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开放式现场总线 CC-Link 综述

作者:时间:2016-12-12来源:网络
  虽然 CC-Link 在中国的市场表现良好,国内已经存在大量广泛的应用和一些合作伙伴,但是关于 CC-Link 的全貌的介绍相对较少。

  作为包容了现场总线最新技术的 CC-Link ,其先进的技术性能和特点非常鲜明。有必要逐步向广大的用户和合作伙伴及中国的工程技术人员,介绍 CC-Link 有关技术和应用情况。使 CC-Link 的技术为更多的业内人士所了解,为中国的现场总线的发展,提供有益的参考。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201612/328790.htm

  一、开放式现场总线 CC-Link 技术背景和 CLPA

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 年获得日本电机工业会( JEMA )颁发的杰出技术成就奖。 CC-Link 是 Control& Communication Link ( 控制与通信链路系统 ) 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、节省成本等突出优点。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 迅速进入中国市场.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-Link Partner Association 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统一进行,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。

  二、 CC-Link 的通讯原理

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1:通信原理


  CC-Link 提供循环传输和瞬时传输 2 种通信方式。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。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。

  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(Mitsubishi Field Network Processor) 控制,其硬件的设计结构决定了 CC-Link 的高速稳定的通讯。


MFP 构成图


  三、 CC-Link 的卓越性能

  一般工业控制领域的网络分为 3 到 4 个层次,分别是上位的管理层,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。

  1 、 CC-Link 的网络结构


现场总线 CC-Link 的一般系统构成如图所示:

图: CC-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、机器人以及各种测量仪表、阀门、数控系统等现场仪表设备。如果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。   2 、 CC-Link 的传输速度和距离 CC-Link 具有高速的数据传输速度,最高可以达到 10Mbps ,其数据传输速度随距离的增长而逐渐减慢,传输速度和距离的具体关系如下表所示。表:传输速度和距离的对应关系  CC-Link 的中继器目前有多种:一种为 T 型分支中继器 AJ65SBT-RPT ,每增加一个距离延长一倍。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,因此在一些比较容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 之间的延长距离为 1 公里,最多可以使用 4 对;每一对 AJ65SBT-RPG 之间的延长距离为 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,两者之间的距离不能超过 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距离较长、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。   3 、 CC-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 种方式的通信。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、通信速度为 10Mbps 的情况下,循环通信的链接扫描时间为 3.7 毫秒。稳定快速的通信速度是 CC-Link 的最大优势。   4 、 CC-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,并纳入系统的运行,不必重新进行组态,保持系统的连续工作,方便设计人员设计和调试系统。   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 )互操作性和即插即用功能 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 “ 读准备好信号 ”,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,如果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。



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