開放式現(xiàn)場總線CC-Iink綜述

　　雖然CC—Link在中國的市場表現(xiàn)良好，國內(nèi)已經(jīng)存在大量廣泛的應用和一些合作伙伴，但是關于CC—Link的全貌的介紹相對較少。

　　作為包容了現(xiàn)場總線最新技術的CC—Link，其先進的技術性能和特點非常鮮明。有必要逐步向廣大的用戶和合作伙伴及中國的工程技術人員，介紹CC—Link有關技術和應用情況。使CC—Link的技術為更多的業(yè)內(nèi)人士所了解，為中國的現(xiàn)場總線的發(fā)展，提供有益的參考。

　　一、開放式現(xiàn)場總線CC—Link技術背景和CLPA

　　在1996年11月，以三菱電機為主導的多家公司以“多廠家設備環(huán)境、高性能、省配線”理念開發(fā)、公布和開放了現(xiàn)場總線CC—Link，第一次正式向市場推出了CC—Link這一全新的現(xiàn)場網(wǎng)絡。并于1997年獲得日本電機工業(yè)會(JEMA)頒發(fā)的杰出技術成就獎。

　　CC—Link是Control & Communication Link(控制與通信鏈路系統(tǒng))的簡稱。即：在工控系統(tǒng)中，可以將控制和信息數(shù)據(jù)同時以lOMbps高速傳輸?shù)默F(xiàn)場網(wǎng)絡。CC—Link具有性能卓越、應用廣泛、使用簡單、節(jié)省成本等突出優(yōu)點。作為開放式現(xiàn)場總線，CC—Link是唯一起源于亞洲地區(qū)的總線系統(tǒng)，CC—Link的技術特點尤其適合亞洲人的思維習慣。

　　隨著1998年，汽車行業(yè)的馬自達、五十鈴、雅馬哈、通用、鈴木等成為CC-Link的用戶，CC—Link迅速進入中國市場。1999年，銷售的實績已超過17萬個節(jié)點，2001年達到了72萬個節(jié)點，到2001年累計量達到了150萬，其增長勢頭迅猛，在亞洲市場占有份額超過15%(據(jù)美國工控專業(yè)調(diào)查機構(gòu)ARC調(diào)查)，受到亞、歐、美、日等客戶的高度評價。

　　為了使用戶能更方便地選擇和配置自己的CC—Link系統(tǒng)，2000年11月，CC—Link協(xié)會(CC—Link PartnerAssociation簡稱CLPA)在日本成立。主要負責CC—Link在全球的普及和推進工作。為了全球化的推廣能夠統(tǒng)一進行，CLPA(CC—Link協(xié)會)在全球設立了眾多的駐點，分布在美國、歐洲、中國、中國臺灣、新加坡、韓國等國家和地區(qū)，負責在不同地區(qū)在各個方面推廣和支持CC—Link用戶和成員的工作。

　　CLPA現(xiàn)有“Woodhead”、“Contec”、“Digital”、“NEC’、“松下電工”、“idec”和“三菱電機”等7個常務理事會員。到2002年4月底，CLPA在全球擁有250多家會員公司，其中包括浙大中控、中科軟大等等幾家中國大陸地區(qū)的會員公司。

　　二、CC—Link的通訊原理

　　CC—Link的底層通訊協(xié)議遵循RS485，具體的通訊方式請參照圖1。

　　CC—Link提供循環(huán)傳輸和瞬時傳輸2種通信方式。一般情況下，CC—Link主要采用廣播—輪詢(循環(huán)傳輸)的方式進行通訊。具體的方式是：主站將刷新數(shù)據(jù)(RY/RWw)發(fā)送到所有從站，與此同時輪詢從站1;從站1對主站的輪詢作出響應(RX/RWr)，同時將該響應告知其它從站;然后主站輪詢從站2(此時并不發(fā)送刷新數(shù)據(jù))，從站2給出響應，并將該響應告知其它從站;依此類推，循環(huán)往復。廣播—輪詢時的數(shù)據(jù)傳輸幀格式請參照圖2，該方式的數(shù)據(jù)傳輸率非常高。

　　除了廣播—輪詢方式以外，CC—Link也支持主站與本地站、智能設備站之間的瞬時通訊。從主站向從站的瞬時通訊量為150字節(jié)/數(shù)據(jù)包，由從站向主站的瞬時通訊量為34字節(jié)/數(shù)據(jù)包。瞬時傳輸時的數(shù)據(jù)傳輸幀格式請參照圖3，由此可見瞬時傳輸不會對廣播輪詢的循環(huán)掃描時間造成影響。

　　所有主站和從站之間的通訊進程以及協(xié)議都由通訊用DSI—MFP(Mitsubishi Field Network Processor)控制圖4，其硬件的設計結(jié)構(gòu)決定了CC—Link的高速穩(wěn)定的通訊。

　　三、CC—Link的卓越性能

　　一般工業(yè)控制領域的網(wǎng)絡分為3到4個層次，分別是上位的管理層，控制層和部件層。部件層也可以再細分為設備層和傳感器層，CC—link是一個以設備層為主的網(wǎng)絡，同時也可以覆蓋較高層次的控制層和較低層次的傳感器層。

　　1、CC—Link的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

　　現(xiàn)場總線CC—Link的一般系統(tǒng)構(gòu)成如圖5所示：

　　一般情況下，CC—Link整個一層網(wǎng)絡可由1個主站和64個子站組成，它采用總線方式通過屏蔽雙絞線進行連接。網(wǎng)絡中的主站由三菱電機FX系列以上的PLC或計算機擔當，子站可以是遠程I/O模塊、特殊功能模塊、帶有CPU的PLC本地站、人機界面、變頻器、伺服系統(tǒng)、機器人以及各種測量儀表、閥門、數(shù)控系統(tǒng)等現(xiàn)場儀表設備。如果需要增強系統(tǒng)的可靠性，可以采用主站和備用主站冗余備份的網(wǎng)絡系統(tǒng)構(gòu)成方式。采用第三方廠商生產(chǎn)的網(wǎng)關還可以實現(xiàn)從CC—Link到PSI、S—Link、Unit—wire等等網(wǎng)絡的連接。

　　2、CC—Link的傳輸速度和距離

　　CC—Link具有高速的數(shù)據(jù)傳輸速度，最高可以達到10Mbps，其數(shù)據(jù)傳輸速度隨距離的增長而逐漸減慢，傳輸速度和距離的具體關系如表1所示。

　　CC—Link的中繼器目前有多種：一種為T型分支中繼器M65SBT—RFr，每增加一個距離延長一倍。一層網(wǎng)絡最多可以使用10個。第二種為光中繼器M65SBT—RPS或AJ65SBT—RPG，用光纜延長，因此在一些比較容易受干擾的環(huán)境可以采用。光中繼器要成對使用，每一對M65SBT—RPS之間的延長、距離為1公里，最多可以使用4對;每一對 AJ65SBT—RPG之間的延長距離為2公里，最多可以使用2對。第三種為空間光中繼器AJ65BT—RPI—10A/AJ65BT—RPI—10B，采用紅外線無線傳輸的方式，在布線不方便，或者連接設備位置會移動的場合使用?？臻g光中繼器也必須成對使用，兩者之間的距離不能超過200米，還有一些方便接線的中繼器和與其他網(wǎng)絡相連的網(wǎng)關和網(wǎng)橋。

　　CC—Link提供了110歐姆和130歐姆兩種終端電阻，用于避免因在總線的距離較長、傳輸速度較快的情況下，由于外界環(huán)境干擾出現(xiàn)傳輸信號的奇偶校驗出錯等傳輸質(zhì)量下降的情況。

　　3、CC—Link實現(xiàn)高速大容量的數(shù)據(jù)傳榆

　　CC—Link提供循環(huán)傳輸和瞬時傳輸2種方式的通信。

　　每個內(nèi)存站循環(huán)傳送數(shù)據(jù)為24字節(jié)，其中8字節(jié)(64位)用于位數(shù)據(jù)傳送，16字節(jié)(4點RWr、4點RWw)用于字傳送。一個物理站最大占用4個內(nèi)存站，故一個物理站的循環(huán)傳送數(shù)據(jù)為96個字節(jié)。

　　對于CC—Link整個網(wǎng)絡而言，其循環(huán)傳輸每次鏈接掃描的最大容量是2048位和512字。在循環(huán)傳輸數(shù)據(jù)量不夠用的情況下，CC—Link提供瞬時傳輸功能，可將960字節(jié)的數(shù)據(jù)，用指令傳送給目標站。

　　CC—Link在連接64個遠程I/O站、通信速度為10Mbps的情況下，循環(huán)通信的鏈接掃描時間為3.7毫秒。穩(wěn)定快速的通信速度是CC—Link的最大優(yōu)勢。

　　4、CC—Link豐富的功能

　　1)自動刷新功能、預約站功能

　　CC—Link網(wǎng)絡數(shù)據(jù)從網(wǎng)絡模塊到CPU是自動刷新完成，不必有專用的刷新指令;安排預留以后需要掛接的站，可以事先在系統(tǒng)組態(tài)時加以設定，當此設備掛接在網(wǎng)絡上時，CC—Link可以自動識別，并納入系統(tǒng)的運行，不必重新進行組態(tài)，保持系統(tǒng)的連續(xù)工作，方便設計人員設計和調(diào)試系統(tǒng)。

　　2)完善的RAS功能

　　RAS是Reliability(可靠性)、Availability(有效性)、Serviceability(可維護性)的縮寫。例如故障子站自動下線功能、修復后的自動返回功能、站號重疊檢查功能、故障無效站功能、網(wǎng)絡鏈接狀態(tài)檢查功能、自診斷功能等等，提供了一個可以信賴的網(wǎng)絡系統(tǒng)，幫助用戶在最短時間內(nèi)恢復網(wǎng)絡系統(tǒng)。

　　3)互操作性和即插即用功能

　　CC—Link提供給合作廠商描述每種類型產(chǎn)品的數(shù)據(jù)配置文檔。這種文檔稱為內(nèi)存映射表，用來定義控制信號和數(shù)據(jù)的存儲單元(地址)。然后，合作廠商按照這種映射表的規(guī)定，進行CC—Link兼容性產(chǎn)品的開發(fā)工作。以模擬量I/O開發(fā)工作表為例，在映射表中位數(shù)據(jù)RX0被定義為“讀準備好信號”，字數(shù)據(jù)RWt0被定義為模擬量數(shù)據(jù)。由不同的 A公司和B公司生產(chǎn)的同樣類型的產(chǎn)品，在數(shù)據(jù)的配置上是完全一樣的;用戶根本不需要考慮在編程和使用上A公司與B公司的不同，另外，如果用戶換用同類型的不同公司的產(chǎn)品，程序基本不用修改?？蓪崿F(xiàn)“即插即用”連接設備

　　4)循環(huán)傳送和瞬時傳送功能

　　CC—Link的2種通信的模式：循環(huán)通信和瞬時通信。循環(huán)通信是數(shù)據(jù)一直不停地在網(wǎng)絡中傳送，數(shù)據(jù)是安站的不同類型，可以共享的，由CC—Link核心芯片MFP自動完成;瞬時通信是在循環(huán)通信地數(shù)據(jù)量不夠用，或需要傳送比較大的數(shù)據(jù)