前言 雖然CC-Link在中國的市場表現良好，國內已經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的技術為更多的業內人士所了解，為中國的現場總線的發展，提供有益的參考。 一、開放式現場總線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“多廠家設備環境、高性能、省配線”理念開發、公布和開放了現場總線CC-Link，第一次正式向市場推出了CC-Link這一全新的多廠商、高性能、省配線的現場網絡。并于1997年獲得日本電機工業會（JEMA）頒發的杰出技術成就獎。 CC-Link是Control& Communication Link （控制與通信鏈路系統）的簡稱。即：在工控系統中，可以將控制和信息數據同時以10Mbps高速傳輸的現場網絡。CC-Link具有性能卓越、應用廣泛、使用簡單、節省成本等突出優點。作為開放式現場總線，CC-Link是唯一起源于亞洲地區的總線系統，CC-Link的技術特點尤其適合亞洲人的思維習慣。 于1998年，汽車行業的馬自達、五十鈴、雅馬哈、通用、鈴木等也成為了CC-Link的用戶，而且CC-Link迅速進入中國市場。1999年，銷售的實績已超過17萬個節點，2001年達到了72萬個節點，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％（據美國工控專業調查機構ARC調查），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，2000年11月，CC-Link協會（CC-Link Partner Association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一進行，CLPA（CC-Link協會）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，負責在不同地區在各個方面推廣和支持CC-Link用戶和成員的工作。 CLPA現在有“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的會員公司。 二、CC-Link的通訊原理 CC-Link的底層通訊協議遵循RS485，具體的通訊方式請參照下圖. [align=center] 圖：通信原理[/align] CC-Link提供循環傳輸和瞬時傳輸2種通信方式。一般情況下，CC-Link主要采用廣播－輪詢（循環傳輸）的方式進行通訊。具體的方式是：主站將刷新數據（RY/RWw）發送到所有從站，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（此時并不發送刷新數據），從站2給出響應，并將該響應告知其它從站；依此類推，循環往復。廣播－輪詢時的數據傳輸幀格式請參照下圖，該方式的數據傳輸率非常高。 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/數據包，由從站向主站的瞬時通訊量為34字節/數據包。瞬時傳輸時的數據傳輸幀格式請參照下圖，由此可見瞬時傳輸不會對廣播輪詢的循環掃描時間造成影響。 所有主站和從站之間的通訊進程以及協議都由通訊用LSI－MFP（Mitsubishi Field Network Processor）控制，其硬件的設計結構決定了CC-Link的高速穩定的通訊。 [align=center] MFP構成圖[/align] 三、CC-Link的卓越性能 一般工業控制領域的網絡分為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的網絡結構 現場總線CC-Link的一般系統構成如圖所示： [align=center] 圖： CC-Link系統構成[/align] 一般情況下，CC-Link整個一層網絡可由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、機器人以及各種測量儀表、閥門、數控系統等現場儀表設備。如果需要增強系統的可靠性，可以采用主站和備用主站冗余備份的網絡系統構成方式。采用第三方廠商生產的網關還可以實現從CC-Link到ASI、S-Link、Unit-wire等等網絡的連接。 2、CC-Link的傳輸速度和距離 CC-Link具有高速的數據傳輸速度，最高可以達到10Mbps，其數據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下表所示。 [align=center]表：傳輸速度和距離的對應關系 [/align] CC-Link的中繼器目前有多種：一種為T型分支中繼器AJ65SBT-RPT，每增加一個距離延長一倍。一層網絡最多可以使用10個。第二種為光中繼器AJ65SBT-RPS或AJ65SBT-RPG，用光纜延長，因此在一些比較容易受干擾的環境可以采用。光中繼器要成對使用，每一對AJ65SBT-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。空間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絡相連的網關和網橋。 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，由于外界環境干擾出現傳輸信號的奇偶校驗出錯等傳輸質量下降的情況。 3、 CC-Link實現高速大容量的數據傳輸 CC-Link提供循環傳輸和瞬時傳輸2種方式的通信。 每個內存站循環傳送數據為24字節，其中8字節（64位）用于位數據傳送，16字節（4點RWr、4點RWw）用于字傳送。一個物理站最大占用4個內存站，故一個物理站的循環傳送數據為96個字節。 對于CC-Link整個網絡而言，其循環傳輸每次鏈接掃描的最大容量是2048位和512字。 在循環傳輸數據量不夠用的情況下，CC-Link提供瞬時傳輸功能，可將960字節的數據，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，循環通信的鏈接掃描時間為3.7毫秒。穩定快速的通信速度是CC-Link的最大優勢。 4、 CC-Link豐富的功能 1）自動刷新功能、預約站功能 CC-Link網絡數據從網絡模塊到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，可以事先在系統組態時加以設定，當此設備掛接在網絡上時，CC-Link可以自動識別，并納入系統的運行，不必重新進行組態，保持系統的連續工作，方便設計人員設計和調試系統。 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、網絡鏈接狀態檢查功能、自診斷功能等等，提供了一個可以信賴的網絡系統，幫助用戶在最短時間內恢復網絡系統。 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品的數據配置文檔。這種文檔稱為內存映射表，用來定義控制信號和數據的存儲單元（地址）。然后，合作廠商按照這種映射表的規定，進行CC-Link兼容性產品的開發工作。以模擬量I/O開發工作表為例，在映射表中位數據RX0被定義為“讀準備好信號”，字數據RWr0被定義為模擬量數據。由不同的A公司和B公司生產的同樣類型的產品，在數據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品，程序基本不用修改。可實現“即插即用”連接設備 4）循環傳送和瞬時傳送功能 CC-Link的2種通信的模式：循環通信和瞬時通信。循環通信是數據一直不停地在網絡中傳送，數據是安站的不同類型，可以共享的，由CC-Link核心芯片MFP自動完成；瞬時通信是在循環通信地數據量不夠用，或需要傳送比較大的數據（最大960字節），可以用專用指令實現一對一的通信。 5）優異抗噪性能和兼容性 為了保證多廠家網絡的良好的兼容性，一致性測試是非常重要的。通常只是對接口部分進行測試。而且，CC-Link的一致性測試程序包含了抗噪音測試。因此，所有CC-Link兼容產品具有高水平的抗噪性能。正如我們所知，能做到這一點的只有CC-Link。除了產品本身具有卓越的抗噪性能以外，光纜中繼器給網絡系統提供了更加可靠、更加穩定的抗噪能力。至今還未收到過關于噪音引起系統工作不正常的報告。 四、應用特點簡介 由于CC-Link可以直接連接各種流量計、電磁閥、溫控儀等現場設備，降低了配線成本，并且便于接線設計的更改；通過中繼器可以在4.3公里以內保持10M的高速通訊速度，因此廣泛用于半導體生產線、自動化傳送線、食品加工線以及汽車生產線等各個現場控制領域。在中國國內，也已經有不少地方使用了CC-Link。現將其應用特色歸納如下： a） 便于組建價格低廉的簡易控制網 作為現場總線網絡的CC-Link不僅可以連接各種現場儀表，而且還可以連接各種本地控制站PLC作為智能設備站。在各個本地控制站之間通訊量不大的情況下，采用CC-Link可以構成一個簡易的PLC控制網，與真正的控制網相比，價格極為低廉。 例如青島海爾的空調測試生產線。該生產線的每個測試工位都采用了一套獨立的PLC（三菱電機的FX2N PLC），來控制該測試工位的測試任務。為了使管理層的人員能夠及時了解生產線各工位的工作情況，所以采用CC-Link將各個獨立的控制站連接成為一個網絡，通過與主站（三菱電機的A1SJHCPU）連接的上位機來監控整個測試線的工作情況。與傳統的RS485通訊方式相比，CC-Link不僅通訊距離長、速度快，具有價格上的競爭優勢，而且由于CC-Link提供了強大的RAS功能，所以在上位機上可以監控各個現場測試站的工作情況，及時發現各種異常，以及網絡的連線異常等。當現場測試站中的某一個PLC站出現問題，會自動斷線，而不影響其他站的工作，當該站修復后，會自動上線。 b） 便于組建價格低廉的冗余網絡 在一些領域對系統的可靠性提出了很高的要求，這時往往需要設置主站和備用主站構成冗余系統。雖然CC-Link是一個現場級的網絡，但是提供了很多高一等級網絡所具有的功能，如：可以對其設定主站和備用主站，由于其造價低廉，因此性價比較高。 例如在銀川的熱電廠項目中，采用了CC-Link的這一功能。主站、備用主站均采用三菱電機的Q2ASHCPU，通過CC-Link連接了兩個遠程輸入站和遠程輸出站。當主站、備用站均正常工作時，由主站對遠程站進行控制；當主站出現故障時，備用主站將自動接管系統的控制權，作為主站工作，防止了系統的停滯。 c） 適用于一些控制點分散，安裝范圍狹窄的現場。 在樓宇監控系統中，如燃氣監控系統，其相應的檢測點很多，而且比較分散。另外，高層建筑為追求設計的經濟型，往往盡量縮小夾層和上下通道的尺寸。采用CC-Link現場網連接分立的遠程I/O模塊，一層網絡最多可以控制64個地方的2048點，總延長距離可達7.6公里。小型的輸入輸出模塊體積僅為87.3x50x40mm，足以安裝在極為狹窄的空間內。 上海西派埃實業公司測控部采用CC-Link的現場網絡通訊方式，與1998年上半年成功地開發了“FLD現場總線式燃氣泄漏監控系統”并將其產品化，此產品已成功運用于上海浦東國際機場等項目中。 d） 適用于直接連接各種現場設備。 由于CC-Link是一個現場總線網，因此它可以直接連接各種現場設備。 例如在河北大劇院的項目中，使用了眾多的變頻器。原先常用的連接變頻器的方法是通過輸出接點、模擬量或者RS485通訊等方式進行控制。例如采用模擬量，則針對一個變頻器，PLC需要有一個模擬量模塊的一個通道與之相對應，如果采用1個模塊8通道的D/A轉換模塊，則連接40臺變頻器需要5個這樣的模塊，而如果采用CC-Link的連接方式，PLC上安裝一個連接模塊，就可以連接42臺變頻器。采用CC-Link連接變頻器，不僅可連接的數量多，通訊距離也比RS485長，而且具有網絡通訊的總體監控和診斷功能，通訊編程方便，這些都是RS485通訊所無法比擬的。 五、 實際應用實例簡介 （一）梅州打葉復烤生產線監控系統采用了CC-Link 來組建其現場的工作網絡，并通過CC-Link對生產設備進行監控。目前該系統已經正式投入運行，工作良好。生產線機械部分采用北京長征達奧控制工程系統集成有限公司和昆明船舶設備集團有限公司生產的煙草機械，并由兩家公司采用三菱電機的工控產品進行系統集成，而且系統的造價比已往的引進生產線降低了很多。 下面就對該控制系統做簡單的介紹，其生產線的系統概圖如圖4-1所示。 [align=center] 圖4-1 梅州煙廠系統圖[/align] 該生產線由打前預處理、打葉分風、除塵、烤片、烤梗、預壓打包等6個工藝段組成，分別由6個三菱Q2ASCPU-S1 PLC站控制。這6個PLC站通過MELSECNET/10網進行彼此間的通訊，并通過打前預處理段的PLC經由以太網與上位計算機相連。兩臺上位監控計算機采用IFIX的組態軟件對整個生產線進行在線監控，并將從現場采集到的數據存入數據庫。一臺工作站計算機可以對數據庫的數據進行整理、分析、存儲和輸出。工程師站的計算機可以讀取現場所有6個控制站的程序，監控其運行狀態，修改程序，或者進行遠程控制。PLC控制站上安裝有一塊CC-Link鏈接模塊A1SJ61QBT11，通過該模塊連接數臺變頻器以及1臺人機界面A985GOT。在人機界面上，可以進行各種輸入控制和輸出監視，并可直接控制變頻器。 為了后文的解說方便，我們對系統作一下簡化。假定本系統的CC-Link模塊插在CPU模塊右側的第一個槽上，起始地址為：H0000。通過現場總線連接一臺變頻器和一臺人機界面。在人機界面側對變頻器進行啟停、頻率調整和監測、加速度調整和監測、負載電流監測、和復位控制。 具體使用的PLC內部資源如下： X20：啟動 X21：停止 X22：輸入頻率；D201：存放設定的頻率值 X23：監控頻率；D101：存放監控的頻率值 X24：監控電流；D100：存放監控的電流值 X25：輸入加速度；D203：存放設定的加速度值 X26：監控加速度；D103：存放監控的加速度值 X27：復位 采用CC-Link連接時需要做硬件以及軟件兩方面的設置。 1. 在硬件方面。 采用屏蔽雙絞線按照總線方式連接各控制設備。雙絞線的DA/DB為兩根信號傳輸線，DG為接地線，SLD為屏蔽層，連接如圖4-2所示。然后對每個站上的站號開關和傳輸速度開關（旋鈕式或撥動式）做設定。變頻器設定為1號站，人機界面設定為2號站。采用5Mbps的通訊速度。注意所有設備的速度必須一致，否則L.ERR（通訊出錯）燈會點亮。 [align=center] 圖4-2 硬件連接圖[/align] 2. 軟件方面需要進行如下的設置： I. 對CC-Link組態。可以通過編寫初始化程序，或者在參數設定畫面進行設定來完成。（后者只有高版本的產品才支持。） II. 編寫相應的通訊程序。 下面先就組態加以說明。 在CC-Link運行以前，需要在主站設定該系統連接了幾個子站，每個站都是什么設備等等。然后編寫初始化程序；如果采用參數設定畫面，則如圖4-3和4-4所示。 [align=center] 圖 4-3 圖 4-4[/align] 通訊程序主要編寫變頻器通訊所需的數據交換。 人機界面與CC-Link連接，其通訊方式有兩種。一種為循環通訊方式，需要在PLC側對通訊內容進行簡單的編程。另一種為瞬時通訊方式，只需在人機界面側直接指定所需監控的軟元件就可以了，但是所需的通訊時間稍長一些。因此對一些實時要求不高的信息可以采用簡單設定的瞬時傳輸方式。在本系統中人機界面主要采用了瞬時傳輸，在軟元件的設定畫面中，在“網絡”選項直接指定需要監控的軟元件在第幾號網絡的第幾號站，這里指定HMI要監控的是1號網絡的0號站即主站。具體設定見下面的圖4-5。 [align=center] 圖4-5 HMI設定[/align] 對于上述的PLC內部資源X20/X21…D100/D103/D201等，依照此方法在人機界面上進行相應的設定。 （二）深圳市自來水集團開天源自動化有限公司在對深圳筆架山水廠泵房自動化工程設計時，經過分析、比較時考慮到原廠已部分實現車間PLC控制，經過價格及性能分析、比較確定：選用了開放式現場總線CC-LINK現場總線產品作為主控設備，控制硬件系統結構圖如圖4-6所示。 [align=center] 圖4-6 筆架山水廠泵房控制系統硬件結構圖[/align] 圖中，主站控制一臺送水泵、兩臺真空泵和一臺排水泵，監控與管理整個泵房CC-Link網絡的情況，包括： 1、 遠程離線：對操作不正常的遠程模塊或從站自動和網絡讓其離線。 2、 自動恢復：不正常的遠程模塊或從站一旦恢復正常，自動與網絡接上。 3、 自動診斷：運用自檢功能檢查硬件及系統接線狀態。 4、 網絡監視：將網絡狀態儲存在在CPU的寄器中。 5、 負責接受來自（從站）七臺泵的開真空泵命令、轉發廠站的各泵狀態、出廠水水質數據及傳送由廠站調度下達的開泵命令。 1#-3#從站各自監測和控制兩臺送水泵運行，接受來自主站的開泵命令、發送給主站的各泵狀態數據。 4#-7#從站監測和控制配電室。對高壓配電（合/分閘、變壓器、電容補償）進行監測，對低壓配電（合/分閘、變壓器、直流電屏）進行監測和控制。 遠程I/O站采集部分配電參數。 本應用系統是針對深圳市自來水公司筆架山水廠泵房內設備。應用CC-LINK現場總線產品后，最明顯的優點是： ⑴ 泵房內自動控制系統網絡速度高達2.5Mbps（100m時），數據采集速度快，系統響應時間短，提高了控制精度和可靠性。 ⑵ 系統抗干擾能力明顯增強。 ⑶ 布線簡單，故障診斷定位快速。 ⑷ 控制系統的引入，較大程度地減輕工人的勞動強度，提高了生產效率。 ⑸ 故障自動隔離。當一個從站或智能儀表故障時系統可自動分離此站，不影響整個網絡運行。 ⑹ 系統擴展方便。增加站或備用站可在線連于網絡上，只需將其設為保留站即可。 ⑺ 與其它品牌設備互連性強，本系統將CC-LIN連在MODBUS網絡上，顯示出網間連接性能穩定，數據傳輸準確及時。對于解決不同品牌設備互連的問題提供了解決辦法。 此應用系統所采用的FCS模式比以往的DCS或PLCS模式更先進、更可靠。隨著時間的推移，相信在我國自來水行業使用現場總線模式越來越多，而CC-Link在深圳水廠的成功應用為水處理行業應用CC-Link提供了經驗借鑒。 六、CC-Link的技術發展 通過以上介紹，我們對CC-Link的特點和功能有了一個初步的認識，鑒于CC-Link的實際特點和功能，它適用于許多控制系統，同時其自身的功能也在不斷完善和改進，可掛接現場設備的合作廠商也在不斷增加，以便更有利于現場。 CC-Link的技術在不斷的進步和發展過程中，CLPA在2002年推出CC-Link家簇下端產品和協議CC-Link/LT，主要用于開關量數據的傳輸和通信，使CC-Link在整個結構上更加完善和豐滿，并且其成本將更加降低。2003年初，CLPA宣布推出CC-Link V2.0版本，是原來的系統通信量擴大了8倍。 總之，CC-Link是一個技術先進、性能卓越、應用廣泛、使用簡單、成本較低的開放式現場總線，其在中國的技術發展和應用有著廣闊的前景。