CC-Link现场总线

CC-LINK现场总线概述摘要CC-Link是一种开放式现场总线,其数据容量大,通信速度多级可选择,而且它是一个复合的、开放的、适应性强的网络系统,能够适应于较高的管理层网络到较低的传感器层网络的不同范围。随着计算机信息网络技术的飞速发展,以PLC为核心的工业控制系统也向着大规模、网络化方向发展，与此相对应，工业控制网络产品也越来越丰富，可以构成各种档次的网络系统,以适用于各种层次的工业自动化网络的不同需求。其最具代表性的三种网络为:信息与管理层的以太网(Ethernet)、管理与控制层的局域令牌网(ELSECNET/H)、CC-Link开放式现场总线设备网。关键词开放式现场总线；CC-Link现场总线；PLC1.开放式现场总线的技术背景在1996年11月，以三菱电机为主导的多家公司以“多厂家设备环境、高性能、省配线”理念开发、公布和开放了现场总线CC-Link，第一次正式向市场推出了CC-Link这一全新的多厂商、高性能、省配线的现场网络。并于1997年获得日本电机产业会（JEMA）颁发的杰出技术成就奖。CC-Link是Control&CommunicationLink（控制与通讯链路系统）的简称。即：在工控系统中，可以将控制和信息数据同时以10Mbps高速传输的现场网络。CC-Link具有性能卓越、应用广泛、使用简单、节省本钱等突出优点。作为开放式现场总线，CC-Link是唯一起源于亚洲地区的总线系统，CC-Link的技术特点尤其适合亚洲人的思维习惯。于1998年，汽车行业的马自达、五十铃、雅马哈、通用、铃木等也成为了CC-Link的用户，而且CC-Link迅速进进中国市场。1999年，销售的实绩已超过17万个节点，2001年达到了72万个节点，到2001年累计量达到了150万，其增长势头迅猛，在亚洲市场占有份额超过15％（据美国工控专业调查机构ARC调查），受到亚、欧、美、日等客户的高度评价。为了使用户能更方便地选择和配置自己的CC-Link系统，2000年11月，CC-Link协会（CC-LinkPartnerAssociation简称CLPA）在日本成立。主要负责CC-Link在全球的普及和推进工作。为了全球化的推广能够同一进行，CLPA（CC-Link协会）在全球设立了众多的驻点，分布在美国、欧洲、中国、中国台湾、新加坡、韩国等国家和地区，负责在不同地区在各个方面推广和支持CC-Link用户和成员的工作。CLPA现在有“Woodhead”、“Contec”、“Digital”、“NEC”、“松下电工”、“idec”和“三菱电机”等7个常务理事会员。到2002年4月底，CLPA在全球拥有250多家会员公司，其中包括浙大中控、中科软大等等几家中国大陆地区的会员公司。2.CC-Link现场总线的特点及功能2.1CC-Link网络的特点CC-Link(Control&CommunicationLink,控制与通信链路系统),是三菱电机新近推出的开放式现场总线，其数据容量大,通信速度多级可选择,而且它是一个以设备层为主的网络，同时也可覆盖较高层次的控制层和较低层次的传感层。一般情况下,CC-Link整个一层网络可由1个主站和64个从站组成。网络中的主站由PLC担当,从站可以是远程I/O模块、特殊功能模块、带有CPU和PLC本地站、人机界面、变频器及各种测量仪表、阀门等现场仪表设备。且可实现从CC-Link到AS-I总线的联接。CC-Link具有高速的数据传输速度,最高可达10Mb/s。CC-Link的底层通信协议遵循RS485,一般情况下,CC-Link主要采用广播-轮询的方式进行通信,CC-Link也支持主站与本地站、智能设备站之间的瞬间通信。2005年7月CC-Link被中国国家标准委员会批准为中国国家标准指导性技术文件。2.2CC-Link网络的功能CC-Link网络具有完善的RAS(Reliability,Availability,Serviceability)功能。即自动返回、切断从站、通过链接继电器/寄存器的错误检测功能。3.CC-Link总线的通信原理CC-Link的底层通讯协议遵循RS485，具体的通讯方式请参照下图.图3.1CC-Link的通信原理CC-Link提供循环传输和瞬时传输2种通讯方式。一般情况下，CC-Link主要采用广播－轮询（循环传输）的方式进行通讯。循环通讯意味着不停地进行数据交换,具体的方式是：主站将刷新数据（RY/RWw）发送到所有从站，与此同时轮询从站1；从站1对主站的轮询作出响应（RX/RWr），同时将该响应告知其它从站；然后主站轮询从站2（此时并不发送刷新数据），从站2给出响应，并将该响应告知其它从站；依此类推，循环往复。广播－轮询时的数据传输帧格式请参照下图，该方式的数据传输率非常高。除了广播－轮询方式以外，CC-Link也支持主站与本地站、智能设备站之间的瞬时通讯。从主站向从站的瞬时通讯量为150字节/数据包，由从站向主站的瞬时通讯量为34字节/数据包。瞬时传输时的数据传输帧格式请参照下图，由此可见瞬时传输不会对广播轮询的循环扫描时间造成影响。图3.2主站与远程设备站通信图所有主站和从站之间的通讯进程以及协议都由通讯用LSI－MFP（MitsubishiFieldNetworkProcessor）控制，其硬件的设计结构决定了CC-Link的高速稳定的通讯。图3.2MFP结构3.1CC-Link通信的初始化CC-Link通信的初始化实际上就是指CC-Link的网络参数设置。网络参数指:站的信息和站号。通信的初始化对于启动数据链接非常重要,CC-Link通信初始化设置方法只要在三菱GPPW编程软件的网络配置菜单中设置相应的网络参数,远程I/O信号就可自动刷新到CPU内存,还能自动设置CC-Link远程元件的初始参数。4.CC-Link的卓越性能一般产业控制领域的网络分为3到4个层次，分别是上位的治理层，控制层和部件层。部件层也可以再细分为设备层和传感器层，CC-Link是一个以设备层为主的网络，同时也可以覆盖较高层次的控制层和较低层次的传感器层。4.1CC-Link的网络结构现场总线CC-Link的一般系统构成如图所示：图4.1CC-Link系统构成一般情况下，CC-Link整个一层网络可由1个主站和64个子站组成，它采用总线方式通过屏蔽双绞线进行连接。网络中的主站由三菱电机FX系列以上的PLC或计算机担当，子站可以是远程I/O模块、特殊功能模块、带有CPU的PLC本地站、人机界面、变频器、伺服系统、机器人以及各种丈量仪表、阀门、数控系统等现场仪表设备。假如需要增强系统的可靠性，可以采用主站和备用主站冗余备份的网络系统构成方式。采用第三方厂商生产的网关还可以实现从CC-Link到ASI、S-Link、Unit-wire等等网络的连接。4.2CC-Link的传输速度和间隔CC-Link具有高速的数据传输速度，最高可以达到10Mbps，其数据传输速度随间隔的增长而逐渐减慢，传输速度和间隔的具体关系如下表所示。表4.1传输速度和间隔的对应关系CC-Link的中继器目前有多种：一种为T型分支中继器AJ65SBT-RPT，每增加一个间隔延长一倍。一层网络最多可以使用10个。第二种为光中继器AJ65SBT-RPS或AJ65SBT-RPG，用光缆延长，因此在一些比较轻易受干扰的环境可以采用。光中继器要成对使用，每一对AJ65SBT-RPS之间的延长间隔为1公里，最多可以使用4对；每一对AJ65SBT-RPG之间的延长间隔为2公里，最多可以使用2对。第三种为空间光中继器AJ65BT-RPI-10A/AJ65BT-RPI-10B，采用红外线无线传输的方式，在布线不方便，或者连接设备位置会移动的场合使用。空间光中继器也必须成对使用，两者之间的间隔不能超过200米，还有一些方便接线的中继器和与其他网络相连的网关和网桥。CC-Link提供了110欧姆和130欧姆两种终端电阻，用于避免因在总线的间隔较长、传输速度较快的情况下，由于外界环境干扰出现传输信号的奇偶校验出错等传输质量下降的情况。4.3CC-Link实现高速大容量的数据传输CC-Link提供循环传输和瞬时传输2种方式的通讯。每个内存站循环传送数据为24字节，其中8字节（64位）用于位数据传送，16字节（4点RWr、4点RWw）用于字传送。一个物理站最大占用4个内存站，故一个物理站的循环传送数据为96个字节。对于CC-Link整个网络而言，其循环传输每次链接扫描的最大容量是2048位和512字。在循环传输数据量不够用的情况下，CC-Link提供瞬时传输功能，可将960字节的数据，用指令传送给目标站。CC-Link在连接64个远程I/O站、通讯速度为10Mbps的情况下，循环通讯的链接扫描时间为3.7毫秒。稳定快速的通讯速度是CC-Link的最大上风。4.4CC-Link丰富的功能1）自动刷新功能、预约站功能CC-Link网络数据从网络模块到CPU是自动刷新完成，不必有专用的刷新指令；安排预留以后需要挂接的站，可以事先在系统组态时加以设定，当此设备挂接在网络上时，CC-Link可以自动识别，并纳进系统的运行，不必重新进行组态，保持系统的连续工作，方便设计职员设计和调试系统。2）完善的RAS功能RAS是Reliability（可靠性）、Availability（有效性）、Serviceability（可维护性）的缩写。例如故障子站自动下线功能、修复后的自动返回功能、站号重叠检查功能、故障无效站功能、网络链接状态检查功能、自诊断功能等等，提供了一个可以信赖的网络系统，帮助用户在最短时间内恢复网络系统。3）互操纵性和即插即用功能CC-Link提供给合作厂商描述每种类型产品的数据配置文档。这种文档称为内存映射表，用来定义控制信号和数据的存储单元（地址）。然后，合作厂商按照这种映射表的规定，进行CC-Link兼容性产品的开发工作。以模拟量I/O开发工作表为例，在映射表中位数据RX0被定义为“读预备好信号”，字数据RWr0被定义为模拟量数据。由不同的A公司和B公司生产的同样类型的产品，在数据的配置上是完全一样的，用户根本不需要考虑在编程和使用上A公司与B公司的不同，另外，假如用户换用同类型的不同公司的产品，程序基本不用修改。可实现“即插即用”连接设备。5）优异抗噪性能和兼容性为了保证多厂家网络的良好的兼容性，一致性测试是非常重要的。通常只是对接口部分进行测试。而且，CC-Link的一致性测试程序包含了抗噪音测试。因此，所有CC-Link兼容产品具有高水平的抗噪性能。正如我们所知，能做到这一点的只有CC-Link。除了产品本身具有卓越的抗噪性能以外，光缆中继器给网络系统提供了更加可靠、更加稳定的抗噪能力。至今还未收到过关于噪音引起系统工作不正常的报告。5.应用特点简介由于CC-Link可以直接连接各种流量计、电磁阀、温控仪等现场设备，降低了配线本钱，并且便于接线设计的更改；通过中继器可以在4.3公里以内保持10M的高速通讯速度，因此广泛用于半导体生产线、自动化传送线、食品加工线以及汽车生产线等各个现场控制领域。在中国国内，也已经有不少地方使用了CC-Link。现将其应用特色回纳如下：b）便于组建价格低廉的简易控制网作为现场总线网络的CC-Link不仅可以连接各种现场仪表，而且还可以连接各种本地控制站PLC作为智能设备站。在各个本地控制站之间通讯量不大的情况下，采用CC-Link可以构成一个简易的PLC控制网，与真正的控制网相比，价格极为低廉。例如青岛海尔的空调测试生产线。该生产线的每个测试工位都采用了一套独立的PLC（三菱电机的FX2NPLC），来控制该测试工位的测试任务。为了使治理层的职员能够及时了解生产线各工位的工作情况，所以采用CC-Link将各个独立的控制站连接成为一个网络，通过与主站（三菱电机的A1SJHCPU）连接的上位机来监控整个测试线的工作情况。与传统的RS485通讯方式相比，CC-Link不仅通讯间隔长、速度快，具有价格上的竞争