發(fā)展，又是控制系統(tǒng)向網(wǎng)絡化、集成化、分布化、智能化發(fā)展。因此，對于網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)的研究不僅具有重大的理論價值，更具有廣闊的應用前景。

cc-link是control & communicationlink(控制與通信鏈路系統(tǒng))的簡稱，是由三菱電機為主的多家公司于1996年底推出的開放式現(xiàn)場總線。具有高速的數(shù)據(jù)傳輸速率，傳輸距離長，是一個性能卓越(功能豐富)、使用簡單、低成本總線協(xié)議、應用廣泛的開放式現(xiàn)場總線。目前，cc-link在世界范圍內的推廣普及已經(jīng)成為一種趨勢，國內也有許多成功應用cc-link的實例。

本課題是在校園節(jié)能控制系統(tǒng)中采用cc-link現(xiàn)場總線，實現(xiàn)對教學樓用電設備進行監(jiān)控以達到節(jié)能的目的。

2 系統(tǒng)硬件電路構成

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

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

圖1中，遠程設備站由fx2nplc作為控制器，對教學樓中多個教室電器設備的運行情況進行監(jiān)控，并通過觸摸屏實時顯示。下面以一個遠程設備站的控制為例介紹系統(tǒng)的實現(xiàn)。

3 控制方案實現(xiàn)

在正常上課期間，由觸摸屏實時顯示教室電氣設備運行情況，自動控制系統(tǒng)不工作;在非上課時間，則啟動自動控制系統(tǒng)，對教室電氣設備進行監(jiān)控，避免教室中人數(shù)很少而所有電氣設備開啟造成能源浪費。對某一間教室進行監(jiān)控的原理框圖如圖2所示。

在教室中的相關地點設置了溫度和亮度傳感器，教室的每個門口設置了光電開關以判斷教室中的人數(shù)，通過亮度傳感器檢測當前教室的實際采光情況和人數(shù)來控制室內是否開燈以及開燈的數(shù)量，利用溫度傳感器檢測教室當前的溫度以及人數(shù)來控制電扇或空調的開關。本項目中亮度傳感器采用的是光電池，光電池無需外加電源就能直接把光能轉換為電能，其優(yōu)點是性能穩(wěn)定、光譜范圍寬、頻率特性好、線性度高、轉換效率高等[4]，利用光電池將光信號轉換成電壓信號，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，提高了溫度傳感器的線性度[5]，本項目中將室內溫度設定在0-500c范圍，采用全溫度測量接線方式，并將信號放大10倍接到fx2n-4ad模塊;光電開關選用的是gh5-w5-2j，優(yōu)點是抗干擾能力強，產(chǎn)生的脈沖信號穩(wěn)定，將兩對光電開關前后安裝在教室門框上用于計數(shù)，當有人出入教室時，產(chǎn)生的脈沖信號直接送入plc，實現(xiàn)人數(shù)的判斷。

根據(jù)室內人數(shù)，控制用電設備開啟的數(shù)量。本項目的設計為：將一間教室劃為四個區(qū)域，以5人為基數(shù)，少于5人，只允許開一個區(qū)域的照明燈和電扇，5-10人，允許開二個區(qū)域的照明燈和電扇，10-15人，允許開三個區(qū)域的照明燈和電扇，大于15人，允許開四個區(qū)域的照明燈和電扇。當教室沒有人時，系統(tǒng)會自動關斷所有用電設備。程序流程圖如圖3所示。

程序設計中，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扇和照明燈的數(shù)量。出于人性化考慮，具體開哪個區(qū)域的風扇和照明燈可以由使用者自行決定。

cc-link網(wǎng)絡中的人機界面選用的是三菱公司的got-a900型觸摸屏。主要用來監(jiān)控各教室設備的運行狀況，并能強制起停電氣設備。觸摸屏的設置主要包括控制模式設置界面、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，它不僅實時監(jiān)控教室電器設備運行情況，同時還能顯示教室當前的溫度、人數(shù)等相關信息，使得教室的整個情況一目了然。

4 結束語

這種基于現(xiàn)場總線的控制方案，使系統(tǒng)結構得到簡化，降低控制系統(tǒng)的安裝成本和維護費用，可實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的運行效果，并且可對系統(tǒng)做出及時的故障診斷，極大的方便了系統(tǒng)的維護，大大的降低了系統(tǒng)維護的成本。

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