今日頭條
官方微信
官方抖音
案例頻道
吳 勤（1973—）男，湖北人，(上海機(jī)場(chǎng)建設(shè)指揮部，上海，201202） 研究方向?yàn)楣╇姽こ碳半娏ΡO(jiān)控。
1 前言
CC-Link Safety是在全世界廣泛普及的開(kāi)放性現(xiàn)場(chǎng)總線CC-Link協(xié)議的上位層實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)各種傳送錯(cuò)誤的安全功能層的能用于機(jī)械安全用途的具高度傳送可靠性的安全網(wǎng)絡(luò)。將安全功能層不能檢測(cè)的通訊錯(cuò)誤率控制到了極低程度，可構(gòu)筑符合IEC61508 SIL3及ISO13849-1 Category4要求的安全網(wǎng)絡(luò)。
由于是在CC-Link協(xié)議上位層實(shí)現(xiàn)了安全功能層，所以 CC-Link Safety不僅能保持與CC-Link的互換性、使用原有的電纜等資源、連接CC-Link兼容產(chǎn)品、利用原有工程，而且在安全通信方面也能實(shí)現(xiàn)和CC-Link同樣的高速通信和高速響應(yīng)性，還具有檢測(cè)安全系統(tǒng)的不正當(dāng)修改和設(shè)定錯(cuò)誤的構(gòu)成管理功能以及能迅速分析問(wèn)題原因的RAS功能，具有優(yōu)異的安全網(wǎng)絡(luò)方便性。
本文主要對(duì)CC-Link Safety的體系結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)處理方式。
2 CC-Link Safety 的體系結(jié)構(gòu)
CC-Link Safety體系結(jié)構(gòu)如圖 1所示，CC-Link Safety體系結(jié)構(gòu)，為確保實(shí)時(shí)性，由OSI參考模式（7層模式）中必要部分的4層（物理層、數(shù)據(jù)鏈接層、應(yīng)用層、用戶層）構(gòu)成。物理層及數(shù)據(jù)鏈接層與CC-Link互換，并在應(yīng)用層增加了能滿足安全要求的高可靠通信的安全功能層。安全功能層包括有關(guān)緊急停止信息的通信及檢測(cè)通信錯(cuò)誤的安全傳送功能，還包括管理安全網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備的狀態(tài)和構(gòu)成的構(gòu)成管理功能。服務(wù)用戶層為CC-Link Safety兼容產(chǎn)品和對(duì)應(yīng)軟件的固有功能，由產(chǎn)品及軟件開(kāi)發(fā)人員按產(chǎn)品類別單獨(dú)開(kāi)發(fā)。
為在CC-Link數(shù)據(jù)鏈接層上實(shí)現(xiàn)安全功能層的所有安全通信相關(guān)功能，CC-Link Safety與CC-Link具有通信互換性，在網(wǎng)絡(luò)上兩者可混合存在。但是，安全站的信息一般站不能全部破解。通過(guò)此種體系結(jié)構(gòu)，對(duì) CC-Link Safety兼容產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)，可有效利用原有的CC-Link開(kāi)發(fā)資源，縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間。而且對(duì)CC-Link用戶來(lái)說(shuō)，則可繼續(xù)使用原有設(shè)備和保養(yǎng)器械。
CC-Link Safety及CC-Link的傳送方式如圖 2所示。
傳送方式為CC-Link傳送方式同樣的廣播輪詢方式。首先，從安全主站向包括安全站及一般站的所有從站輪詢安全主站發(fā)送數(shù)據(jù)，安全主站輪詢從站1，受到輪詢的從站1將安全及一般的從站發(fā)送數(shù)據(jù)傳送給安全主站。在安全及一般從站傳送數(shù)據(jù)中，包含有如遠(yuǎn)程I/O站的輸入數(shù)據(jù)。安全主站按站順序輪詢從站，與所有從站的通信結(jié)束后，再次輪詢所有從站。如此反復(fù)進(jìn)行廣播和輪詢響應(yīng)。對(duì)安全站、一般站沒(méi)有站號(hào)順序限制。
CC-Link Safety的數(shù)據(jù)格式如圖3所示。在安全主站傳送數(shù)據(jù)中包括頁(yè)眉信息和發(fā)給所有從站的數(shù)據(jù)，如遠(yuǎn)程輸出站的輸出數(shù)據(jù)。發(fā)給一般從站的數(shù)據(jù)構(gòu)造與CC-Link相同，安全從站的數(shù)據(jù)構(gòu)造是在原有的字?jǐn)?shù)據(jù)一部分領(lǐng)域中儲(chǔ)存安全功能層使用的信息。所謂安全功能層信息，是指確定信息順序的排列編號(hào)和檢測(cè)信息位錯(cuò)亂的CRC32。CRC32 通過(guò)安全主站發(fā)送數(shù)據(jù)的頁(yè)眉和安全站的數(shù)據(jù)構(gòu)造算出。
安全網(wǎng)絡(luò)中需考慮的通信障礙有以下7種類型(根據(jù)IEC62280)。
（1）舊信息的重復(fù)收信；
（2）信息的缺損；
（3）信息的插入；
（4）信息的順序錯(cuò)誤；
（5）信息內(nèi)容的篡改；
（6）信息延遲；
（7）安全信息與非安全信息的混淆。
為檢測(cè)以上通信障礙，CC-Link Safety采取的對(duì)策如表1所示。
順序號(hào)包含在安全主站和安全從站之間的通信數(shù)據(jù)構(gòu)造中，每次發(fā)送時(shí)數(shù)值遞增，就此可檢測(cè)出信息的重復(fù)、缺損和錯(cuò)誤順序。對(duì)于信息延遲，安全主站及安全從站同時(shí)監(jiān)視接收信息間隔，如果在一定時(shí)間內(nèi)未收到信息，進(jìn)行停止通信的超時(shí)監(jiān)視。收信的確認(rèn)可通過(guò)安全主站調(diào)查從站的輪詢響應(yīng)，確認(rèn)是否到達(dá)欲傳送對(duì)方處。另外，CC-Link Safety這樣的安全通信與一般通信并存的網(wǎng)絡(luò)，接收站可能將一般通信誤認(rèn)為安全通信，引起處理障礙。CC-Link Safety卻能夠區(qū)別在信息構(gòu)造中是否含有CRC32和順序號(hào)，準(zhǔn)確分清安全信息和非安全信息。
2.3 安全功能層
為實(shí)現(xiàn)安全功能層，在CC-Link Safety的安全數(shù)據(jù)中包含有順序號(hào)和CRC32。在廣播輪詢方式中，輪詢和響應(yīng)信息的信息長(zhǎng)度越長(zhǎng)，輪詢周期也越長(zhǎng)。因CC-Link Safety是在不使用安全應(yīng)用軟件的安全字?jǐn)?shù)據(jù)領(lǐng)域中儲(chǔ)存CRC32等，不論是安全從站通信數(shù)據(jù)還是一般從站通信數(shù)據(jù)，信息長(zhǎng)度均相同。因此，安全通信的輪詢周期不會(huì)變長(zhǎng)，可達(dá)成與CC-Link相同的高速通信和響應(yīng)性。
而且，為確保通信可靠性，可采用通信雙重化或信息雙重化的方法，但這種方法要消耗原有通信兩倍的通信帶通，通信效率不高。CC-Link Safety將CRC32作為冗余符號(hào)使用，并且不進(jìn)行信息冗余，可不另外消費(fèi)通信帶通，使通信達(dá)到高可靠性。即CC-Link Safety為有效使用網(wǎng)絡(luò)通信帶通的設(shè)計(jì)，可達(dá)成與CC-Link同樣的高速性。
2.4 構(gòu)成管理功能與安全化
CC-Link Safety在各個(gè)安全站用固有的產(chǎn)品信息進(jìn)行安全網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成管理。產(chǎn)品信息為CC-Link協(xié)會(huì)管理的由各類機(jī)型的型號(hào)和制造聯(lián)號(hào)等組成的各產(chǎn)品的不同信息。在最初構(gòu)筑網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時(shí)，在安全站上登錄網(wǎng)絡(luò)連接產(chǎn)品的產(chǎn)品信息，之后啟動(dòng)安全主站及安全從站時(shí)，對(duì)照本身的產(chǎn)品信息和安全主站所登錄的產(chǎn)品信息，就能檢測(cè)安全網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的更改或修理后的施工錯(cuò)誤。而且，除產(chǎn)品信息外，從安全主站還可傳送各個(gè)安全從站的參數(shù)，由各安全從站進(jìn)行對(duì)照檢查。檢測(cè)出產(chǎn)品信息及參數(shù)不一致或不完整時(shí)，安全從站中止數(shù)據(jù)鏈接層的通信，即進(jìn)入故障保險(xiǎn)狀態(tài)。
利用這一優(yōu)點(diǎn)，能夠防止站號(hào)的設(shè)定差錯(cuò)或站號(hào)開(kāi)關(guān)故障，或網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)人員非有意引起的安全系統(tǒng)的誤動(dòng)作，抑制不正當(dāng)?shù)母脑煨薷摹Ｍㄟ^(guò)此項(xiàng)功能，使安全系統(tǒng)能夠可靠動(dòng)作。
CC-Link為了簡(jiǎn)單設(shè)定從站參數(shù)，提供CC-Link監(jiān)視軟件和參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)記述形式的CSP(CC-Link System Profile)。只要在CSP文件中記述從站的產(chǎn)品信息和參數(shù)，就能通過(guò)CC-Link監(jiān)視軟件設(shè)定和閱覽參數(shù)。CC-Link Safety提供和CC-Link監(jiān)視軟件互換的監(jiān)視軟件以及安全從站的功能擴(kuò)展CSP。通過(guò)這些軟件，就能對(duì)設(shè)定項(xiàng)目多的安全從站的參數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單設(shè)定和閱覽。
3 結(jié)束語(yǔ)
CC-Link Safety的安全性的實(shí)現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)處理是核心，了解這一技術(shù)，有益于推進(jìn)我國(guó)安全性系統(tǒng)的建設(shè)，保障安全生產(chǎn)，對(duì)于我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和技術(shù)發(fā)展有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。同時(shí)，中國(guó)目前安全系統(tǒng)的構(gòu)筑越來(lái)越多，CC-Link Safety必將在中國(guó)有廣闊的應(yīng)用前景和巨大魅力。
作者信息：
吳 勤 (上海機(jī)場(chǎng)建設(shè)指揮部，上海，201202）
覃 強(qiáng) （中國(guó)CC-Link推廣中心，上海，200003）
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)