历史的选择工业以太网CC-LINK IE的性能分析 周丽娟
【期刊名称】《《电子测试》》
【年(卷),期】2013(000)005
【总页数】3页(P148-150)
【关键词】CC-LINK IE; 工业以太网; 双环路; 高可靠性; 冗余
【作 者】周丽娟
【正文语种】中 文
metropolis准则
1 引言
以太网用于工控行业，构成工业以太网，如今已成为研究的热点。典型的工业以太网由现场设备层、控制层以及管理层构成。各层因信息类型，网络大小，网络速度等方面的不同导致所采用的网络技术也不同。 目前工业以太网的类型非常多，比如Modbus/TCP，Ethernet/IP，ProfiNet以及CC-LINK IE等，这些都是基于TCP/IP的不同协议，主要体现在应用层定义不同[1]。Modbus/TCP增加了TCP/IP的报头，删除了CRC校验[2]，该协议完全开放，因此，支持该协议的厂家比较多，典型的是施耐德、GE等。Ethernet/IP由ODVA所开发并得到了罗克韦尔自动化的强大支持。它使用已用于ControlNet和DeviceNet的控制和信息协议（CIP）为应用层协议[3] [4]，因而使用通用的设备规范和目标库，使得不同厂商的复杂设备间都能得到兼容。ProfiNet采用标准TCP/IP协议加上应用层的RPC/DCOM来完成节点之间的通讯[5]，可以同时挂接传统Profibus系统和新型智能现场设备，将工厂自动化和企业信息管理层融为一体，又保留了Profibus的开放性与稳定性[6]。CC-LINK IE作为后起之秀，继承了上述工业以太网的优点，又在性能上又跨了一步。
2 CC-LINK协议家族简介
CC-LINK最初作为现场总线系统推出，它能够同时处理控制和信息数据。通讯速度高达10Mbps，最大可以达到100m的传输距离并能连接64个站。除此之外，CC-LINK还表现出了卓越的稳定性与实时性，RAS（Reliability, Availability, Serviceability）的功能包括备用主站，从站脱离，自动回复，测试和监控，它提供了高可靠性的网络系统并缩短了网络瘫痪时间[7]。
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CC-LINK/LT以减少配线为目标，是专门为传感器，执行器和小型I/O应用系统而设计的。它提供了开放、高速动作和优异的抗噪音性能。
CC-LINK V2扩大了容量，并且提升了数据交换速度，与CCLINK Ver.1相比，可控制点数最大增加到8倍。CC-LINK在汽车制造、半导体制造、传送系统和食品生产等自动化领域已有成功实用案例。
在国际标准的安全性呼吁下，安全网络CC-LINK Safety应运而生。制造业工厂不只要求提高生产效率，对构筑安全的生产线系统也越发重视起来。
CC-LINK IE是目前的最新产品，它分为控制网络与现场网络，分别位于网络结构的不同层
次。其中CC-LINK IE Control的单网最大链接点数达到128K字，单站的最大链接点数达到32K位，通过双重光环网，外部供电等丰富的功能，形成了高可靠性的控制器网络。CC-LINK IE Field集合I/O控制，运动控制及其它智能设备为全方位现场网络。通信速度可达到1Gbps。
表1 CC-LINK家族的发展历程时期 产品 特点2000 CC-LINK 高速高可靠性2002 CC-LINK/LT 省配线2003 CC-LINK(Ver.2) 数据量扩大8倍2006 CC-LINK/Safety 安全性能升级2007 CC-LINK/IE 控制领域更广泛
3 CC-LINK IE特点
3.1 工业以太网的架构
在CC-LINK构成的金字塔网络架构中，最高层为计算机层，即信息层，也就是传统的以太网，主要任务是实现企业内部的管理信息交流；CC-LINK IE控制网络连接了计算机层与控制器层，CC-LINK IE现场网络连接了控制器层与设备层，在塔型结构的最底层为分散I/O，运动控制及其他智能设备。由图1可见，CCLINK IE贯通上下，形成了各层网络之间的无缝
协作，数据容量自下至上扩张，实时性自上至下增强，达到了现场网络实时性高的要求，同时也实现了大规模信息集控。在设备层可以灵活搭配CC-LINK家族的其他产品，或SSCNET运动控制器，以满足各行各业的不同需求。
图1 工业以太网CC-LINK IE的网络架构
3.2 典型网络结构与数据交换
图2所示为典型的工业以太网网络结构。在图中，CC-LINK IE Control跨越了信息系统与生产现场，它的功能是采集现场数据并上传至管理层，再将控制信息下载至现场控制器。
在信息系统，只需在服务器PC中加装CC-LINK IE板卡，即可直接将下层信息上传至信息管理层；也可通过控制器站连接上层网络。在生产现场，一台控制器主站可以管理多台本地站与远程站，或连接PC作为现场监控器，不仅如此，通过适配器还可以扩展连接摄像头，显示器及计算机。运动控制网络与安全网络可以同时挂接在此网络系统中，可见CC-LINK IE适用于非常复杂的场合。
图2 工业以太网CC-LINK IE的典型结构
蓝：传统以太网；桔：CC-LINK IE；红：CC-LINK现场总线；
紫：SSCNET运动控制；浅蓝：CC-LINK/LT；绿：CCLINK/Safety
3.3 性能特点
CC-LINK IE的特点主要有以下几点：
3.3.1 高速、大容量
保留了传统以太网的优势，通信速度高达1Gbps，缩短可编程控制器间的传输时间，能够在各种控制器之间高速共享大容量的数据。即使进行大量数据传输，也不影响循环刷新周期，可以实现大规模的控制器分散控制。
3.3.2 高可靠性
通过使用光纤双环网传输方式，在电缆或电源故障等异常发生时，一方面可通过环路回送功能继续通信，提高冗余性，另一方面可立即发现故障，及时检修，恢复网络健康状态。
3.3.3 扩展性
设计之初不必确定连接站的数量，在运行期间可以自由扩展，而且网络的初始化非常简便，降低了设计难度。常压渣油
3.4 与其他工业以太网的性能比较
先研究采用Modbus/TCP技术的施耐德Unity Quantum系列的以太网模块，应用层采用的是中国国家标准的Modbus协议。该产品网络架构允许64或128（新产品）个站，每站容量为120字，通讯速度为100Mbps，使用铜电缆时各站之间的距离不超过100m，应用交换机或集线器可延长至500m，也可以使用光纤。
Rockwell的以太网模块1756-ENBT是应用EthernetIP协议的代表产品，典型情况下，采用星形拓扑结构，支持最大通讯速度100Mbps。 每个模块最多允许64个TCP/IP连接，128个ControlLogix连接（I/O和信息数据），数据包最大为1500个字节。站间距离未作规定，可利用光纤中继器扩展。
对于Profinet这种类型的工业以太网，以西门子的产品为例，通讯速度100Mbps，通常情况下允许连接的最大长度为100m。可采用的拓扑结构包含星形，树形，线形，环型。IM 151-
3PN接口模块的输入/输出数据量为256/256个字节，可扩展63个站，CP 343-1 PN模块最多可连接256个站。
CC-LINK IE的通信速度为1Gbps，单个网络的连接站数最大为120个站，最大网络数为239个，使用多模光纤时最大站间距离550m，采用双环路的拓扑结构，传送容量最大1920字节。
曾泽生比较之后，可看出CC-LINK IE在速度，容量及可靠性方面都占有明显的优势。
4 实际案例
此案例的管理层分为两层，是为了信息安全考虑；CC-LINK IE通过计算机板卡上传至热备服务器，现场主要控制器站采用冗余PLC提高可靠性，因此此网络实现了硬件与软件的双冗余，而因为CC-LINK IE的高速率，无须担心信息阻塞或丢失的问题。
图3 实用案例网络结构
长春工业大学学报5 结语
CC-LINK IE是新一代的工业以太网，更符合市场的需求。在推出的短短几年中，已经在汽车制造业，半导体装置业，钢铁制作业得到成熟应用。凭借与传统以太网的兼容性，又保留了总线系统的实时性，将来必定会有更多应用场合。
参考文献
［1]胡毅、于东、刘明烈.工业控制网络的研究现状及发展趋势[J].计算机科学，2010，37（1）：23-46
［2]关学进，刘娟.基于Modbus_TCP工业以太网的自动化控制系统[J].电子测试，2011.4（4）：4-8
