CC-Link星型拓扑在环形线上的应用

摘 要：

介绍了CC-Link在环形生产线上应用的案例，使用基于三菱QPLC的CC-Link星型网络拓扑结构在一条发动机环形线上构建现场网络控制系统，满足现场网络需要的较高响应性和扩展性。

0 引言

在F工厂内原有的发动机搬运合装依靠大量人力和AGV搬送，使用劳动力比较多；同时AGV故障率较高，工人劳动强度较大，无法满足新车型快速迭代及生产节拍提升的需要[1-2]。为解决上述问题，需要采用新控制系统方案取代现有的控制系统，并满足发动机上料和发动机上装在同一循环圈内的硬性要求，重新设计新的控制系统。

1 CC-Link网络拓扑类型

CC-Link具有高速现场网络、较高的远程模块输入/输出响应性、自由的扩展性，现场网络通信速度最高可达10 Mb/s。远程网络模块具有较宽的扩展性，最高可达64个站点；远程模块输入/输出最多有8 192点；远程可写入寄存器数量为2 048个字；可读取寄存器数量为2 048个字。CC-Link网络能避免现场复杂的配线作业，提高配线质量，同时CC-Link具有开放性、高速性、抗干扰性、组态简单、容易施工等特点。其网络拓扑模式有两种：一种是直接串联拓扑，另外一种是星型连接拓扑。两种拓扑各有不同的特性，其中以直接串联型网络拓扑模式更为常见（图1）。

1.1 CC-Link直接串联网络拓扑特点

CC-Link直接串联网络拓扑结构，顾名思义就是一根专用的网络线把所有的远程模块、远程智能站等串联在网络线上，终端电阻连接在网络线的两端。现场施工方面，有着如下特点：

（1）可以从任意站点号连接CC-Link电缆。

（2）终端电阻直接连接到网络两个末端模块的DA、DB线上。

（3）使用的CC-Link电缆不同，终端电阻也不同。使用CC-Link专用电缆，终端电阻是110Ω、1/2 W；使用CC-Link专用高性能电缆，终端电阻是130Ω、1/2 W。

（4）主站可以在两端之外的任意点上连接。

（5）不允许星型连接。

（6）通信速度可以是10 Mb/s、5 Mb/s、2.5 Mb/s、625 kb/s、156 kb/s。

（7）两个站点之间距离需要大于20 cm。当通信速度最大为10 Mb/s时，CC-Link的通信距离为100 m；当通信速度最小为156 kb/s时，通信距离可达1 200 m。

1.2 CC-Link星型网络拓扑特点

星型网络拓扑并非采用直线串联型连接，而是用与直线串联型连接不一样的T型连接，其网络通信速度和网络通信距离是有限制的[3]，在实际应用中很少见，终端电阻是连接在主干线的两端（图2）。

CC-Link星型连接有以下特点：

（1）通信速度只能是625 kb/s、156 kb/s。

（2）主干线通信距离有两种可用：625 kb/s为50 m，156 kb/s为200 m。

（3）每条支线最大长度为8 m，支线最大站点数为6个。

（4）可以使用CC-Link专用电缆，但不可以使用CC-Link专用高性能电缆。

（5）终端电阻只能是110Ω，且连接方式如图3所示。

2 发动机合装CC-Link网络控制技术总体方案简介

本案例正是运用上述CC-Link星型网络拓扑特点设计的一个新环形系统。方案要求在一个固定位置上进行发动机部件上料，在另外一个随行位置上进行发动机合装（把发动机安装到车体内部）。在发动机合装点要求每个自行小车一边跟随主线速度前进，一边上升到车体内部进行安装，以实现发动机自动上装的目的（图4）。

2.1 主要控制部件选择方案

（1）本次总线体长度不超过50 m，可以采用CC-Link星型连接最高速625 kb/s进行网络组态；每个支线（即自行小车的总高度）长度不超过3 m，每个支线（每台自行小车需要网络模块）远程网络模块站点数不超过5个；满足CC-Link星型网络基本设计要求。

（2）PLC模块选择：采用模块组件思路。主站采用Q04UDEH+QJ61BT11N CC-Link主站。每台自行小车因所需控制的信号比较多，采用一个FX5UC+FX5-CCL-M+输入/输出模块，FX5U-CCL-MS做从站与主站QJ61BT11N连接。自行小车支线网络通过集电子与滑触线（作为CC-Link主干线）连接到CC-Link主站。

（3）自行小车动力提供方式：环形线轨道上分布着一排滑触线，上面主要是AC380 V动力电滑触线，下方主要是CC-Link网络通信及其他信号等低压滑触线[4]。自行小车直接从滑触线上取得AC380 V提供给自身作为动力电，并转化为DC24 V提供给小车控制使用。下方的CC-Link滑触线作为整个网络主干线连接到各个自行小车的FX5U-CCL-MS模块上。

2.2 总体网络结构

由于终端电阻只能接在整个网络的两端（图5），所以本方案设计其中一个终端电阻连接在地面的主站上，另外一个终端电阻连接到图4中的E处。其他变频马达等根据机械设计参数进行选型。

3 应用效果

最后案例结果如图6所示，从使用效果来看基本满足设计需求，在F工厂基本实现了发动机从上料到合装工序之间的自动化过程。

但实际运行中还存在一些问题，其中一个就是CC-Link网络在滑触线上没有受到屏蔽保护。考虑到网络会受到其他强电信号的干扰，后续对网络进行了测试，测试项目如下：

（1）在CC-Link星型网络的测试中，通过SB16对各个从站连接状况进行监控，发现CC-Link总线随着马达运行总会受到一些干扰，由于干扰时间很短，从而没有触发从站掉线的报警。

（2）使用示波器对CC-Link总线进行监控，发现CC-Link通信的波形会随着变频马达的运转而变化，证明波形会因此受到一些干扰。

4 结语

本案例采用CC-Link星型网络拓扑结构解决了发动机从搬运到上装的自动化问题，减少了人为参与，提高了生产效率，对后期生产产能的提高做了预备性的扩充。

实践证明了CC-Link星型网络拓扑结构在环形线上应用的可行性，但由于CC-Link在滑触线上没有很好的屏蔽保护，在强磁场的地方（如汽车焊装车间等）可能会存在应用上的受限。目前，相关文献对星型网络组态研究比较少，而关于星型网络结构在环形线体应用的相关文献则更少，因此本文在这方面具有较高的参考应用价值。

审核编辑：汤梓红