现场总线CC-Link的组织、通信协议和应用

现场总线CC-Link的组织、通信协议和应用————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：现场总线CC-Link的组织、通信协议和应用一、组织1.1 CC-Link合作伙伴协会CC-Link合作伙伴协会（CLPA）成立于2000年，当时三菱电机发布了CC-Link现场总线技术规范，作为一个开放的工业标准。

从那时起，CLPA一直致力于在全球推动和使用这项技术。

在过去的14年中，CLPA已经成为现场总线的全球最大组织之一，在全球拥有2000多名会员和270家公司，提供了支持CC-Link的 1300多种产品，这些产品都通过了严格的一致性测试，保证了兼容性。

如今，CLPA继续为工业网络提供业界领先的技术；例如，开发出世界上第一个千兆工业以太网：CC-Link IE。

1.2亚洲市场的领导者CC-Link在亚洲保持着市场的领先地位，已经成为很多行业开放网络的选择–这个领先地位已经由独立的市场研究公司– HIS所证实。

进一步支持这个重要位置的论据是HIS和ARC最近的调查结果：全球大约一半的自动化支出发生在亚洲。

除了在亚洲的成功，CC-Link 也获得了世界范围的市场份额；事实上，一些成员公司在亚洲以外的市场出售了很多的CC-Link兼容产品。

这并不奇怪，因为在全球经济增长的同时，很多企业也希望打入亚洲市场，CC-Link是首选的网络技术。

两年前，为了帮助和支持美国与欧洲公司进入亚洲市场，CLPA 实施了一个名为通往中国（G2C）的营销计划。

这项计划的目的是帮助企业制定和推动他们的CC-Link兼容设备在中国市场的推广。

当时有22家企业参与了G2C活动。

随着这项计划的成功，CLPA把这个计划移植到了亚洲，称为通向亚洲（G2A）。

CC-Link的增长和发展获得了许多知名北美公司的支持，如莫仕（Molex）、康耐视（Cognex）和3M公司，现在已经成为CLPA董事会成员。

董事会成员在决定CC-Link未来方向和重要举措方面，如G2A 项目，将发挥更大作用。

1.3 什么是CC-Link？“CC-Link”是一个通用术语，经常在CC-Link合作伙伴协会讨论开放网络技术推广时使用。

简单地说，今天的CC-Link有两种技术可供选择：现场总线（CC-Link）和工业以太网（CC-Link IE）。

这个“家族”的情况由后面的章节详细介绍。

自CLPA成立以来，CC-Link已经演变成一种开放自动化网络技术的综合体系。

该技术提供的两个关键收益是效率和信息透明。

效率是通过提供当今开放网络的最高性能来保证的，同时确保正常运行时间很少中断。

同时，CC-Link也能满足工业4.0要求：企业的所有部门都能够共享和使用相同的信息，确保工厂以最高效率运行，同时仍然满足客户需求的变化；因此，该信息必须在整个企业中透明。

CC-Link也满足这一需求，允许信息从车间级到企业级实现共享：从车间的设备上的数字I/ O到企业办公室IT系统的监督生产运行。

许多公司都选择了CC-Link作为领先的网络解决方案，如赫优讯（Hilscher）、HMS和瑞萨（Renesas）就是这样，把CC-Link网络的产品添加到他们的产品之中。

这些自动化市场的领导者也是CLPA的合作伙伴，因此也能提供产品实现CC-Link网络。

现在CLPA正计划可用于内部集成与未来发展的入门套件。

对于喜欢外包开发的组织，CLPA可以帮助他们联系工程公司，从项目的开始到结束全程提供技术支持。

CC-Link的已在世界各个行业中取得了很大的成功。

在本文的后面，我们将提供对有关CC-Link和CC-Link IE网络技术和能力更深入的了解。

二、协议2.1 CC-Link自动化协议族自CLPA于2000年成立以来，CC-Link家族已经发展成为开放自动化网络技术的综合体系，两个关键的收益是该技术提供了效率和信息透明。

效率是通过当今开放网络提供的最高性能来保证的；同时它也保证了正常工作时间很少中断。

物联网（IOT）的发展要求制造过程的所有部分能够连接，共享和使用相同的信息，从而确保了制造企业的所有部门以最高的效率运行，同时解决了客户需求的不断变化。

CC-Link能够满足这一需求，允许信息从车间底层到企业顶层的透明分享。

术语“CC-Link”是基于CC-Link技术的开放自动化网络的通用家族。

从层次上，他们划分成两项主要技术：现场总线和工业以太网。

2.2 CC-Link现场总线CC-Link总线是一种高速度、高性能、开放的工业总线技术，能够使众多的制造商设备进行通信，从而构建快速、确定性的控制系统。

CC-Link总线网络的运行速度高达10Mbps（无瓶颈），提供了64个站通过网络彼此通信的能力，网络长度可达1200米，当使用中继器时，通信距离可达13公里。

网络的更新时间通常在5毫秒内。

然而，它更关键的特色是RAS（可靠性、可用性、可维护性）功能，这使得它很难让常规工厂事故中断网络运行。

它还有非常高的抗干扰标准，为的就是在发生故障时，站仍然能够继续运行。

即使一台控制器发生故障也不会引起生产中断，因为有备用的网络主站（即热备份）。

CC-Link现场总线具有两种开放现场总线技术：CC-Link安全和CC-Link/ LT。

正如名称所指示的：CC-Link安全是一种专用的安全总线，具有IEC 61508标准定义的 SIL3等级，满足所有典型工业安全的要求；CC-Link/ LT是一个面向比特的网络设计，适用于按钮、传感器和执行器的部署，使之成为底层数字I / O高性价比的解决方案。

2.3 CC-Link IE工业以太网CLPA提供的另一个关键网络技术是CC-Link IE：基于以太网的工业网络。

工业网络发展的趋势是朝着工业以太网的方向前进，我们已经看到了几十种不同的工业以太网协议出现，运行在一个标准的以太网物理层上。

然而，能够让CC-Link IE脱颖而出的是：目前它是唯一能提供千兆性能的开放工业以太网，具有固有的确定性。

这给了CC-Link IE比工作在100Mbps（或更慢）的网络从效率上增加了一个以上的数量级。

但是，速度还不是故事的全部，CC-Link IE还复制了很多RAS的功能和特性。

有人可能会问，千兆的速度是否必要？今天，办公室以太网服务能够提供更广泛的功能，其速度从每秒数百千比特提高到千兆性能。

因此，对工业网络的性能也有同样预期，这也推动了CC-Link IE的不断发展。

网络的发展主要由工业的生产来驱动，如平板显示器制造和汽车生产，企业需要处理大量数据，并且这些信息需要在整个工厂实时分享。

举个简单的例子：一个典型的汽车组装厂，多数组装线有着各种各样车型的变化，每种车型还有巨大的、基于客户订单的可选件组合。

跟踪哪些部件应该安装在哪台车上，是完成最终装配的一个数据密集型任务。

CC-Link IE具有这样的性能，提供实时的现场数据，这就是为什么越来越多的汽车企业在全球指定CC-Link IE用于他们制造的一个关键因素。

CC-Link IE是标准的工业以太网，有两种主要的提供形式：控制版和现场版。

CC-Link IE控制版是一种高容量、千兆光纤的骨干网，连接众多的应用控制器可以为整个生产设施提供通信链路。

CC-Link IE现场版使用标准的超5类（Cat 5e）电缆，连接控制器和现场设备。

CC-Link IE现场版还提供了不同的协议扩展，是其标准的一部分，其中包括了能源、安全和运动控制。

这意味着允许在单一网络上实现安全、运动控制和能源管理功能，节省了安装成本并且简化了网络结构。

解决方案的最后一块是CC-Link和CC-Link IE产品的开发。

很多美国公司都选择与领先的网络解决方案公司合作，如赫优讯、HMS、奥特拉（Altera）和瑞萨公司，这些公司把开放网络添加到他们的产品中。

这些市场的领导者也是CLPA的合作伙伴，因此他们可以提供产品来实现CC-Link网络。

对于许多公司关键的一点是：他们已经使用的网络平台，能够支持CC-Link的网络。

因此，他们能够很容易把这一前沿技术添加到他们的解决方案之中。

三、应用纽约市隧道工程使用CC-Link网络在纽约做项目可不是一件容易的事情：纽约人希望按时、一致和确定的结果 -- 因为，每个人都知道：纽约人不喜欢等待。

在纽约市（NYC），一条新的连接长岛、曼哈顿和皇后区的长岛铁路隧道工程将大大改善这些NYC通勤人的交通流量。

这个城市项目是一个理想应用案例：要在确保安全、高效的工作环境下，项目要在特定预定义的限制范围内完成。

罗宾斯（Robbins）公司能够建造世界级的隧道掘进机，以及运输和安全系统。

罗宾斯承包了NYC项目的一部分，提供隧道掘进、输送系统和相关设备。

该项目需要使用隧道掘进机（TBM），需要镂空地表之下200英尺的多个隧道。

必须掘进12.4公里的岩石–并移走所有产出的土石碎片。

需要精心设计输送系统该项目需要使用隧道掘进机（TBM）镂空地表之下200英尺的多个隧道。

必须掘进12.4公里的岩石，并必须移去所有产生的土石碎片。

该项目的位置在纽约市中心的心脏地带，需要一个精心制作的系统，使输送机不断地把掘进机产生的杂物、或叫渣土，全部移走。

输送机系统几乎包括了所有常见的各种输送机，包括皮带输送机， TBM输送机，转移输送机，一台蛇形输送机，跟随掘进机不断延伸输送，一台可扩展冠式输送机，一台口袋垂直输送机，两台串级陆上输送机和一台径向堆。

由于该项目的位置，挑战的部分是移出渣土离开隧道，送到一个存储区域，且不能中断附近交通的正常运营。

最具挑战的设计元素是使用两台带箱桁架的陆路输送机，在北方大道（Northern Boulevard） -- 一条主要公路的上面运输渣土。

从隧道内运出渣土是必需的，这通常成为隧道掘进操作中的瓶颈。

在过去的项目中，通常使用轨道车把渣土运送出来，但由于该隧道只有一组轨道，该隧道掘进机只能在轨道车可用时才能操作。

这意味着，当轨道车满载，并携带渣土负载运出隧道时，隧道掘进机不能满负荷运行。

此外，TBM进入隧道越远，轨道车行驶出隧道移除渣土及返回的时间就越长。

当隧道变长时，这使TBM的效率降低了。

因此，这个项目尝试使用输送系统来改善渣土的移除过程。

据分析，在掘进操作期间输送机可以连续地操作。

当第一次使用这种方法时，有时传送带破裂了，渣土洒满了轨道；有时传送带会翻转，渣土抛在了隧道地板上。

这些事件发生的原因是缺少传送带电机之间的控制和通信。

传送带电机必须紧密协调，才能防止不平衡或过载的情况。

如果一个电机停止，会对其它电机造成过载和不平衡，因为缺乏电机控制器之间的通信。

使用三菱电机生产的变频驱动器（VFD）来控制传送带电机实现了输送的快速和高效。