【摘 要】:本文主要描述CC-Link通信網(wǎng)絡(luò)在隧道掘進(jìn)設(shè)備中的應(yīng)用，對影響通信的電磁干擾傳播途徑和騷擾類型作了一定的論述。
【關(guān)鍵詞】: CC-Link、PLC、隧道掘進(jìn)設(shè)備
飛機(jī)、導(dǎo)彈、宇宙飛船等“上天”裝備對自動控制系統(tǒng)的要求是眾所周知的，而隧道掘進(jìn)設(shè)備對自動控制系統(tǒng)的要求大家還比較陌生，俗話說“上天入地”，隧道掘進(jìn)設(shè)備就是一種特殊的“入地”裝備，隧道掘進(jìn)設(shè)備的自動化控制與其他行業(yè)的自動化控制相比具有技術(shù)難度高、工作環(huán)境惡劣、PLC應(yīng)用歷史短、系統(tǒng)故障引起的危害可能波及地面建筑等特點，許多工程實例說明隧道掘進(jìn)設(shè)備自動控制系統(tǒng)的任何小故障都有可能放大為大事故，由此可見隧道掘進(jìn)設(shè)備對自動控制系統(tǒng)要求有多高。
隧道掘進(jìn)設(shè)備是一種存在振動的移動設(shè)備，它工作時會產(chǎn)生高溫、高濕、高塵、高電磁干擾，幾乎所有對自動控制系統(tǒng)不利的工作條件在隧道掘進(jìn)設(shè)備中都存在，許多廠商的自動化元件在隧道掘進(jìn)設(shè)備中應(yīng)用時都或多或少發(fā)生過誤動作，三菱電機(jī)的CC-Link通信網(wǎng)絡(luò)和Q系列PLC在隧道掘進(jìn)設(shè)備應(yīng)用時還沒有發(fā)現(xiàn)誤動作，最近的一次實例是用于地鐵二號線古北路站至中山公園站區(qū)間隧道施工的隧道掘進(jìn)設(shè)備。該隧道掘進(jìn)設(shè)備自動控制系統(tǒng)具有如下二個特點：
①PLC輸入輸出點數(shù)多，開關(guān)量近1000點、模擬量100點以上。
②PLC站間通信采用通信網(wǎng)絡(luò)，PLC系統(tǒng)一次設(shè)計、分步實施，主PLC、1#PLC、2#PLC、3#PLC為基本PLC，4#PLC、5#PLC、6#PLC為擴(kuò)展PLC，根據(jù)工程需要選用。
1、CC-Link通信網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)
CC-Link通信網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)如下圖所示：主PLC為CC-Link網(wǎng)絡(luò)控制PLC、1#PLC、2#PLC、3#PLC掛在CC-Link上組成隧道掘進(jìn)設(shè)備分區(qū)域集散控制系統(tǒng)，承擔(dān)隧道掘進(jìn)設(shè)備的基本控制任務(wù)；4#PLC、5#PLC、6#PLC是隧道掘進(jìn)設(shè)備自動控制系統(tǒng)的擴(kuò)展部分，承擔(dān)可以獨立運行的單體設(shè)備的控制任務(wù)，它們根據(jù)需要掛上CC-Link通信網(wǎng)絡(luò)。
1#PLC接受主PLC的操作指令，接受主PLC、2#PLC、3#PLC送到CC-Link通信網(wǎng)絡(luò)上的開關(guān)量信號和模擬量信號，控制隧道掘進(jìn)設(shè)備2#臺車與3#臺車的設(shè)備，向CC-Link通信網(wǎng)絡(luò)上傳2#臺車與3#臺車的開關(guān)量信號和模擬量信號。共有DI128點、DO64點、AI8點，采用三菱電機(jī)的Q系列PLC。
2#PLC接受主PLC的操作指令，接受主PLC、1#PLC、3#PLC送到CC-Link通信網(wǎng)絡(luò)上的開關(guān)量信號和模擬量信號，控制隧道掘進(jìn)設(shè)備4#臺車與5#臺車的設(shè)備，向CC-Link通信網(wǎng)絡(luò)上傳4#臺車與5#臺車的開關(guān)量信號和模擬量信號。共有DI64點、DO32點、AI8點，采用三菱電機(jī)的Q系列PLC。
3#PLC接受主PLC的操作指令，接受主PLC、1#PLC、2#PLC送到CC-Link通信網(wǎng)絡(luò)上的開關(guān)量信號和模擬量信號，控制隧道掘進(jìn)設(shè)備本體和拼裝區(qū)域的設(shè)備，向CC-Link通信網(wǎng)絡(luò)上傳設(shè)備本體和拼裝區(qū)域的開關(guān)量信號和模擬量信號。共有DI128點、DO128點、AI24點、AO8點，采用三菱電機(jī)的Q系列PLC。
4#PLC有二種控制模式，在就地控制模式下可以獨立運行，在遠(yuǎn)程控制模式下接受主PLC的操作指令，向CC-Link通信網(wǎng)絡(luò)上傳4#PLC采集到的開關(guān)量信號和模擬量信號。共有DI24點、DO16點、AI16點，采用三菱電機(jī)的FX系列PLC。
5#PLC有DI24點、DO16點、AI8點，采用三菱電機(jī)的FX系列PLC，本次區(qū)間隧道施工未用。
6#PLC有DI24點、DO16點，采用三菱電機(jī)的FX系列PLC，本次區(qū)間隧道施工未用。
主PLC接受來自HMI和指令元件的操作指令，直接控制隧道掘進(jìn)設(shè)備1#臺車的設(shè)備，接受1#PLC、2#PLC、3#PLC、4#PLC送到CC-Link通信網(wǎng)絡(luò)上的開關(guān)量信號和模擬量信號，向CC-Link通信網(wǎng)絡(luò)下傳1#臺車的開關(guān)量信號和模擬量信號，向1#PLC、2#PLC、3#PLC、4#PLC發(fā)出操作指令，與上位計算機(jī)進(jìn)行通信。共有DI160點、DO96點、AI16點、AO40點，采用三菱電機(jī)的Q系列PLC。
2、CC-Link應(yīng)用時解決的主要技術(shù)問題CC-Link應(yīng)用時解決了二大技術(shù)難題，一是抗高電磁干擾，二是遠(yuǎn)程通信。下面我們分別敘述。
2.1、解決高電磁干擾，提高PLC系統(tǒng)可靠性。
高溫、高濕、高塵及振動等不利條件影響PLC系統(tǒng)可靠性比較容易解決，而高電磁干擾影響PLC系統(tǒng)可靠性很難解決，可以毫不夸張地認(rèn)為抗電磁干擾水平的高低決定了隧道掘進(jìn)設(shè)備PLC應(yīng)用水平的高低，決定了PLC系統(tǒng)可靠性的高低。對于電磁干擾三菱電機(jī)通常推薦強(qiáng)電回路的接地點與弱電回路的接地點分開，雙絞電纜的屏蔽層接地，可是隧道掘進(jìn)設(shè)備無法像工廠和樓宇那樣將強(qiáng)電回路接地點與弱電回路接地點分開，三菱電機(jī)推薦的雙絞電纜屏蔽層接地抗電磁干擾方法不僅不能抗電磁干擾，與此相反還引入了電磁干擾，這是隧道掘進(jìn)設(shè)備的特點所決定的。
大多數(shù)隧道掘進(jìn)設(shè)備通常在直徑5～6米、長20～30米的狹窄空間內(nèi)分布著功率數(shù)百千瓦的用電裝置，這些用電裝置產(chǎn)生的電磁干擾通過傳導(dǎo)、輻射、感應(yīng)三種途徑干擾CC-Link通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸媒介——雙絞電纜，我們采用三種不同的方法解決。隧道掘進(jìn)設(shè)備的傳導(dǎo)騷擾主要通過共地阻抗耦合，我們采用屏蔽層不接地的方法切斷傳導(dǎo)騷擾；至于輻射騷擾我們采取了二條措施切斷騷擾：一是加強(qiáng)輻射源的屏蔽工作，大功率的用電裝置用單獨的接地線與主接地點連接，二是增加間隔距離，雙絞電纜盡可能遠(yuǎn)離輻射源；隧道掘進(jìn)設(shè)備的感應(yīng)騷擾主要通過磁場耦合，質(zhì)量優(yōu)良的雙絞電纜能夠切斷感應(yīng)騷擾。由于分析清楚了隧道掘進(jìn)設(shè)備電磁干擾的傳播途徑及騷擾類型，對癥下藥采取與三菱電機(jī)推薦不同的方法，很好地解決了高電磁干擾問題，保證CC-Link正常通信，保證了PLC系統(tǒng)的正常工作。
2.2、解決遠(yuǎn)程通信，提高PLC系統(tǒng)的可用性和可維護(hù)性。
記得三菱電機(jī)推出CC-Link時是用于A系列PLC和QnA系列PLC，不知什么原因其網(wǎng)內(nèi)通信和遠(yuǎn)程通信總不能滿足使用需求，我們曾經(jīng)長期排斥使用CC-Link，但是這種情況到了三菱電機(jī)推出Q系列PLC發(fā)生了180 改變，我們現(xiàn)在準(zhǔn)備在隧道掘進(jìn)設(shè)備上逐漸采用CC-Link，新設(shè)計的隧道掘進(jìn)設(shè)備一般全部使用CC-Link。
用于地鐵二號線古北路站至中山公園站區(qū)間隧道施工的隧道掘進(jìn)設(shè)備硬件使用Q系列PLC、站間通信使用CC-Link，軟件使用GPPW，實現(xiàn)了異地計算機(jī)對CC-Link網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任意一臺PLC進(jìn)行程序遠(yuǎn)程修改、遠(yuǎn)程監(jiān)視、遠(yuǎn)程調(diào)試，使我們能夠在異地遠(yuǎn)程進(jìn)行設(shè)備調(diào)試、設(shè)備控制、故障診斷，極大地提高PLC系統(tǒng)的可用性和可維護(hù)性。
3、隧道掘進(jìn)設(shè)備應(yīng)用CC-Link的主要優(yōu)點① CC-Link通信網(wǎng)絡(luò)抗電磁干擾能力強(qiáng)，電磁兼容性好，適合在高電磁干擾的隧道掘進(jìn)設(shè)備中使用。
② CC-Link通信網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性好，適合隧道掘進(jìn)設(shè)備柔性配置的需要。
③ CC-Link通信網(wǎng)絡(luò)通信速度快，滿足隧道掘進(jìn)設(shè)備的實時性需求。
④ CC-Link通信數(shù)據(jù)量大，無需編程就能將16個字、128位上傳至通信網(wǎng)絡(luò)，基本滿足隧道掘進(jìn)設(shè)備站間通信的需求。同時對于個別通信量特別大的站，使用CC-Link的瞬間傳送功能解決，保證大容量數(shù)據(jù)通信。
⑤ CC-Link通信網(wǎng)絡(luò)使用方便，可以在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任意一臺Q系列PLC上連接計算機(jī)調(diào)試、監(jiān)視、修改網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其它Q系列PLC的程序。
⑥ CC-Link通信網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程通信能力強(qiáng)，可以不用任何特殊通信軟件在異地計算機(jī)上與網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任意一臺Q系列PLC進(jìn)行通信（調(diào)試、監(jiān)視、修改程序）。
(本文獲得首屆CC-Link征文活動三等獎)
