基于CC-Link的網絡控制系統構建

1 引言

　　網絡化控制系統（networked controlsystem）是近十幾年來隨著網絡技術和計算機應用技術的飛速發展而出現的一種新的控制系統，它的出現不僅順應了現代科技的發展趨勢，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、滲透和融合的發展趨勢。因此，網絡化控制系統受到越來越廣泛的關注。

　　由于網絡化控制系統兼有網絡和控制的特點，既是計算機和網絡技術向控制領域的延伸和發展，又是控制系統向網絡化、集成化、分布化、智能化發展。因此，對于網絡化控制系統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）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場總線。具有高速的數據傳輸速率，傳輸距離長，是一個性能卓越（功能豐富）、使用簡單、低成本總線協議、應用廣泛的開放式現場總線。目前，cc-link在世界范圍內的推廣普及已經成為一種趨勢，國內也有許多成功應用cc-link的實例。

　　本課題是在校園節能控制系統中采用cc-link現場總線，實現對教學樓用電設備進行監控以達到節能的目的。

2 系統硬件電路構成

　　cc-link在實際應用中不但表現優異而且硬件搭建和系統組態都非常簡單。只需使用通用的plc編程軟件在主站中進行簡單的網絡參數的設置，便可以完成系統組態和數據刷新設定工作，并且一旦網絡中的模塊出現故障，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控管理系統。系統的構成如圖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的實現。

3 控制方案實現

　　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，自動控制系統不工作；在非上課時間，則啟動自動控制系統，對教室電氣設備進行監控，避免教室中人數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，通過亮度傳感器檢測當前教室的實際采光情況和人數來控制室內是否開燈以及開燈的數量，利用溫度傳感器檢測教室當前的溫度以及人數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，其優點是性能穩定、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，優點是抗干擾能力強，產生的脈沖信號穩定，將兩對光電開關前后安裝在教室門框上用于計數，當有人出入教室時，產生的脈沖信號直接送入plc，實現人數的判斷。

　　根據室內人數，控制用電設備開啟的數量。本項目的設計為：將一間教室劃為四個區域，以5人為基數，少于5人，只允許開一個區域的照明燈和電扇，5-10人，允許開二個區域的照明燈和電扇，10-15人，允許開三個區域的照明燈和電扇，大于15人，允許開四個區域的照明燈和電扇。當教室沒有人時，系統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，然后根據溫度和亮度確定允許打開風扇和照明燈的數量。出于人性化考慮，具體開哪個區域的風扇和照明燈可以由使用者自行決定。

　　cc-link網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、教室監控界面等多幅功能界面，如圖4是某教室監控畫面，它不僅實時監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

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

　　本套系統對教學樓用電設備管理系統進行了優化，使教學樓內電器設備開啟數量受室內溫度、人數和光線強弱的約束，所以該系統可以有效的節約電能，杜絕浪費現象的發生。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溫度，變頻器直接連接到cc-link網絡上。此種控制思路同樣可用于車間多臺變頻器的群控系統之中，操作和控制都非常方便。