摘要： 本文闡述了FCS的構(gòu)成與特點(diǎn)，詳細(xì)描述了三菱機(jī)電公司現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)CC-LINK先進(jìn)性能及其在深圳筆架山水廠泵房自控系統(tǒng)中的具體應(yīng)用的硬件構(gòu)成及軟件編程，該模式的成功應(yīng)用，給我國(guó)水廠自動(dòng)控制提供了有益借鑒。 近年來，無論在大型的自動(dòng)化展覽會(huì)，還是在學(xué)術(shù)交流會(huì)上，現(xiàn)場(chǎng)總線始終是一個(gè)熱門話題。現(xiàn)場(chǎng)總線給工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域帶來的又一次革命，其深度和廣度將超過歷史上任何一次，甚至被稱為“開創(chuàng)了工業(yè)自動(dòng)化新紀(jì)元”。 一、現(xiàn)場(chǎng)總線綜述 現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)（ＦＣＳ）是全數(shù)字串行、雙向通信系統(tǒng)。系統(tǒng)內(nèi)測(cè)量和控制設(shè)備如探頭、激勵(lì)器和控制器可相互連接、監(jiān)測(cè)和控制。在工廠網(wǎng)絡(luò)的分級(jí)中，它既作為過程控制（如ＰＬＣ，ＬＣ等）和應(yīng)用智能儀表（如變頻器、閥門、條碼閱讀器等）的局部網(wǎng)，又具有在網(wǎng)絡(luò)上分布控制應(yīng)用的內(nèi)嵌功能。由于其廣闊的應(yīng)用前景，眾多國(guó)外有實(shí)力的廠家競(jìng)相投入力量，進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)。目前，國(guó)際上已知的現(xiàn)場(chǎng)總線類型有四十余種，比較典型的現(xiàn)場(chǎng)總線有：ＦＦ，Ｐrofibus,LON works,CAN，HART，CC-LINK等。 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)改變過去的集中式工廠控制方式為現(xiàn)場(chǎng)完全分散控制方式，是一種真正交互操作、完全開放、增強(qiáng)型現(xiàn)場(chǎng)控制和具有最少安裝費(fèi)用的模式。其主要特點(diǎn)如下： ⑴ 用可靠的數(shù)字信號(hào)取代４∽２０mA模擬信號(hào)。以HART總線為例說明，HART是一種串行傳輸方法，其信號(hào)是一種數(shù)字通信，它對(duì)普通的模擬信號(hào)加以調(diào)制，以兩種頻率（“0”：1200HZ和“1”：2200HZ）正弦波傳輸。這種具有傳輸能耗低，果然少，效率高的優(yōu)點(diǎn)。 ⑵ 許多現(xiàn)場(chǎng)總線采用就地設(shè)備由智能化儀表管理，控制/報(bào)警/計(jì)算等功能裝置均分散在現(xiàn)場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)儀表的布線采用并行布線方法，能節(jié)省大量的信號(hào)電纜，安裝簡(jiǎn)便，使工程費(fèi)用降低。 ⑶ 不同品牌設(shè)備可相互連接及操作。 ⑷ 完全采用標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。以Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線為例，如圖一所示 圖一、現(xiàn)場(chǎng)總線（Profibus）的通信系統(tǒng) 圖中，Profibus—FMS 是總線報(bào)文規(guī)范，Profibus-DP為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備總線協(xié)議， Profibus-PA是Profibus-DP 向現(xiàn)場(chǎng)的延伸，所不同的是它在物理層采用了IEC1158-2傳輸技術(shù)，使測(cè)量變送器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)也能夠在易爆危險(xiǎn)區(qū)域遠(yuǎn)距離地同中央自控儀表/系統(tǒng)通信，且可通過現(xiàn)場(chǎng)總線饋電。 Profibus總線訪問協(xié)議是一種混合協(xié)議，主站之間的令牌傳遞方式（Token Passing）和主站與從站之間的主從方式（Master-Slave）。其傳輸技術(shù)應(yīng)用NRZ碼、RS485，采用雙絞線、雙線電纜或光纜。通訊速率從9.6Kb/s達(dá)到12Mb/s。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可為總線型、星型、環(huán)型。布線方式改變過去的串行為并行，取消了常規(guī)布線的配線架、電源隔離器和現(xiàn)場(chǎng)分線箱，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單。 ⑸ 組態(tài)十分方便?，F(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用，能方便實(shí)現(xiàn)變量訪問、程序調(diào)用、運(yùn)行控制和事件管理。 ⑹ 可查詢更多信息，具有一致數(shù)據(jù)庫。 總之，現(xiàn)場(chǎng)總線可較大幅度地降低成本，其準(zhǔn)確度和可靠性更高。 二、CC-LINK 的先進(jìn)性能　 　CC-LINK是三菱公司在FA領(lǐng)域中新開發(fā)的現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)，具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、控制分散、與眾多品牌的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（如支持Profibus—DP、MODBUS協(xié)議的設(shè)備等）互相連接，為用戶提供多廠商設(shè)備的使用環(huán)境。該網(wǎng)絡(luò)完全滿足用戶對(duì)開放結(jié)構(gòu)與可靠性的嚴(yán)格要求。其主要特點(diǎn)如下： ① 傳輸速度：1.2Km為156Kbps，100m可達(dá)10Mbps。 ② 采用雙絞線組成總線網(wǎng)。 ③ 主、從站之間可一次傳送128位元和16個(gè)字組。 ④ 可加備用主站，且有網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控功能。 ⑤ 可進(jìn)行遠(yuǎn)距離編程。 ⑥ 擁有超過38間公司協(xié)議成為CC-LINK配備產(chǎn)品的合作開發(fā)伙伴（如SMC， Msystem，SUNX，Token，Yamatake，Honeywell等）。 CC-LINK現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)應(yīng)用如圖二所示。 圖二 CC-LINK 系統(tǒng)應(yīng)用圖 三、應(yīng)用系統(tǒng)硬件構(gòu)成 深圳市自來水集團(tuán)開天源自動(dòng)化有限公司在對(duì)深圳筆架山水廠泵房自動(dòng)化工程設(shè)計(jì)時(shí)，經(jīng)過分析、比較時(shí)考慮到原廠已部分實(shí)現(xiàn)車間PLC控制，正在使用PLC品牌有：ABB的MODCELL 100、三菱F1-40MR等，經(jīng)過價(jià)格及性能分析、比較確定：選用了三菱公司的CC-LINK現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品作為主控設(shè)備，控制硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖三所示。 圖三 筆架山水廠泵房控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 圖中，主站控制一臺(tái)送水泵、兩臺(tái)真空泵和一臺(tái)排水泵，監(jiān)控與管理整個(gè)泵房CC-LINK網(wǎng)絡(luò)的情況，包括： 1、 遠(yuǎn)程離線：對(duì)操作不正常的遠(yuǎn)程模塊或從站自動(dòng)和網(wǎng)絡(luò)讓其離線。 2、 自動(dòng)恢復(fù)：不正常的遠(yuǎn)程模塊或從站一旦恢復(fù)正常，自動(dòng)與網(wǎng)絡(luò)接上。 3、 自動(dòng)診斷：運(yùn)用自檢功能檢查硬件及系統(tǒng)接線狀態(tài)。 4、 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視：將網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)儲(chǔ)存在在CPU的寄器中。 5、 負(fù)責(zé)接受來自（從站）七臺(tái)泵的開真空泵命令、轉(zhuǎn)發(fā)廠站的各泵狀態(tài)、出廠水水質(zhì)數(shù)據(jù)及傳送由廠站調(diào)度下達(dá)的開泵命令。 1#∽3#從站各自監(jiān)測(cè)和控制兩臺(tái)送水泵運(yùn)行，接受來自主站的開泵命令、發(fā)送給主站的各泵狀態(tài)數(shù)據(jù)。 4#∽7#從站監(jiān)測(cè)和控制配電室。對(duì)高壓配電（合/分閘、變壓器、電容補(bǔ)償）進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)低壓配電（合/分閘、變壓器、直流電屏）進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。 遠(yuǎn)程I/O站采集部分配電參數(shù)。 四 、應(yīng)用系統(tǒng)軟件 CC-LINK是開放式雙絞線網(wǎng)絡(luò)，安全可靠且速度高。其通信數(shù)據(jù)使用分布方式進(jìn)行交換，如圖三所示。 圖三 CC-LINK數(shù)據(jù)交換圖 [注]循環(huán)傳送指位傳送和字傳送，瞬間傳送指專用指令的傳送。 圖中，RX、RY分別指數(shù)字輸入及數(shù)字輸出，CC-LINK中數(shù)字變量采取位傳送，每邏輯站可傳送數(shù)字輸入、輸出個(gè)各32點(diǎn)；RWw、RWr分別指模擬輸入及模擬輸出，CC-LINK中模擬變量采取字傳送，每邏輯站可傳送模擬輸入、輸出個(gè)各4點(diǎn)。邏輯站的意義在于組網(wǎng)時(shí)，須考慮最大站數(shù)不得超過64個(gè)，對(duì)于不同的模塊占用的站數(shù)情形如下：遠(yuǎn)程I/O模塊（遠(yuǎn)程I/O站）占用1個(gè)邏輯站；本地站占用4個(gè)邏輯站；模 模擬轉(zhuǎn)換模塊（遠(yuǎn)程裝置站）占用2個(gè)邏輯站。 筆架山水廠泵房控制系統(tǒng)軟件流程如下圖四所示： 本應(yīng)用系統(tǒng)是針對(duì)深圳市自來水公司筆架山水廠泵房?jī)?nèi)設(shè)備。應(yīng)用CC-LINK現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品后，最明顯的優(yōu)點(diǎn)是： ⑴ 泵房?jī)?nèi)自動(dòng)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)速度高達(dá)2.5Mbps（100m時(shí)），數(shù)據(jù)采集速度快，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間短，提高了控制精度和可靠性。 ⑵ 系統(tǒng)抗干擾能力明顯增強(qiáng)。 ⑶ 布線簡(jiǎn)單，故障診斷定位快速。 ⑷ 控制系統(tǒng)的引入，較大程度地減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。 ⑸ 故障自動(dòng)隔離。當(dāng)一個(gè)從站或智能儀表故障時(shí)系統(tǒng)可自動(dòng)分離此站，不影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行。 ⑹ 系統(tǒng)擴(kuò)展方便。增加站或備用站可在線連于網(wǎng)絡(luò)上，只需將其設(shè)為保留站即可。 ⑺ 與其它品牌設(shè)備互連性強(qiáng)，本系統(tǒng)將CC-LIN連在MODBUS網(wǎng)絡(luò)上，顯示出網(wǎng)間連接性能穩(wěn)定，數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確及時(shí)。對(duì)于解決不同品牌設(shè)備互連的問題提供了解決辦法。 圖四 筆架山水廠泵房控制系統(tǒng)軟件流程圖 本應(yīng)用系統(tǒng)所采用的FCS模式比以往的DCS或PLCS模式更先進(jìn)、更可靠。隨著時(shí)間的推移，相信在我國(guó)自來水行業(yè)使用現(xiàn)場(chǎng)總線模式越來越多，后來者居上是歷史發(fā)展的必然趨勢(shì)。