CCLink現(xiàn)場(chǎng)總線

1、CC-LINK現(xiàn)場(chǎng)總線概述摘要CC-Link是一種開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線,其數(shù)據(jù)容量大,通信速度多級(jí)可選擇 ,而且它是一個(gè)復(fù)合的、開(kāi)放的 、適應(yīng)性強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) ,能夠適應(yīng)于較高的管理層網(wǎng)絡(luò)到較低的傳感器層網(wǎng)絡(luò)的不同范圍 。隨著計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展 , 以PLC為核心的工業(yè)控制系統(tǒng)也向著大規(guī)模、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，與此相對(duì)應(yīng)，工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品也越來(lái)越豐富，可以構(gòu)成各種檔次的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng), 以適用于各種層次的工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)的不同需求。其最具代表性的三種網(wǎng)絡(luò)為:信息與管理層的以太網(wǎng)(Ethernet)、管理與控制層的局域令牌網(wǎng)(ELSECNET/H)、CC-Link 開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備網(wǎng) 。關(guān)鍵詞 開(kāi)放式現(xiàn)

2、場(chǎng)總線；CC-Link現(xiàn)場(chǎng)總線；PLC1. 開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)背景在1996年11月，以三菱電機(jī)為主導(dǎo)的多家公司以“多廠家設(shè)備環(huán)境、高性能、省配線”理念開(kāi)發(fā)、公布和開(kāi)放了現(xiàn)場(chǎng)總線CC-Link，第一次正式向市場(chǎng)推出了CC-Link這一全新的多廠商、高性能、省配線的現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)。并于1997年獲得日本電機(jī)產(chǎn)業(yè)會(huì)（JEMA）頒發(fā)的杰出技術(shù)成就獎(jiǎng)。CC-Link是Control& Communication Link （控制與通訊鏈路系統(tǒng)）的簡(jiǎn)稱。即：在工控系統(tǒng)中，可以將控制和信息數(shù)據(jù)同時(shí)以10Mbps高速傳輸?shù)默F(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)。CC-Link具有性能卓越、應(yīng)用廣泛、使用簡(jiǎn)單、節(jié)省本錢(qián)等突出優(yōu)點(diǎn)。作為

3、開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)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(shù)特點(diǎn)尤其適合亞洲人的思維習(xí)慣。 于1998年，汽車行業(yè)的馬自達(dá)、五十鈴、雅馬哈、通用、鈴木等也成為了CC-Link的用戶，而且CC-Link迅速進(jìn)進(jìn)中國(guó)市場(chǎng)。1999年，銷售的實(shí)績(jī)已超過(guò)17萬(wàn)個(gè)節(jié)點(diǎn)，2001年達(dá)到了72萬(wàn)個(gè)節(jié)點(diǎn)，到2001年累計(jì)量達(dá)到了150萬(wàn)，其增長(zhǎng)勢(shì)頭迅猛，在亞洲市場(chǎng)占有份額超過(guò)15（據(jù)美國(guó)工控專業(yè)調(diào)查機(jī)構(gòu)ARC調(diào)查），受到亞、歐、美、日等客戶的高度評(píng)價(jià)。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(huì)（CC-Link Partner Associ

4、ation簡(jiǎn)稱CLPA）在日本成立。主要負(fù)責(zé)CC-Link在全球的普及和推進(jìn)工作。為了全球化的推廣能夠同一進(jìn)行，CLPA（CC-Link協(xié)會(huì)）在全球設(shè)立了眾多的駐點(diǎn)，分布在美國(guó)、歐洲、中國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣、新加坡、韓國(guó)等國(guó)家和地區(qū)，負(fù)責(zé)在不同地區(qū)在各個(gè)方面推廣和支持CC-Link用戶和成員的工作。 CLPA現(xiàn)在有“Woodhead”、“Contec”、“Digital”、“NEC”、“松下電工”、“idec”和“三菱電機(jī)” 等7個(gè)常務(wù)理事會(huì)員。到2002年4月底，CLPA在全球擁有250多家會(huì)員公司，其中包括浙大中控、中科軟大等等幾家中國(guó)大陸地區(qū)的會(huì)員公司。2. CC-Link現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)及功能2

5、.1 CC-Link網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)CC-Link(Control &Communication Link ,控制與通信鏈路系統(tǒng)),是三菱電機(jī)新近推出的開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線，其數(shù)據(jù)容量大,通信速度多級(jí)可選擇 ,而且它是一個(gè)以設(shè)備層為主的網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)也可覆蓋較高層次的控制層和較低層次的傳感層。一般情況下 ,CC-Link 整個(gè)一層網(wǎng)絡(luò)可由 1 個(gè)主站和 64 個(gè)從站組成。網(wǎng)絡(luò)中的主站由 PLC 擔(dān)當(dāng), 從站可以是遠(yuǎn)程I/O模塊 、特殊功能模塊 、帶有 CPU 和 PLC 本地站、人機(jī)界面、變頻器及各種測(cè)量?jī)x表 、閥門(mén)等現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)備 。且可實(shí)現(xiàn)從 CC-Link 到 AS-I 總線的聯(lián)接。CC-Link

6、 具有高速的數(shù)據(jù)傳輸速度, 最高可達(dá) 10 M b/ s 。 CC-Link 的底層通信協(xié)議遵循 RS 485 , 一般情況下, CC-Link 主要采用廣播-輪詢的方式進(jìn)行通信 ,CC-Link 也支持主站與本地站 、智能設(shè)備站之間的瞬間通信 。2005年7月CC-Link被中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)批準(zhǔn)為中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)性技術(shù)文件。2.2 CC-Link 網(wǎng)絡(luò)的功能CC-Link 網(wǎng)絡(luò)具有完善的 RAS(Reliability , Availability, Serviceability)功能。即自動(dòng)返回、切斷從站、通過(guò)鏈接繼電器/寄存器的錯(cuò)誤檢測(cè)功能 。3. CC-Link總線的通信原理CC-L

7、ink的底層通訊協(xié)議遵循RS485，具體的通訊方式請(qǐng)參照下圖.圖3.1 CC-Link的通信原理CC-Link提供循環(huán)傳輸和瞬時(shí)傳輸2種通訊方式。一般情況下，CC-Link主要采用廣播輪詢（循環(huán)傳輸）的方式進(jìn)行通訊。循環(huán)通訊意味著不停地進(jìn)行數(shù)據(jù)交換 ,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(shí)輪詢從站1；從站1對(duì)主站的輪詢作出響應(yīng)（RX/RWr），同時(shí)將該響應(yīng)告知其它從站；然后主站輪詢從站2（此時(shí)并不發(fā)送刷新數(shù)據(jù)），從站2給出響應(yīng)，并將該響應(yīng)告知其它從站；依此類推，循環(huán)往復(fù)。廣播輪詢時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸幀格式請(qǐng)參照下圖，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-L

8、ink也支持主站與本地站、智能設(shè)備站之間的瞬時(shí)通訊。從主站向從站的瞬時(shí)通訊量為150字節(jié)/數(shù)據(jù)包，由從站向主站的瞬時(shí)通訊量為34字節(jié)/數(shù)據(jù)包。瞬時(shí)傳輸時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸幀格式請(qǐng)參照下圖，由此可見(jiàn)瞬時(shí)傳輸不會(huì)對(duì)廣播輪詢的循環(huán)掃描時(shí)間造成影響。圖3.2 主站與遠(yuǎn)程設(shè)備站通信圖所有主站和從站之間的通訊進(jìn)程以及協(xié)議都由通訊用LSIMFP（Mitsubishi Field Network Processor）控制，其硬件的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)決定了CC-Link的高速穩(wěn)定的通訊。圖3.2 MFP結(jié)構(gòu)3.1 CC-Link 通信的初始化CC-Link 通信的初始化實(shí)際上就是指 CC-Link 的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置 。網(wǎng)絡(luò)參數(shù)指:

9、站的信息和站號(hào)。通信的初始化對(duì)于啟動(dòng)數(shù)據(jù)鏈接非常重要, CC-Link 通信初始化設(shè)置方法只要在三菱 GPPW 編程軟件的網(wǎng)絡(luò)配置菜單中設(shè)置相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù), 遠(yuǎn)程 I/O 信號(hào)就可自動(dòng)刷新到 CPU 內(nèi)存 ,還能自動(dòng)設(shè)置 CC-Link 遠(yuǎn)程元件的初始參數(shù)。4. CC-Link的卓越性能一般產(chǎn)業(yè)控制領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)分為3到4個(gè)層次，分別是上位的治理層，控制層和部件層。部件層也可以再細(xì)分為設(shè)備層和傳感器層，CC-Link是一個(gè)以設(shè)備層為主的網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)也可以覆蓋較高層次的控制層和較低層次的傳感器層。4.1 CC-Link的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)總線CC-Link的一般系統(tǒng)構(gòu)成如圖所示：圖4.1 CC-Link系統(tǒng)

10、構(gòu)成一般情況下，CC-Link整個(gè)一層網(wǎng)絡(luò)可由1個(gè)主站和64個(gè)子站組成，它采用總線方式通過(guò)屏蔽雙絞線進(jìn)行連接。網(wǎng)絡(luò)中的主站由三菱電機(jī)FX系列以上的PLC或計(jì)算機(jī)擔(dān)當(dāng)，子站可以是遠(yuǎn)程I/O模塊、特殊功能模塊、帶有CPU的PLC本地站、人機(jī)界面、變頻器、伺服系統(tǒng)、機(jī)器人以及各種丈量?jī)x表、閥門(mén)、數(shù)控系統(tǒng)等現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)備。假如需要增強(qiáng)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(luò)系統(tǒng)構(gòu)成方式。采用第三方廠商生產(chǎn)的網(wǎng)關(guān)還可以實(shí)現(xiàn)從CC-Link到ASI、S-Link、Unit-wire等等網(wǎng)絡(luò)的連接。4.2 CC-Link的傳輸速度和間隔CC-Link具有高速的數(shù)據(jù)傳輸速度，最高可以達(dá)到10Mbps，

11、其數(shù)據(jù)傳輸速度隨間隔的增長(zhǎng)而逐漸減慢，傳輸速度和間隔的具體關(guān)系如下表所示。表4.1 傳輸速度和間隔的對(duì)應(yīng)關(guān)系CC-Link的中繼器目前有多種：一種為T(mén)型分支中繼器AJ65SBT-RPT，每增加一個(gè)間隔延長(zhǎng)一倍。一層網(wǎng)絡(luò)最多可以使用10個(gè)。第二種為光中繼器AJ65SBT-RPS或AJ65SBT-RPG，用光纜延長(zhǎng)，因此在一些比較輕易受干擾的環(huán)境可以采用。光中繼器要成對(duì)使用，每一對(duì)AJ65SBT-RPS之間的延長(zhǎng)間隔為1公里，最多可以使用4對(duì)；每一對(duì)AJ65SBT-RPG之間的延長(zhǎng)間隔為2公里，最多可以使用2對(duì)。第三種為空間光中繼器AJ65BT-RPI-10A/AJ65BT-RPI-10B，采用紅

12、外線無(wú)線傳輸?shù)姆绞?，在布線不方便，或者連接設(shè)備位置會(huì)移動(dòng)的場(chǎng)合使用?？臻g光中繼器也必須成對(duì)使用，兩者之間的間隔不能超過(guò)200米，還有一些方便接線的中繼器和與其他網(wǎng)絡(luò)相連的網(wǎng)關(guān)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間隔較長(zhǎng)、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(hào)的奇偶校驗(yàn)出錯(cuò)等傳輸質(zhì)量下降的情況。4.3 CC-Link實(shí)現(xiàn)高速大容量的數(shù)據(jù)傳輸CC-Link提供循環(huán)傳輸和瞬時(shí)傳輸2種方式的通訊。每個(gè)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(diǎn)RWr、4點(diǎn)RWw）用于字傳送。一個(gè)物理站最大占用4個(gè)內(nèi)存站，故一

13、個(gè)物理站的循環(huán)傳送數(shù)據(jù)為96個(gè)字節(jié)。對(duì)于CC-Link整個(gè)網(wǎng)絡(luò)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(shí)傳輸功能，可將960字節(jié)的數(shù)據(jù)，用指令傳送給目標(biāo)站。CC-Link在連接64個(gè)遠(yuǎn)程I/O站、通訊速度為10Mbps的情況下，循環(huán)通訊的鏈接掃描時(shí)間為3.7毫秒。穩(wěn)定快速的通訊速度是CC-Link的最大上風(fēng)。4.4 CC-Link豐富的功能1） 自動(dòng)刷新功能、預(yù)約站功能  CC-Link網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)從網(wǎng)絡(luò)模塊到CPU是自動(dòng)刷新完成，不必有專用的刷新指令；安排預(yù)留以后需要掛接的站，可以事先在系統(tǒng)組態(tài)時(shí)加以設(shè)

14、定，當(dāng)此設(shè)備掛接在網(wǎng)絡(luò)上時(shí)，CC-Link可以自動(dòng)識(shí)別，并納進(jìn)系統(tǒng)的運(yùn)行，不必重新進(jìn)行組態(tài)，保持系統(tǒng)的連續(xù)工作，方便設(shè)計(jì)職員設(shè)計(jì)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(hù)性）的縮寫(xiě)。例如故障子站自動(dòng)下線功能、修復(fù)后的自動(dòng)返回功能、站號(hào)重疊檢查功能、故障無(wú)效站功能、網(wǎng)絡(luò)鏈接狀態(tài)檢查功能、自診斷功能等等，提供了一個(gè)可以信賴的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，幫助用戶在最短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。3） 互操縱性和即插即用功能 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(lái)定義控制信號(hào)

15、和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單元（地址）。然后，合作廠商按照這種映射表的規(guī)定，進(jìn)行CC-Link兼容性產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)工作。以模擬量I/O開(kāi)發(fā)工作表為例，在映射表中位數(shù)據(jù)RX0被定義為“讀預(yù)備好信號(hào)”，字?jǐn)?shù)據(jù)RWr0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，假如用戶換用同類型的不同公司的產(chǎn)品，程序基本不用修改。可實(shí)現(xiàn)“即插即用”連接設(shè)備。5） 優(yōu)異抗噪性能和兼容性為了保證多廠家網(wǎng)絡(luò)的良好的兼容性，一致性測(cè)試是非常重要的。通常只是對(duì)接口部分進(jìn)行測(cè)試。而且，CC-Link的一致性測(cè)試程序包含了抗噪音測(cè)試。因此，

16、所有CC-Link兼容產(chǎn)品具有高水平的抗噪性能。正如我們所知，能做到這一點(diǎn)的只有CC-Link。除了產(chǎn)品本身具有卓越的抗噪性能以外，光纜中繼器給網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供了更加可靠、更加穩(wěn)定的抗噪能力。至今還未收到過(guò)關(guān)于噪音引起系統(tǒng)工作不正常的報(bào)告。5. 應(yīng)用特點(diǎn)簡(jiǎn)介由于CC-Link可以直接連接各種流量計(jì)、電磁閥、溫控儀等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，降低了配線本錢(qián)，并且便于接線設(shè)計(jì)的更改；通過(guò)中繼器可以在4.3公里以內(nèi)保持10M的高速通訊速度，因此廣泛用于半導(dǎo)體生產(chǎn)線、自動(dòng)化傳送線、食品加工線以及汽車生產(chǎn)線等各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制領(lǐng)域。在中國(guó)國(guó)內(nèi)，也已經(jīng)有不少地方使用了CC-Link?，F(xiàn)將其應(yīng)用特色回納如下：b）便于組建價(jià)格低廉的簡(jiǎn)

17、易控制網(wǎng)作為現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的CC-Link不僅可以連接各種現(xiàn)場(chǎng)儀表，而且還可以連接各種本地控制站PLC作為智能設(shè)備站。在各個(gè)本地控制站之間通訊量不大的情況下，采用CC-Link可以構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)易的PLC控制網(wǎng)，與真正的控制網(wǎng)相比，價(jià)格極為低廉。例如青島海爾的空調(diào)測(cè)試生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線的每個(gè)測(cè)試工位都采用了一套獨(dú)立的PLC（三菱電機(jī)的FX2N PLC），來(lái)控制該測(cè)試工位的測(cè)試任務(wù)。為了使治理層的職員能夠及時(shí)了解生產(chǎn)線各工位的工作情況，所以采用CC-Link將各個(gè)獨(dú)立的控制站連接成為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)與主站（三菱電機(jī)的A1SJHCPU）連接的上位機(jī)來(lái)監(jiān)控整個(gè)測(cè)試線的工作情況。與傳統(tǒng)的RS485通訊方式相比，

18、CC-Link不僅通訊間隔長(zhǎng)、速度快，具有價(jià)格上的競(jìng)爭(zhēng)上風(fēng)，而且由于CC-Link提供了強(qiáng)大的RAS功能，所以在上位機(jī)上可以監(jiān)控各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試站的工作情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)各種異常，以及網(wǎng)絡(luò)的連線異常等。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試站中的某一個(gè)PLC站出現(xiàn)題目，會(huì)自動(dòng)斷線，而不影響其他站的工作，當(dāng)該站修復(fù)后，會(huì)自動(dòng)上線。b） 便于組建價(jià)格低廉的冗余網(wǎng)絡(luò)在一些領(lǐng)域?qū)ο到y(tǒng)的可靠性提出了很高的要求，這時(shí)往往需要設(shè)置主站和備用主站構(gòu)成冗余系統(tǒng)。固然CC-Link是一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的網(wǎng)絡(luò)，但是提供了很多高一等級(jí)網(wǎng)絡(luò)所具有的功能，如：可以對(duì)其設(shè)定主站和備用主站，由于其造價(jià)低廉，因此性價(jià)比較高。例如在銀川的熱電廠項(xiàng)目中，采用了CC-Link的這一功能。主站、備用主站均采用三菱電機(jī)的Q2ASHCPU，通過(guò)CC-Link連接了兩個(gè)遠(yuǎn)程輸進(jìn)站和遠(yuǎn)程輸出站。當(dāng)主站、備用站均正常工作時(shí)，由主站對(duì)遠(yuǎn)程站進(jìn)行控制；當(dāng)主站出現(xiàn)故障時(shí)，備用主站將自動(dòng)接管系統(tǒng)的控制權(quán)，作為主站工作，防止了