工業(yè)以太網(wǎng)CC-LINK IE的性能分析

周麗娟

（復(fù)旦大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院 200433）

1 引言

以太網(wǎng)用于工控行業(yè)，構(gòu)成工業(yè)以太網(wǎng)，如今已成為研究的熱點(diǎn)。典型的工業(yè)以太網(wǎng)由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、控制層以及管理層構(gòu)成。各層因信息類(lèi)型，網(wǎng)絡(luò)大小，網(wǎng)絡(luò)速度等方面的不同導(dǎo)致所采用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也不同。

選取2018年1月～2018年7月我軍隊(duì)醫(yī)院老干部科收治的老年慢性阻塞性肺疾病的患者80例，根據(jù)隨機(jī)分組的方式，將患者分為觀察組和參照組，其中有40例患者為參照組，男22例，女18例，年齡58～90歲，平均（73.21±2.17）歲，患病病程1～17年，平均（6.1±2.1）年；而觀察組人員也為40例，男23例，女17例，年齡59～89歲，平均（72.39±2.21）歲，患病病程1～17年，平均（6.3±2.2）年，在統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件的分析下，兩組患者的基本資料比較；差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。

目前工業(yè)以太網(wǎng)的類(lèi)型非常多，比如Modbus/TCP，Ethernet/IP，ProfiNet以及CC-LINK IE等，這些都是基于TCP/IP的不同協(xié)議，主要體現(xiàn)在應(yīng)用層定義不同[1]。Modbus/TCP增加了TCP/IP的報(bào)頭，刪除了CRC校驗(yàn)[2]，該協(xié)議完全開(kāi)放，因此，支持該協(xié)議的廠家比較多，典型的是施耐德、GE等。Ethernet/IP由ODVA所開(kāi)發(fā)并得到了羅克韋爾自動(dòng)化的強(qiáng)大支持。它使用已用于ControlNet和DeviceNet的控制和信息協(xié)議（CIP）為應(yīng)用層協(xié)議[3][4]，因而使用通用的設(shè)備規(guī)范和目標(biāo)庫(kù)，使得不同廠商的復(fù)雜設(shè)備間都能得到兼容。ProfiNet采用標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP協(xié)議加上應(yīng)用層的RPC/DCOM來(lái)完成節(jié)點(diǎn)之間的通訊[5]，可以同時(shí)掛接傳統(tǒng)Profibus系統(tǒng)和新型智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，將工廠自動(dòng)化和企業(yè)信息管理層融為一體，又保留了Profibus的開(kāi)放性與穩(wěn)定性[6]。CC-LINK IE作為后起之秀，繼承了上述工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)，又在性能上又跨了一步。

2 CC-LINK協(xié)議家族簡(jiǎn)介

CC-LINK最初作為現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)推出，它能夠同時(shí)處理控制和信息數(shù)據(jù)。通訊速度高達(dá)10Mbps，最大可以達(dá)到100m的傳輸距離并能連接64個(gè)站。除此之外，CC-LINK還表現(xiàn)出了卓越的穩(wěn)定性與實(shí)時(shí)性，RAS（Reliability, Availability, Serviceability）的功能包括備用主站，從站脫離，自動(dòng)回復(fù)，測(cè)試和監(jiān)控，它提供了高可靠性的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)并縮短了網(wǎng)絡(luò)癱瘓時(shí)間[7]。

CC-LINK/LT以減少配線為目標(biāo)，是專(zhuān)門(mén)為傳感器，執(zhí)行器和小型I/O應(yīng)用系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的。它提供了開(kāi)放、高速動(dòng)作和優(yōu)異的抗噪音性能。

2.提出進(jìn)一步完善我國(guó)的根本政治制度和基本政治制度。報(bào)告提出，要“提高基層人大代表特別是一線工人、農(nóng)民、知識(shí)分子代表比例，降低黨政領(lǐng)導(dǎo)干部代表比例。在人大設(shè)立代表聯(lián)絡(luò)機(jī)構(gòu)，完善代表聯(lián)系群眾制度。健全國(guó)家權(quán)力機(jī)關(guān)組織制度，優(yōu)化常委會(huì)、專(zhuān)委會(huì)組成人員知識(shí)和年齡結(jié)構(gòu)，提高專(zhuān)職委員比例”［1］。報(bào)告還提出，“要完善協(xié)商民主制度和工作機(jī)制，推進(jìn)協(xié)商民主廣泛、多層、制度化發(fā)展”［1］；“健全基層黨組織領(lǐng)導(dǎo)的充滿活力的基層群眾自治機(jī)制，以擴(kuò)大有序參與、推進(jìn)信息公開(kāi)、加強(qiáng)議事協(xié)商、強(qiáng)化權(quán)力監(jiān)督為重點(diǎn)，拓寬范圍和途徑，豐富內(nèi)容和形式，保障人民享有更多更切實(shí)的民主權(quán)利”［1］。

CC-LINK V2擴(kuò)大了容量，并且提升了數(shù)據(jù)交換速度，與CCLINK Ver.1相比，可控制點(diǎn)數(shù)最大增加到8倍。CC-LINK在汽車(chē)制造、半導(dǎo)體制造、傳送系統(tǒng)和食品生產(chǎn)等自動(dòng)化領(lǐng)域已有成功實(shí)用案例。

在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的安全性呼吁下，安全網(wǎng)絡(luò)CC-LINK Safety應(yīng)運(yùn)而生。制造業(yè)工廠不只要求提高生產(chǎn)效率，對(duì)構(gòu)筑安全的生產(chǎn)線系統(tǒng)也越發(fā)重視起來(lái)。

CC-LINK IE是目前的最新產(chǎn)品，它分為控制網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)，分別位于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的不同層次。其中CC-LINK IE Control的單網(wǎng)最大鏈接點(diǎn)數(shù)達(dá)到128K字，單站的最大鏈接點(diǎn)數(shù)達(dá)到32K位，通過(guò)雙重光環(huán)網(wǎng)，外部供電等豐富的功能，形成了高可靠性的控制器網(wǎng)絡(luò)。CC-LINK IE Field集合I/O控制，運(yùn)動(dòng)控制及其它智能設(shè)備為全方位現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)。通信速度可達(dá)到1Gbps。

表1 CC-LINK家族的發(fā)展歷程

3 CC-LINK IE特點(diǎn)

3.1 工業(yè)以太網(wǎng)的架構(gòu)

在CC-LINK構(gòu)成的金字塔網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，最高層為計(jì)算機(jī)層，即信息層，也就是傳統(tǒng)的以太網(wǎng)，主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部的管理信息交流；CC-LINK IE控制網(wǎng)絡(luò)連接了計(jì)算機(jī)層與控制器層，CC-LINK IE現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)連接了控制器層與設(shè)備層，在塔型結(jié)構(gòu)的最底層為分散I/O，運(yùn)動(dòng)控制及其他智能設(shè)備。由圖1可見(jiàn)，CCLINK IE貫通上下，形成了各層網(wǎng)絡(luò)之間的無(wú)縫協(xié)作，數(shù)據(jù)容量自下至上擴(kuò)張，實(shí)時(shí)性自上至下增強(qiáng)，達(dá)到了現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性高的要求，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模信息集控。在設(shè)備層可以靈活搭配CC-LINK家族的其他產(chǎn)品，或SSCNET運(yùn)動(dòng)控制器，以滿足各行各業(yè)的不同需求。

圖1 工業(yè)以太網(wǎng)CC-LINK IE的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

3.2 典型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)交換

圖2所示為典型的工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在圖中，CC-LINK IE Control跨越了信息系統(tǒng)與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，它的功能是采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)并上傳至管理層，再將控制信息下載至現(xiàn)場(chǎng)控制器。

一杭撫摸著雪螢的頭，湊到她耳邊悄聲說(shuō)：“我把記事本藏在床下的一雙統(tǒng)靴里，你拿到證據(jù)立刻報(bào)警！”雪螢驚得張大了嘴，一杭趕緊示意她不可聲張，她狠狠地掐了一杭一把，“這多危險(xiǎn)?。俊币缓颊f(shuō)：“沒(méi)事，我想法拖住他，等警察一來(lái)，一切都好了?！?/p>

藍(lán)色：傳統(tǒng)以太網(wǎng)；桔色：CC-LINK IE；紅色：CC-LINK現(xiàn)場(chǎng)總線；

圖2 工業(yè)以太網(wǎng)CC-LINK IE的典型結(jié)構(gòu)

在信息系統(tǒng)，只需在服務(wù)器PC中加裝CC-LINK IE板卡，即可直接將下層信息上傳至信息管理層；也可通過(guò)控制器站連接上層網(wǎng)絡(luò)。在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，一臺(tái)控制器主站可以管理多臺(tái)本地站與遠(yuǎn)程站，或連接PC作為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控器，不僅如此，通過(guò)適配器還可以擴(kuò)展連接攝像頭，顯示器及計(jì)算機(jī)。運(yùn)動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)與安全網(wǎng)絡(luò)可以同時(shí)掛接在此網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，可見(jiàn)CC-LINK IE適用于非常復(fù)雜的場(chǎng)合。

紫色：SSCNET運(yùn)動(dòng)控制；淺藍(lán)：CC-LINK/LT；綠色：CCLINK/Safety

3.3 性能特點(diǎn)

通過(guò)使用光纖雙環(huán)網(wǎng)傳輸方式，在電纜或電源故障等異常發(fā)生時(shí)，一方面可通過(guò)環(huán)路回送功能繼續(xù)通信，提高冗余性，另一方面可立即發(fā)現(xiàn)故障，及時(shí)檢修，恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)健康狀態(tài)。

術(shù)前常規(guī)拍攝站立位脊柱全長(zhǎng)正側(cè)位X線片，測(cè)量冠狀面及矢狀面平衡參數(shù)。側(cè)凸Cobb角：正位X線片上頭端最傾斜椎體上終板切線與尾端最傾斜椎體下終板切線間的夾角。冠狀面偏移：正位X線片上C7鉛垂線與骶骨中垂線間的距離。后凸Cobb角：側(cè)位X線片上頭端最傾斜椎體上終板切線與尾端最傾斜椎體下終板切線間的夾角。矢狀面偏移：側(cè)位X線片上C7鉛垂線與S1椎體后上緣間的距離，S1椎體后上緣前方為正值，后方為負(fù)值。在脊柱全長(zhǎng)正側(cè)位X線片上確定近、遠(yuǎn)端固定椎和側(cè)后凸畸形跨越節(jié)段。全脊柱CT評(píng)估置釘節(jié)段椎弓根有無(wú)合并椎管內(nèi)壓迫，全脊柱MRI評(píng)估有無(wú)脊髓壓迫或脊髓內(nèi)病變。

他要釣的是魚(yú)，不是烏龜！這只蠢笨的爬行動(dòng)物干嗎要咬鉤？他得讓大伙瞧瞧，毀了圣保羅水管工的周六下午，它要付出更大的代價(jià)！男人摸起手鉤，甩了出去，但落下的大鉤卻沒(méi)有擊中目標(biāo)。

保留了傳統(tǒng)以太網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)，通信速度高達(dá)1Gbps，縮短可編程控制器間的傳輸時(shí)間，能夠在各種控制器之間高速共享大容量的數(shù)據(jù)。即使進(jìn)行大量數(shù)據(jù)傳輸，也不影響循環(huán)刷新周期，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的控制器分散控制。

3.3.1 高速、大容量

3.3.3 擴(kuò)展性

3.3.2 高可靠性

CC-LINK IE的特點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：

(1)引導(dǎo)學(xué)生自主提問(wèn)評(píng)估，理清問(wèn)題思維.在對(duì)物理知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)時(shí)，由于物理學(xué)科需要較強(qiáng)的邏輯思維，因此學(xué)生的發(fā)散思維在物理學(xué)習(xí)過(guò)程中起著重要的作用.因此在物理學(xué)習(xí)中作為教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生善于提出疑問(wèn)、進(jìn)行自我提問(wèn)、進(jìn)行自我評(píng)估.這樣學(xué)生不僅能夠理解題意、剖析題意，更能從深層次掌握該題的內(nèi)涵，從而具有清晰的解題思路，提高解題效率.

③根據(jù)流域規(guī)劃，參照原建筑物設(shè)計(jì)參數(shù)以及沿線地形情況確定河道節(jié)點(diǎn)水位，統(tǒng)計(jì)河道沿線匯流口、流量，逐段推算河道水位。

設(shè)計(jì)之初不必確定連接站的數(shù)量，在運(yùn)行期間可以自由擴(kuò)展，而且網(wǎng)絡(luò)的初始化非常簡(jiǎn)便，降低了設(shè)計(jì)難度。

3.4 與其他工業(yè)以太網(wǎng)的性能比較

先研究采用Modbus/TCP技術(shù)的施耐德Unity Quantum系列的以太網(wǎng)模塊，應(yīng)用層采用的是中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的Modbus協(xié)議。該產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)允許64或128（新產(chǎn)品）個(gè)站，每站容量為120字，通訊速度為100Mbps，使用銅電纜時(shí)各站之間的距離不超過(guò)100m，應(yīng)用交換機(jī)或集線器可延長(zhǎng)至500m，也可以使用光纖。

Rockwell的以太網(wǎng)模塊1756-ENBT是應(yīng)用EthernetIP協(xié)議的代表產(chǎn)品，典型情況下，采用星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，支持最大通訊速度100Mbps。 每個(gè)模塊最多允許64個(gè)TCP/IP連接，128個(gè)ControlLogix連接（I/O和信息數(shù)據(jù)），數(shù)據(jù)包最大為1500個(gè)字節(jié)。站間距離未作規(guī)定，可利用光纖中繼器擴(kuò)展。

對(duì)于Profinet這種類(lèi)型的工業(yè)以太網(wǎng)，以西門(mén)子的產(chǎn)品為例，通訊速度100Mbps，通常情況下允許連接的最大長(zhǎng)度為100m。可采用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包含星形，樹(shù)形，線形，環(huán)型。IM 151-3PN接口模塊的輸入/輸出數(shù)據(jù)量為256/256個(gè)字節(jié)，可擴(kuò)展63個(gè)站，CP 343-1 PN模塊最多可連接256個(gè)站。

CC-LINK IE的通信速度為1Gbps，單個(gè)網(wǎng)絡(luò)的連接站數(shù)最大為120個(gè)站，最大網(wǎng)絡(luò)數(shù)為239個(gè)，使用多模光纖時(shí)最大站間距離550m，采用雙環(huán)路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，傳送容量最大1920字節(jié)。

比較之后，可看出CC-LINK IE在速度，容量及可靠性方面都占有明顯的優(yōu)勢(shì)。

4 實(shí)際案例

此案例的管理層分為兩層，是為了信息安全考慮；CC-LINK IE通過(guò)計(jì)算機(jī)板卡上傳至熱備服務(wù)器，現(xiàn)場(chǎng)主要控制器站采用冗余PLC提高可靠性，因此此網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了硬件與軟件的雙冗余，而因?yàn)镃C-LINK IE的高速率，無(wú)須擔(dān)心信息阻塞或丟失的問(wèn)題。

圖3 實(shí)用案例網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

5 結(jié)語(yǔ)

CC-LINK IE是新一代的工業(yè)以太網(wǎng)，更符合市場(chǎng)的需求。在推出的短短幾年中，已經(jīng)在汽車(chē)制造業(yè)，半導(dǎo)體裝置業(yè)，鋼鐵制作業(yè)得到成熟應(yīng)用。憑借與傳統(tǒng)以太網(wǎng)的兼容性，又保留了總線系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，將來(lái)必定會(huì)有更多應(yīng)用場(chǎng)合。

［1]胡毅、于東、劉明烈.工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2010，37（1）：23-46

［2]關(guān)學(xué)進(jìn)，劉娟.基于Modbus_TCP工業(yè)以太網(wǎng)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)[J].電子測(cè)試，2011.4（4）：4-8

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［6]尹海、孟彥京.西門(mén)子工業(yè)以太網(wǎng)PROFINET應(yīng)用[J].中國(guó)儀器儀表，2011，增刊：116-118

［7]CC-LINK——開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線[Z].三菱電機(jī)自動(dòng)化（上海）有限公司，2008