工業以太網CC-LINK IE的性能分析

周麗娟

（復旦大學網絡教育學院 200433）

1 引言

以太網用于工控行業，構成工業以太網，如今已成為研究的熱點。典型的工業以太網由現場設備層、控制層以及管理層構成。各層因信息類型，網絡大小，網絡速度等方面的不同導致所采用的網絡技術也不同。

選取2018年1月～2018年7月我軍隊醫院老干部科收治的老年慢性阻塞性肺疾病的患者80例，根據隨機分組的方式，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，在統計學軟件的分析下，兩組患者的基本資料比較；差異無統計學意義（P＞0.05）。

目前工業以太網的類型非常多，比如Modbus/TCP，Ethernet/IP，ProfiNet以及CC-LINK IE等，這些都是基于TCP/IP的不同協議，主要體現在應用層定義不同[1]。Modbus/TCP增加了TCP/IP的報頭，刪除了CRC校驗[2]，該協議完全開放，因此，支持該協議的廠家比較多，典型的是施耐德、GE等。Ethernet/IP由ODVA所開發并得到了羅克韋爾自動化的強大支持。它使用已用于ControlNet和DeviceNet的控制和信息協議（CIP）為應用層協議[3][4]，因而使用通用的設備規范和目標庫，使得不同廠商的復雜設備間都能得到兼容。ProfiNet采用標準TCP/IP協議加上應用層的RPC/DCOM來完成節點之間的通訊[5]，可以同時掛接傳統Profibus系統和新型智能現場設備，將工廠自動化和企業信息管理層融為一體，又保留了Profibus的開放性與穩定性[6]。CC-LINK IE作為后起之秀，繼承了上述工業以太網的優點，又在性能上又跨了一步。

2 CC-LINK協議家族簡介

CC-LINK最初作為現場總線系統推出，它能夠同時處理控制和信息數據。通訊速度高達10Mbps，最大可以達到100m的傳輸距離并能連接64個站。除此之外，CC-LINK還表現出了卓越的穩定性與實時性，RAS（Reliability, Availability, Serviceability）的功能包括備用主站，從站脫離，自動回復，測試和監控，它提供了高可靠性的網絡系統并縮短了網絡癱瘓時間[7]。

CC-LINK/LT以減少配線為目標，是專門為傳感器，執行器和小型I/O應用系統而設計的。它提供了開放、高速動作和優異的抗噪音性能。

2.提出進一步完善我國的根本政治制度和基本政治制度。報告提出，要“提高基層人大代表特別是一線工人、農民、知識分子代表比例，降低黨政領導干部代表比例。在人大設立代表聯絡機構，完善代表聯系群眾制度。健全國家權力機關組織制度，優化常委會、專委會組成人員知識和年齡結構，提高專職委員比例”［1］。報告還提出，“要完善協商民主制度和工作機制，推進協商民主廣泛、多層、制度化發展”［1］；“健全基層黨組織領導的充滿活力的基層群眾自治機制，以擴大有序參與、推進信息公開、加強議事協商、強化權力監督為重點，拓寬范圍和途徑，豐富內容和形式，保障人民享有更多更切實的民主權利”［1］。

CC-LINK V2擴大了容量，并且提升了數據交換速度，與CCLINK Ver.1相比，可控制點數最大增加到8倍。CC-LINK在汽車制造、半導體制造、傳送系統和食品生產等自動化領域已有成功實用案例。

在國際標準的安全性呼吁下，安全網絡CC-LINK Safety應運而生。制造業工廠不只要求提高生產效率，對構筑安全的生產線系統也越發重視起來。

CC-LINK IE是目前的最新產品，它分為控制網絡與現場網絡，分別位于網絡結構的不同層次。其中CC-LINK IE Control的單網最大鏈接點數達到128K字，單站的最大鏈接點數達到32K位，通過雙重光環網，外部供電等豐富的功能，形成了高可靠性的控制器網絡。CC-LINK IE Field集合I/O控制，運動控制及其它智能設備為全方位現場網絡。通信速度可達到1Gbps。

表1 CC-LINK家族的發展歷程

3 CC-LINK IE特點

3.1 工業以太網的架構

在CC-LINK構成的金字塔網絡架構中，最高層為計算機層，即信息層，也就是傳統的以太網，主要任務是實現企業內部的管理信息交流；CC-LINK IE控制網絡連接了計算機層與控制器層，CC-LINK IE現場網絡連接了控制器層與設備層，在塔型結構的最底層為分散I/O，運動控制及其他智能設備。由圖1可見，CCLINK IE貫通上下，形成了各層網絡之間的無縫協作，數據容量自下至上擴張，實時性自上至下增強，達到了現場網絡實時性高的要求，同時也實現了大規模信息集控。在設備層可以靈活搭配CC-LINK家族的其他產品，或SSCNET運動控制器，以滿足各行各業的不同需求。

圖1 工業以太網CC-LINK IE的網絡架構

3.2 典型網絡結構與數據交換

圖2所示為典型的工業以太網網絡結構。在圖中，CC-LINK IE Control跨越了信息系統與生產現場，它的功能是采集現場數據并上傳至管理層，再將控制信息下載至現場控制器。

一杭撫摸著雪螢的頭，湊到她耳邊悄聲說：“我把記事本藏在床下的一雙統靴里，你拿到證據立刻報警！”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，“這多危險啊？”一杭說：“沒事，我想法拖住他，等警察一來，一切都好了。”

藍色：傳統以太網；桔色：CC-LINK IE；紅色：CC-LINK現場總線；

圖2 工業以太網CC-LINK IE的典型結構

在信息系統，只需在服務器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；也可通過控制器站連接上層網絡。在生產現場，一臺控制器主站可以管理多臺本地站與遠程站，或連接PC作為現場監控器，不僅如此，通過適配器還可以擴展連接攝像頭，顯示器及計算機。運動控制網絡與安全網絡可以同時掛接在此網絡系統中，可見CC-LINK IE適用于非常復雜的場合。

紫色：SSCNET運動控制；淺藍：CC-LINK/LT；綠色：CCLINK/Safety

3.3 性能特點

通過使用光纖雙環網傳輸方式，在電纜或電源故障等異常發生時，一方面可通過環路回送功能繼續通信，提高冗余性，另一方面可立即發現故障，及時檢修，恢復網絡健康狀態。

術前常規拍攝站立位脊柱全長正側位X線片，測量冠狀面及矢狀面平衡參數。側凸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，后方為負值。在脊柱全長正側位X線片上確定近、遠端固定椎和側后凸畸形跨越節段。全脊柱CT評估置釘節段椎弓根有無合并椎管內壓迫，全脊柱MRI評估有無脊髓壓迫或脊髓內病變。

他要釣的是魚，不是烏龜！這只蠢笨的爬行動物干嗎要咬鉤？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！男人摸起手鉤，甩了出去，但落下的大鉤卻沒有擊中目標。

保留了傳統以太網的優勢，通信速度高達1Gbps，縮短可編程控制器間的傳輸時間，能夠在各種控制器之間高速共享大容量的數據。即使進行大量數據傳輸，也不影響循環刷新周期，可以實現大規模的控制器分散控制。

3.3.1 高速、大容量

3.3.3 擴展性

3.3.2 高可靠性

CC-LINK IE的特點主要有以下幾點：

(1)引導學生自主提問評估，理清問題思維.在對物理知識進行學習時，由于物理學科需要較強的邏輯思維，因此學生的發散思維在物理學習過程中起著重要的作用.因此在物理學習中作為教師應引導學生善于提出疑問、進行自我提問、進行自我評估.這樣學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涵，從而具有清晰的解題思路，提高解題效率.

③根據流域規劃，參照原建筑物設計參數以及沿線地形情況確定河道節點水位，統計河道沿線匯流口、流量，逐段推算河道水位。

設計之初不必確定連接站的數量，在運行期間可以自由擴展，而且網絡的初始化非常簡便，降低了設計難度。

3.4 與其他工業以太網的性能比較

先研究采用Modbus/TCP技術的施耐德Unity Quantum系列的以太網模塊，應用層采用的是中國國家標準的Modbus協議。該產品網絡架構允許64或128（新產品）個站，每站容量為120字，通訊速度為100Mbps，使用銅電纜時各站之間的距離不超過100m，應用交換機或集線器可延長至500m，也可以使用光纖。

Rockwell的以太網模塊1756-ENBT是應用EthernetIP協議的代表產品，典型情況下，采用星形拓撲結構，支持最大通訊速度100Mbps。 每個模塊最多允許64個TCP/IP連接，128個ControlLogix連接（I/O和信息數據），數據包最大為1500個字節。站間距離未作規定，可利用光纖中繼器擴展。

對于Profinet這種類型的工業以太網，以西門子的產品為例，通訊速度100Mbps，通常情況下允許連接的最大長度為100m。可采用的拓撲結構包含星形，樹形，線形，環型。IM 151-3PN接口模塊的輸入/輸出數據量為256/256個字節，可擴展63個站，CP 343-1 PN模塊最多可連接256個站。

CC-LINK IE的通信速度為1Gbps，單個網絡的連接站數最大為120個站，最大網絡數為239個，使用多模光纖時最大站間距離550m，采用雙環路的拓撲結構，傳送容量最大1920字節。

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勢。

4 實際案例

此案例的管理層分為兩層，是為了信息安全考慮；CC-LINK IE通過計算機板卡上傳至熱備服務器，現場主要控制器站采用冗余PLC提高可靠性，因此此網絡實現了硬件與軟件的雙冗余，而因為CC-LINK IE的高速率，無須擔心信息阻塞或丟失的問題。

圖3 實用案例網絡結構

5 結語

CC-LINK IE是新一代的工業以太網，更符合市場的需求。在推出的短短幾年中，已經在汽車制造業，半導體裝置業，鋼鐵制作業得到成熟應用。憑借與傳統以太網的兼容性，又保留了總線系統的實時性，將來必定會有更多應用場合。

［1]胡毅、于東、劉明烈.工業控制網絡的研究現狀及發展趨勢[J].計算機科學，2010，37（1）：23-46

［2]關學進，劉娟.基于Modbus_TCP工業以太網的自動化控制系統[J].電子測試，2011.4（4）：4-8

［3]普永金.EtherNet/IP工業以太網在煙草行業的應用[J].國內外機電一體化技術，2009.08:25-27

［4]許志軍.基于Ethernet/IP的工業以太網通信研究[J].微計算機信息，2011,27（3）：6-8

［5]李鑫.工業以太網PROFINET技術的研究與實現[D].北京：北京化工大學，2006:1-7

［6]尹海、孟彥京.西門子工業以太網PROFINET應用[J].中國儀器儀表，2011，增刊：116-118

［7]CC-LINK——開放式現場總線[Z].三菱電機自動化（上海）有限公司，2008