開放式現(xiàn)場(chǎng)總線 CC-Link 綜述

　　作為包容了現(xiàn)場(chǎng)總線最新技術(shù)的 CC-Link ，其先進(jìn)的技術(shù)性能和特點(diǎn)非常鮮明。有必要逐步向廣大的用戶和合作伙伴及中國(guó)的工程技術(shù)人員，介紹 CC-Link 有關(guān)技術(shù)和應(yīng)用情況。使 CC-Link 的技術(shù)為更多的業(yè)內(nèi)人士所了解，為中國(guó)的現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展，提供有益的參考。

　　一、開放式現(xiàn)場(chǎng)總線 CC-Link 技術(shù)背景和 CLPA

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 ” 理念開發(fā)、公布和開放了現(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)工業(yè)會(huì)（ JEMA ）頒發(fā)的杰出技術(shù)成就獎(jiǎng)。 CC-Link 是 Control& Communication Link ( 控制與通信鏈路系統(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)省成本等突出優(yōu)點(diǎn)。作為開放式現(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)入中國(guó)市場(chǎng).1999 年，銷售的實(shí)績(jī)已超過 17 萬個(gè)節(jié)點(diǎn)， 2001 年達(dá)到了 72 萬個(gè)節(jié)點(diǎn)，到 2001 年累計(jì)量達(dá)到了 150 萬，其增長(zhǎng)勢(shì)頭迅猛，在亞洲市場(chǎng)占有份額超過 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 Association 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統(tǒng)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。

　　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(qǐng)參照下圖 .

　　CC-Link 提供循環(huán)傳輸和瞬時(shí)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(jìn)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(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-Link 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，由此可見瞬時(shí)傳輸不會(huì)對(duì)廣播輪詢的。

　　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 LSI － MFP(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。

　　三、 CC-Link 的卓越性能

　　一般工業(yè)控制領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)分為 3 到 4 個(gè)層次，分別是上位的管理層，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。

　　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： CC-Link 系統(tǒng)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)器人以及各種測(cè)量?jī)x表、閥門、數(shù)控系統(tǒng)等現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)備。如果需要增強(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。　　 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(dá)到 10Mbps ，其數(shù)據(jù)傳輸速度隨距離的增長(zhǎng)而逐漸減慢，傳輸速度和距離的具體關(guān)系如下表所示。表：傳輸速度和距離的對(duì)應(yīng)關(guān)系　　CC-Link 的中繼器目前有多種：一種為 T 型分支中繼器 AJ65SBT-RPT ，每增加一個(gè)距離延長(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)，因此在一些比較容易受干擾的環(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)距離為 1 公里，最多可以使用 4 對(duì)；每一對(duì) AJ65SBT-RPG 之間的延長(zhǎng)距離為 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 ，采用紅外線無線傳輸的方式，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(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距離較長(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?！　?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 種方式的通信。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、通信速度為 10Mbps 的情況下，循環(huán)通信的鏈接掃描時(shí)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(shì)。　　 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)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，并納入系統(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)人員設(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。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(hào)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(zhǔn)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，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。可實(shí)現(xiàn) “ 即插即用 ” 連接設(shè)備。