1引言
IEC 61158的类型18 CC-Link 技术被广泛应用到汽车、橡胶轮胎、半导体、机械制造等各个行业领域，应用更加广泛。目前，CC-Link 技术已转化为我国推荐性国家标准GB/T 19760-2008[1]。
随着制造业不断发展，对自动化水平提出了更高要求，特别是对远距离监控需求及安全生产的要求也越来越高。CC-Link Safety 就是把安全技术与工业网络结合在一起，提供了安全网络化解决方案。安全化网络的优势不仅降低了布线、维护等成本，提高了生产效率，同时，它继承了CC-Link 网络资源，能更加有效地保障安全生产，防止或最大限度地避免人身与财产安全事故的发生。
2应用范围和网络结构
CC-Link Safety 的安全协议把机械安全系统的安全数据如急停信号等应用到CC-Link系统中，适用于各种自动化控制领域。CC-Link（包括CC-Link Safety）在工厂自动化网络结构中相当于现场网络层，如图1所示。
图1 工厂自动化网络结构
3CC-Link Safety系统概述
3.1配置
组成CC-Link Safety系统的站可分为如下站类型，如图2所示。
注：CC-Link规范包括两种传输方式：循环传输和瞬时传输。循环传输是通过CC-Link网络周期性地更新数据的通信方法。瞬时传输是在CC-Link网络中，仅当有通信请求时，才执行的通信方式[1]。CC-Link Safety安全协议仅支持循环传输功能。
图2 构成CC-Link Safety系统的站类型
3.2CC-Link版本和功能
（1）主站
CC-Link各版本的主站功能如表1所示。
为保持与旧版本（Ver. 1.00、Ver. 1.10和Ver. 1.11）的兼容性，CC-Link Safety （Ver. 1.12和Ver. 1.13）的主站必须同时具备循环传输功能和安全循环传输功能[2]。
表1 主站的功能
|
功能
|
Ver.1.00
|
Ver.1.10
|
Ver.1.11
|
Ver. 1.12, Ver. 1.13
(CC-Link Safety)
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Ver. 2.00
|
|
|
安全
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安全循环传输
|
－
|
－
|
－
|
*
|
－
|
|
安全扩展循环传输
|
－
|
－
|
－
|
－
|
－
|
|
|
安全瞬时传输
|
－
|
－
|
－
|
－
|
－
|
|
|
安全报文传输
|
－
|
－
|
－
|
－
|
－
|
|
|
标准
|
循环传输
|
*
|
*
|
*
|
*
|
*
|
|
扩展循环传输
|
－
|
－
|
－
|
－
|
*
|
|
|
瞬时传输
|
＃
|
＃
|
＃
|
＃a
|
＃
|
|
|
报文传输
|
－
|
－
|
*
|
＃
|
＃
|
|
|
放宽站间电缆距离限制
|
－
|
*
|
*
|
*
|
*
|
|
|
注：*：必备功能，＃：可选功能，－：不适用。
|
||||||
|
a 仅传输时钟数据。
|
||||||
（2）远程I/O站
CC-Link各个版本的远程I/O站功能如表2所示。
表2 远程I/O站的功能
|
功能
|
Ver. 1.00
|
Ver. 1.10
|
Ver. 1.12, Ver. 1.13
(CC-Link Safety)
|
|
|
安全
|
安全循环传输
|
－
|
－
|
*
|
|
安全扩展循环传输
|
－
|
－
|
－
|
|
|
安全瞬时传输
|
－
|
－
|
－
|
|
|
安全报文传输
|
－
|
－
|
－
|
|
|
标准
|
循环传输
|
*
|
*
|
－
|
|
扩展循环传输
|
－
|
－
|
－
|
|
|
瞬时传输
|
－
|
－
|
#a
|
|
|
报文传输
|
－
|
－
|
－
|
|
|
放宽站间电缆距离限制
|
－
|
*
|
*
|
|
|
注：*：必备，#：可选，－：不适用。
|
||||
|
a 仅传输时钟数据。
|
||||
（3）远程设备站
CC-Link各版本的远程设备站功能如表3所示。
表3 远程设备站的功能
|
功能
|
Ver. 1.00
|
Ver. 1.10
|
Ver. 1.11
|
Ver. 1.12, Ver. 1.13
(CC-Link Safety)
|
Ver. 2.00
|
|
|
安全
|
安全循环传输
|
－
|
－
|
－
|
*
|
－
|
|
安全扩展循环传输
|
－
|
－
|
－
|
－
|
－
|
|
|
安全瞬时传输
|
－
|
－
|
－
|
－
|
－
|
|
|
安全报文传输
|
－
|
－
|
－
|
－
|
－
|
|
|
标准
|
循环传输
|
*
|
*
|
*
|
－
|
#
|
|
扩展循环传输
|
－
|
－
|
－
|
－
|
*
|
|
|
瞬时传输
|
－
|
－
|
－
|
#a
|
－
|
|
|
报文传输
|
－
|
－
|
*
|
－
|
#
|
|
|
放宽站间电缆距离限制
|
－
|
*
|
*
|
*
|
*
|
|
|
注：*：必备，#：可选，－：不适用。
|
||||||
|
a 仅传输时钟数据。
|
||||||
3.3各类型站之间的通信
在安全主站的网络参数中设置从站信息（如站号、站类型和占用逻辑站数），当连接的从站信息与参数设置不同时，安全主站和该从站间不能建立数据链接。下面描述两种不同从站情况下的CC-Link Safety 系统配置。
1）配置（仅由安全站组成）
系统由安全主站与安全从站组成，如图3所示。
不同类型安全从站可以一起使用。
图3由“安全主站”和“安全从站”构成的系统实例
2）配置（由安全从站和标准从站组成）
系统由安全主站、安全从站和标准从站组成，如图4所示。
不同类型从站（只有标准远程I/O站和标准远程设备站）可以一起使用。
安全主站使用标准协议与标准从站通信。
图4 由“安全主站、安全从站和标准从站”构成的系统配置
CC-Link Safety 系统各类型站之间的通信能力如表4所示。
表4各类型站间的通信（循环传输）
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接收站
发送站
|
安全主站
|
安全
远程设备站
|
安全远程I/O站
|
标准
远程设备站
|
标准远程I/O站
|
|
安全主站
|
#
|
#
|
*
|
*
|
|
|
安全远程设备站
|
－
|
－
|
－
|
－
|
|
|
安全远程I/O站
|
－
|
－
|
－
|
－
|
|
|
标准远程设备站
|
*
|
－
|
－
|
－
|
－
|
|
标准远程I/O站
|
*
|
－
|
－
|
－
|
－
|
|
注：*：可使用安全协议（V1.12，V1.13）通信；#：可使用标准协议（V1.00）通信；－：不适用。
|
|||||
3.4通信规范
通信规范见表5。
表5通信规范
|
通信规范
|
||
|
Ver. 1.12和Ver. 1.13（CC-Link Safety）
|
Ver. 1.00（参照）
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|
传输速率
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10M/5M/2.5M/625k/156kbps
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|
|
通信方式
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广播轮询方式
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|
|
同步方式
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帧同步方式
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|
|
编码方式
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NRZI（倒转不归零）
|
|
|
传输路径格式
|
总线型(基于EIA RS485)
|
|
|
传输格式
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基于HDLC
|
|
|
差错控制方式
|
CRC16(X16+X12+X5+1)
|
|
|
CRC32a
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-
|
|
|
最大链接容量
|
S-RY: 2,048 位
S-RX: 2,048 位
S-RWw: 128 字
S-RWr: 128 字
注：当系统配置中含有标准站时，安全站最大链接容量会减少。
|
RY: 2,048 位
RX: 2,048 位
RWw: 256 字
RWr: 256 字
|
|
每个节点的链接容量
|
见表6
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见表7
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占用最大逻辑站数
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2 站
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4站
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瞬时传输
(每次链接扫描) |
不适用
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最大960字节/站
[150 字节 Mb → ID/Lc], 34 字节(ID/L → M)]
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|
最大连接节点数
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(1xa)+(2xb)+(3xc)+(4xd) £ 64 站
a：占用1个逻辑站d的节点数； b：占用2个逻辑站的节点数；
c：占用3个逻辑站的节点数； d：占用4个逻辑站的节点数。
|
|
|
(16xA)+[54x(B+D+E)] £ 2,304
A：标准远程I/O站站数
B：标准远程设备站站数
D：安全远程I/O站站数
E：安全远程设备站站数
注：系统配置中只有安全站时，最大连接站数为42。
|
(16xA)+(54xB)+(88xC) £ 2,304
A：标准远程I/O站站数
B：标准远程设备站站数
C：标准本地站、标准智能设备站站数
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|
|
从站站号
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1～64
|
|
|
连接电缆
|
CC-Link 专用电缆（3芯屏蔽绞线）
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|
|
a CRC32 生成多项式： X32+X26+X23+X22+X16+X12+X11+X10+X8+X7+X5+X4+X2+X+1；
b 标准主站；
c 标准智能设备站/标准本地站系统所连接的设备在“传输速率”和“连接节点数”方面不必完全满足表5所述要求；
d 占用1个逻辑站表示在CC-Link缓冲区中划分的一个用于与其他站通信的最小单位，在本文件中称为逻辑站。见GB/T 19760.1的3.11。
|
||
表6 每个安全从站的链接容量（在V1.12，V1.13 协议中）
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设备
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占用1个逻辑站
|
占用2个逻辑站
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S-RX/S-RY
|
各32位
|
各64位
|
|
S-RWw/S-RWr
|
－
|
各4字
|
表7 每个标准从站的链接容量（在V1.00协议中）
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设备
|
占用1个逻辑站
|
占用2个逻辑站
|
占用3个逻辑站
|
占用4个逻辑站
|
|
RX/RY
|
各32位
|
各64位
|
各96位
|
各128位
|
|
RWw/RWr
|
各4字
|
各8字
|
各12字
|
各16字
|
4安全协议概述
4.1安全协议结构
为增强站间通信数据的可靠性，CC-Link Safety 扩展了常规CC-Link 的应用层并执行安全协议。CC-Link Safety协议结构如图5所示。
图5 协议结构
以下规范为CC-Link Safety 而增加：
在应用层实现安全协议。安全协议包含校验通信数据的安全数据保护信息管理服务、管理安全数据通信的安全循环传输服务、管理安全相关的网络配置的安全站参数管理服务、管理安全相关的网络配置的（部分）本站/其他站的信息及状态管理服务；
安全数据保护信息管理服务在安全数据中添加安全数据保护信息（CRC32 和运行号（RNO）），并基于安全数据保护信息来检测安全数据是否发生重复、丢失、插入、顺序错误、报文损坏和延迟；
数据链路层和物理层与常规CC-Link 协议中的对应部分相同。
4.2安全协议构成
安全协议包含以下服务：
安全数据保护信息管理服务：该服务校验通信数据；
安全循环传输服务：该服务管理安全数据周期通信；
本站/其他站的信息和状态管理服务。
安全站参数管理服务：该服务设置参数，并执行配置管理，以防止安全系统配置不同于设置参数时的误动作。
安全数据保护信息管理服务基于安全数据保护信息校验安全数据和安全协议信息。发送站的安全数据保护信息服务在安全数据和安全协议信息（由服务用户层和应用层创建）中添加安全数据保护信息，并发送数据到数据链路层。
数据接收站的数据保护信息管理服务校验接收到的安全数据和安全协议信息中的安全数据保护信息。当确定接收数据正确时，把安全数据和安全协议信息传送到应用层。CC-Link Safety 协议的数据传输路径如图6所示。
注：安全循环传输服务传输安全协议通信必需的数据，并与本站/其他站的信息和状态信息管理服务以及安全站参数管理服务交换信息。
图6 CC-Link Safety协议栈的数据传输路径
4.3安全数据
安全协议利用安全远程输入（S-RX）、安全远程输出（S-RY）和安全远程寄存器（S-RWr和S-RWw）发送安全数据到用户应用，或从用户应用接收安全数据。
（1）安全数据发送（见图7）
用户应用利用安全远程输出（S-RY）和安全远程寄存器（S-RWw）发送安全数据到安全协议；
安全协议的安全循环传输服务创建安全协议信息（PSD、CMD、RSV和LID）；
安全协议的安全数据保护信息管理服务根据S-RY、S-RWw、PSD、CMD、RSV、LID和RNO，发送站的信息和接收站的信息来计算CRC32；
安全协议的安全数据保护信息管理服务把S-RY 存储在数据链路层的RY 区域，把S-RWw、PSD、CMD、RSV、LID、RNO和CRC32 存储在数据链路层的RWw 区域；
数据链路层发送存储在RY和 RWw中的数据。
注：安全循环传输服务传输安全协议通信必需的数据，并与本站/其他站的信息和状态信息管理服务以及安全站参数管理服务交换信息。
图7 安全数据的发送
（2）安全数据的接收（见图8）
安全协议的安全数据保护信息管理服务从数据链路层的RY区域读取S-RY，从RWw区域读取S-RWw、PSD、CMD、RSV、LID、RNO和CRC32。
安全协议的安全数据保护信息管理服务根据S-RY、S-RWw、PSD、CMD、RSV、LID和自身保存的发送站信息及接收站信息来计算CRC32，并与从RWw区域读到的CRC32 比较。如果CRC32匹配，则把S-RY、S-RWw、PSD、CMD、RSV和LID 发送到安全协议的安全循环传输服务。
安全协议的安全循环传输服务利用安全协议信息（PSD、CMD、RSV 和LID）校验该协议，如果校验结果相符合，则把S-RY 和S-RWw 发送到用户应用。
注：安全循环传输服务传输安全协议通信必需的数据，并与本站/其他站的信息和状态信息管理服务以及安全站参数管理服务交换信息。
图8 安全数据的接收
5标准化进展
2010年6月，CC-Link Safety技术正式成为了IEC 61784-3的类型8[3]。为了更好地规范和指导国内工业自动化厂商、集成商、研究院所和广大用户掌握和运用该项先进的安全网络技术，促进我国工业自动化技术的发展，全国工业过程测量和控制标准化技术委员会（SAC/TC124）也已经组织机械工业仪器仪表综合技术经济研究所、北京和利时系统工程有限公司、清华大学、东风设计研究院有限公司、上海自动化仪表股份有限公司、重庆川仪自动化股份有限公司、中海石油研究中心、天华化工机械及自动化研究设计院、中国CC-Link用户组织等单位组成标准制定工作组，并已完成了《控制与通信网络CC-Link Safety 规范 第1部分：概述/协议》、《控制与通信网络CC-Link Safety 规范 第2部分：行规》、《控制与通信网络CC-Link Safety 规范 第3部分：实现》三个部分的中国标准制定工作。
作者简介
王春喜 任职于机械工业仪器仪表综合技术经济研究所（ITEI），全国工业过程测量和控制标准化技术委员会（SAC/TC124）。
参考文献
[1]GB/T 19760.1，CC-Link控制与通信网络规范.第1部分：CC-Link协议规范[S].中国标准出版社，2008.
[2] CC-Link Ver.1.13, CC-Link Safety Specification (Overview/Protocol) [S].CC-Link Partner Association, 2010.
[3]IEC 61784-3-8，Industrial communication networks – Profiles – Part 3-8: Functional Safety fieldbuses – Additional specifications for CPF 8 [S].IEC，2010.
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