一款基于CC-Link的网络控制系统构建

1 引言

网络化控制系统（networked control system）是近十几年来随着网络技术和计算机应用技术的飞速发展而出现的一种新的控制系统，它的出现不仅顺应了现代科技的发展趋势，而且反映了在以信息科学为支柱的新世纪中，各种学科理论及应用交叉、渗透和融合的发展趋势。

由于网络化控制系统兼有网络和控制的特点，既是计算机和网络技术向控制领域的延伸和发展，又是控制系统向网络化、集成化、分布化、智能化发展。因此，对于网络化控制系统的研究不仅具有重大的理论价值，更具有广阔的应用前景［2］。

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。具有高速的数据传输速率，传输距离长，是一个性能卓越（功能丰富）、使用简单、低成本总线协议、应用广泛的开放式现场总线。目前，cc-link在世界范围内的推广普及已经成为一种趋势，国内也有许多成功应用cc-link的实例［3］。

本课题是在校园节能控制系统中采用cc-link现场总线，实现对教学楼用电设备进行监控以达到节能的目的。

2 系统硬件电路构成

cc-link在实际应用中不但表现优异而且硬件搭建和系统组态都非常简单。只需使用通用的plc编程软件在主站中进行简单的网络参数的设置，便可以完成系统组态和数据刷新设定工作，并且一旦网络中的模块出现故障，可以迅速更换［3］。

本课题是利用三菱的q plc和cc-link总线构建校园电器设备远程可视化监控管理系统。系统的构成如图1所示。

图1中，远程设备站由fx2nplc作为控制器，对教学楼中多个教室电器设备的运行情况进行监控，并通过触摸屏实时显示。下面以一个远程设备站的控制为例介绍系统的实现。

3 控制方案实现

在正常上课期间，由触摸屏实时显示教室电气设备运行情况，自动控制系统不工作；在非上课时间，则启动自动控制系统，对教室电气设备进行监控，避免教室中人数很少而所有电气设备开启造成能源浪费。对某一间教室进行监控的原理框图如图2所示。

在教室中的相关地点设置了温度和亮度传感器，教室的每个门口设置了光电开关以判断教室中的人数，通过亮度传感器检测当前教室的实际采光情况和人数来控制室内是否开灯以及开灯的数量，利用温度传感器检测教室当前的温度以及人数来控制电扇或空调的开关。本项目中亮度传感器采用的是光电池，光电池无需外加电源就能直接把光能转换为电能，其优点是性能稳定、光谱范围宽、频率特性好、线性度高、转换效率高等［4］，利用光电池将光信号转换成电压信号，通过fx2n-4ad模块将数字量送入plc；温度传感器选用的是lm35d，该传感器采用了差分管等线性化技术，提高了温度传感器的线性度［5］，本项目中将室内温度设定在0-500c范围，采用全温度测量接线方式，并将信号放大10倍接到fx2n-4ad模块；光电开关选用的是gh5-w5-2j，优点是抗干扰能力强，产生的脉冲信号稳定，将两对光电开关前后安装在教室门框上用于计数，当有人出入教室时，产生的脉冲信号直接送入plc，实现人数的判断。

根据室内人数，控制用电设备开启的数量。本项目的设计为：将一间教室划为四个区域，以5人为基数，少于5人，只允许开一个区域的照明灯和电扇，5-10人，允许开二个区域的照明灯和电扇，10-15人，允许开三个区域的照明灯和电扇，大于15人，允许开四个区域的照明灯和电扇。当教室没有人时，系统会自动关断所有用电设备。程序流程图如图3所示。

程序设计中，首先判断教室中的人数，然后根据温度和亮度确定允许打开风扇和照明灯的数量。出于人性化考虑，具体开哪个区域的风扇和照明灯可以由使用者自行决定。

cc-link网络中的人机界面选用的是三菱公司的got-a900型触摸屏。主要用来监控各教室设备的运行状况，并能强制起停电气设备。触摸屏的设置主要包括控制模式设置界面、教室监控界面等多幅功能界面，如图4是某教室监控画面，它不仅实时监控教室电器设备运行情况，同时还能显示教室当前的温度、人数等相关信息，使得教室的整个情况一目了然。

这种基于现场总线的控制方案，使系统结构得到简化，降低控制系统的安装成本和维护费用，可实现稳定可靠的运行效果，并且可对系统做出及时的故障诊断，极大的方便了系统的维护，大大的降低了系统维护的成本。

本套系统对教学楼用电设备管理系统进行了优化，使教学楼内电器设备开启数量受室内温度、人数和光线强弱的约束，所以该系统可以有效的节约电能，杜绝浪费现象的发生。同理，对于校园内其他用电设备也可以采用上述方式，如图书馆和办公大楼的中央空调，可以通过变频器调节温度，变频器直接连接到cc-link网络上。此种控制思路同样可用于车间多台变频器的群控系统之中，操作和控制都非常方便。

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