1. Designanforderungen: Ultrafeiner, kalzinierter Ton findet aufgrund seiner hervorragenden Eigenschaften breite Anwendung in der Chemie-, Pharma-, Konsumgüter- und Haushaltschemieindustrie. China verfügt über reichhaltige Tonvorkommen, der Kalzinierungsprozess ist jedoch äußerst komplex. Kalzinierungstemperatur und -zeit beeinflussen die Eigenschaften des kalzinierten Tons maßgeblich; selbst geringfügige Änderungen der Kontrollparameter können eine ganze Toncharge unbrauchbar machen. Um diesem anspruchsvollen Kalzinierungsprozess gerecht zu werden, wurde ein Mess- und Regelsystem auf Basis eines CC-Link-Busses entwickelt, das Temperatur und Zeit in den vier Kalzinierungszonen des Ofens steuert. Dies führte zu guten Regelergebnissen und erheblichen wirtschaftlichen Vorteilen. Um die Geschwindigkeit der Datenübertragung über den CC-Link-Bus zu verbessern und Kommunikationskonflikte zu vermeiden, wurden verschiedene Sicherheitsmaßnahmen in die CC-Link-Echtzeitkommunikation implementiert, um die Stabilität und Zuverlässigkeit des CC-Link-Bus-Regelungssystems zu gewährleisten. 2. CC-Link-Eigenschaften und Netzwerksicherheit 2.1 CC-Link-Eigenschaften CC-Link (Control & Communication Link) ist ein offener Feldbus, der 1996 von Mitsubishi Electric eingeführt wurde. Er zeichnet sich durch hohe Datenkapazität und mehrstufig wählbare Kommunikationsgeschwindigkeiten aus und ist ein komplexes, offenes und hochgradig anpassungsfähiges Netzwerk, das Netzwerke von höheren Managementebenen bis hin zu niedrigeren Sensorebenen unterstützt. CC-Link ist ein geräteschichtbasiertes Netzwerk. Typischerweise besteht ein einschichtiges CC-Link-Netzwerk aus einer Masterstation und 64 Slavestationen. Die Masterstation ist eine SPS, während Slavestationen Remote-I/O-Module, Funktionsmodule, lokale Stationen mit CPUs und SPSen, HMIs, Frequenzumrichter sowie verschiedene Messgeräte, Ventile und andere Feldinstrumente sein können. CC-Link ermöglicht außerdem Verbindungen zum AS-I-Bus. CC-Link bietet eine hohe Datenübertragungsrate von bis zu 10 Mbit/s. Das zugrunde liegende Kommunikationsprotokoll von CC-Link basiert auf RS485. Im Allgemeinen verwendet CC-Link primär ein Broadcast-Polling-Verfahren für die Kommunikation. CC-Link unterstützt die sofortige Kommunikation zwischen Masterstation und lokalen Stationen sowie zwischen Smart-Device-Stationen. CC-Link zeichnet sich durch herausragende Vorteile wie hohe Leistung, breite Anwendungsmöglichkeiten, einfache Bedienung und Kosteneffizienz aus. 2.2 CC-Link-Datenkommunikationsmethoden Die CC-Link-Kommunikation lässt sich in zwei Modi unterteilen: zyklische Kommunikation und sofortige Übertragung. Zyklische Kommunikation bedeutet kontinuierlichen Datenaustausch. Zu den verschiedenen Arten des Datenaustauschs gehören Remote Input (RX), Remote Output (RY) und Remote Registers (RWr, RWw). Die Datenkapazität einer Slave-Station hängt von der Anzahl der von ihr belegten virtuellen Stationen ab. Die Belegung einer Slave-Station bedeutet die Aufnahme von 32-Bit-RX und/oder -RY, die in Vier-Wort-Schritten umgeleitet werden. Belegt ein Gerät zwei virtuelle Stationen, verdoppelt sich seine Datenkapazität. Zusätzlich zur zyklischen Kommunikation bietet CC-Link auch die Möglichkeit der sofortigen Übertragung zwischen Masterstation, lokalen Stationen und Smart-Device-Stationen. Informationen werden von der Masterstation zur Slavestation in 150-Byte-Einheiten übertragen, wobei die Übertragung in 150-Byte-Blöcken erfolgt. Bei der Datenübertragung von einer Slavestation zur Masterstation oder zu anderen Slaves beträgt die maximale Datengröße pro Block 34 Byte. Für die Sofortübertragung sind spezielle Anweisungen erforderlich. Die Sofortübertragung hat keinen Einfluss auf die Zykluszeit der Kommunikation . 2.3 Vorteile des CC-Link Mess- und Steuerungsnetzwerks: Die Vorteile von CC-Link sind: 1) Datenübertragung mit hoher Geschwindigkeit und Kapazität; 2) Topologie mit Mehrpunktzugriff, T-Verzweigung und Sternstruktur; 3) CC-Link ermöglicht verteilte Steuerung; 4) Automatische Aktualisierungsfunktion und geplante Stationsfunktion. Diese Funktion ist einzigartig für CC-Link. Bei Verwendung einer SPS als CC-Link-Masterstation verwaltet das Masterstationsmodul den Betrieb und die Datenaktualisierung des gesamten Netzwerks. Die Datenaktualisierung zwischen dem Masterstationsmodul und der SPS-CPU kann in den Masterstationsparametern konfiguriert werden. Dadurch werden alle Netzwerkkommunikationsdaten und Systemüberwachungsdaten automatisch an die SPS-CPU übertragen, ohne dass ein Aktualisierungsprogramm geschrieben werden muss. Dies macht die Berücksichtigung der Struktur und Datentypzuordnung des Pufferregisterbereichs des CC-Link-Masterstationsmoduls überflüssig, vereinfacht die Programmieranweisungen, reduziert die Programmausführungsschritte, verkürzt den Scanzyklus und gewährleistet den Echtzeitbetrieb des Systems. Die geplante Stationsfunktion bietet erhebliche Vorteile hinsichtlich der Systemskalierbarkeit und erleichtert die Systementwicklung erheblich. Die Reservierungsstationsfunktion ermöglicht es CC-Link, Systeminformationen (Stationstyp, Datennutzung, Stationsnummer usw.) von Geräten, die aktuell nicht mit dem Netzwerk verbunden sind, aber zukünftig während der Netzwerkkonfiguration verbunden werden sollen, vorzuregistrieren. Die entsprechenden Programme können ebenfalls im Voraus geschrieben werden, sodass diese reservierten Stationen nach der Netzwerkverbindung automatisch ohne erneute Konfiguration den Betrieb aufnehmen. Darüber hinaus kann CC-Link auch dann normal funktionieren, wenn die reservierten Stationen nicht mit dem Netzwerk verbunden sind. 5) Umfassende RAS-Funktionalität: RAS steht für Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und Wartungsfreundlichkeit. Die Backup-Masterstationsfunktionalität, die Online-Ersatzfunktionalität, die automatische Kommunikationswiederherstellungsfunktionalität, die Netzwerküberwachungsfunktionalität und die Netzwerkdiagnosefunktionalität gewährleisten ein zuverlässiges Netzwerksystem und helfen Benutzern, das Netzwerksystem in kürzester Zeit wiederherzustellen. 6) Störfestigkeit und Kompatibilität 7) Interoperabilität und Plug & Play 8) Sofortige Übertragungsfunktion. Kurz gesagt: CC-Link bietet Anwendern einfachste Methoden und Maßnahmen für Nutzung und Wartung. Einfache Konfiguration: Systemkonfiguration und Datenaktualisierung lassen sich durch einfaches Einstellen der entsprechenden Parameter in der Parametertabelle (oder über eine spezielle Konfigurationssoftware) vornehmen. Einfache Verkabelung: Es müssen lediglich die drei Adern des 3-adrigen verdrillten Adernpaares gemäß DA, DB und DG sowie die Schirmung und der Abschlusswiderstand angeschlossen werden. Damit ist die allgemeine Systemverkabelung abgeschlossen. Einfache Einrichtung: Jedes kompatible CC-Link-Gerät verfügt über eine CC-Link-Schnittstellenkarte. Für jede Station müssen Stationsnummer, Geschwindigkeit und zugehörige Informationen eingestellt werden. Diese Einstellungen erfolgen über Schalter an den Schnittstellenmodulen. Einfache Wartung: Dank seiner überlegenen Leistung und der umfangreichen RAS-Funktionen bietet CC-Link hohe Sicherheit für komfortable Wartung und zuverlässigen Betrieb. Die Überwachungs- und Selbsttestfunktionen vereinfachen die Wartung und die Wiederherstellung des CC-Link-Systems nach einem Fehler. 3 Systemdesign 3.1 Systemzusammensetzung Um die Sicherheit und Zuverlässigkeit des gesamten Steuerungssystems zu verbessern, werden redundante Systeme eingesetzt. In einem Dual-Host-System sind beide Hosts gleichwertig und können sich gegenseitig auf Betriebszustände und Netzwerkkonflikte überwachen sowie Statusinformationen austauschen. Wird ein Fehler im System oder der Netzwerkverbindung des anderen Hosts erkannt, übernimmt der überwachende Host umgehend die Mess- und Steuerungsaufgaben und gewährleistet so jederzeit die Integrität und den Normalbetrieb des Hostsystems. Solange die Sicherheit von Host und Netzwerk gewährleistet ist, ist auch das Steuerungssystem sicher und die Echtzeitfähigkeit sichergestellt. Beide redundanten Hosts sind mit einer PCI-Bus-CC-Link-Netzwerkkarte A80BD(E)-JB1BT13 ausgestattet. Die Hosts sind identisch konfiguriert, um eine ähnliche mittlere Betriebsdauer bis zum Ausfall (MTTF) und mittlere Betriebsdauer bis zum Ausfall (MTBF) zu gewährleisten. Dies entspricht dem Prinzip der Systemähnlichkeit und garantiert die Sicherheit des Steuerungssystems. Die Slave-Station verwendet eine intelligente AnSH-SPS-Steuereinheit, deren Hauptfunktion die Verwaltung der Port-I/O-Operationen von AD, DA und DI/DO sowie die Einstellungen der Zähl- und Zeitmessmodule ist. Sie ist außerdem für das Hochladen der erfassten Daten auf die Master-Station und die Übertragung der von der Master-Station erhaltenen Steuerparameter an die AO- und DO-Module zur Ansteuerung der entsprechenden Ausführungsstrukturen zuständig. Die Module AD, DA, DI/DO und Zähl-/Zeitmessmodule dienen der Temperaturerfassung im Kalzinierungsofen, der Bereitstellung eines 0-10-V-Steuersignals für den Frequenzumrichter zur Steuerung der Rotation des Drehstrom-Asynchronmotors, der Steuerung des Motorstarts und -stopps, der Überwachung des Status des Steuerschalters und der Steuerung der Rotationszeit des Drehstrom-Asynchronmotors. Die ausgewählten Module sind: ★ Analogeingang: AJ65BT-64AD, ★ Analogausgang: AJ65BT-64DAV, ★ Digitaler Ein-/Ausgang: AJ65BTB2-16DR, ★ Thermoelement-Eingang: AJ65TB-68TD, ★ Hochgeschwindigkeitszähler: AJ65BT-D62. Die vier Slave-Stationen sind identisch konfiguriert und steuern jeweils eine Produktionslinie. Um das System in ein Mess- und Steuerungssystem mit Mess-, Steuerungs- und Managementfunktionen zu integrieren, sind die Produktions-Online-Datenbank sowie der Server für Steuerungsparameter und Prozessdatenbank in das Werkstatt-Intranet eingebunden. Der Produktions-Online-Datenbankserver dient hauptsächlich der Personalverwaltung, der Produktionsplanung und der Überwachung des Produktionsfortschritts. Der Prozessdatenbankserver erfasst Produktionsprozessparameter, zeitgesteuerte Messdaten wichtiger Abschnitte und Anlagen, Ausfallwahrscheinlichkeiten usw. und unterstützt so das Produktionsmanagement. Die Designfunktionen des Gesamtprogramms sind wie folgt: 3.2 Systemfunktionen: (1) Netzwerk: Das gesamte Überwachungssystem nutzt den CC-Link-Feldbus, der Felddaten mit hoher Geschwindigkeit an die Masterstation zur Verwaltung überträgt. (2) Masterstation und Slave-Stationen: Eine Mitsubishi-SPS der A-Serie verwaltet das CC-Link-Netzwerk, sendet Daten zur Analyse an den Host-PC und leitet die von der Leitwarte erteilten Anweisungen an die Feld-Slave-Stationen weiter. (3) PC-Einheit: Der PC übermittelt die Betriebsanweisungen über die SPS der Slave-Station 1 an die Befehlsausführungseinheit zur Ausführung der Operationen. Die Fernausführungseinheit übermittelt den Betriebsstatus über die SPS der Slave-Station an den PC. Der PC zeigt den Betriebsstatus (Ein, Aus, Alarm) aller Steuerungen in der Werkstatt zur Überwachung durch die Bediener an. Bei Empfang von Alarm- und Anlagenstillstandsmeldungen gibt der PC umgehend eine Fehlermeldung aus und protokolliert die Zeit. Er zählt außerdem die Anlagenstillstandszeit und gibt Sprachansagen über die Lautsprecher der Soundkarte aus. (4) Um die Übertragung großer Datenmengen innerhalb des Systems zu gewährleisten, werden die Parametererfassung und -steuerung jeder Produktionslinie über eine CC-Link-Slave-Station realisiert. Alle Mess- und Steuerungsparameter werden über CC-Link an die Slave-Station übermittelt. 4. Fazit : CC-Link-Netzwerke haben sich aufgrund ihrer zahlreichen Vorteile und der Unterstützung vieler Hersteller im Bereich der Steuerungstechnik etabliert und werden von Anwendern hoch geschätzt. Insbesondere im Vergleich zu herkömmlichen Steuerungsmethoden bieten sie unübertroffene Vorteile bei Systemdesign, Installation, Inbetriebnahme, Wartung und Erweiterung. Daher ist der erfolgreiche Einsatz von CC-Link im Bereich der Echtzeitsteuerung von besonderer Bedeutung.