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吳 勤（1973—）男，湖北人，(上海機場建設(shè)指揮部，上海，201202） 研究方向為供電工程及電力監(jiān)控。
1 前言
CC-Link Safety是在全世界廣泛普及的開放性現(xiàn)場總線CC-Link協(xié)議的上位層實現(xiàn)了檢測各種傳送錯誤的安全功能層的能用于機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的通訊錯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現(xiàn)和CC-Link同樣的高速通信和高速響應(yīng)性，還具有檢測安全系統(tǒng)的不正當(dāng)修改和設(shè)定錯誤的構(gòu)成管理功能以及能迅速分析問題原因的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)，為確保實時性，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通信錯誤的安全傳送功能，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)品和對應(yīng)軟件的固有功能，由產(chǎn)品及軟件開發(fā)人員按產(chǎn)品類別單獨開發(fā)。
為在CC-Link數(shù)據(jù)鏈接層上實現(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。通過此種體系結(jié)構(gòu)，對 CC-Link Safety兼容產(chǎn)品的開發(fā)人員來說，可有效利用原有的CC-Link開發(fā)資源，縮短開發(fā)時間。而且對CC-Link用戶來說，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)進行廣播和輪詢響應(yīng)。對安全站、一般站沒有站號順序限制。
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)中包括頁眉信息和發(fā)給所有從站的數(shù)據(jù)，如遠程輸出站的輸出數(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)造是在原有的字數(shù)據(jù)一部分領(lǐng)域中儲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和檢測信息位錯亂的CRC32。CRC32 通過安全主站發(fā)送數(shù)據(jù)的頁眉和安全站的數(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。
為檢測以上通信障礙，CC-Link Safety采取的對策如表1所示。
順序號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)送時數(shù)值遞增，就此可檢測出信息的重復(fù)、缺損和錯誤順序。對于信息延遲，安全主站及安全從站同時監(jiān)視接收信息間隔，如果在一定時間內(nèi)未收到信息，進行停止通信的超時監(jiān)視。收信的確認可通過安全主站調(diào)查從站的輪詢響應(yīng)，確認是否到達欲傳送對方處。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，準確分清安全信息和非安全信息。
2.3 安全功能層
為實現(xiàn)安全功能層，在CC-Link Safety的安全數(shù)據(jù)中包含有順序號和CRC32。在廣播輪詢方式中，輪詢和響應(yīng)信息的信息長度越長，輪詢周期也越長。因CC-Link Safety是在不使用安全應(yīng)用軟件的安全字數(shù)據(jù)領(lǐng)域中儲存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)，信息長度均相同。因此，安全通信的輪詢周期不會變長，可達成與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作為冗余符號使用，并且不進行信息冗余，可不另外消費通信帶通，使通信達到高可靠性。即CC-Link Safety為有效使用網(wǎng)絡(luò)通信帶通的設(shè)計，可達成與CC-Link同樣的高速性。
2.4 構(gòu)成管理功能與安全化
CC-Link Safety在各個安全站用固有的產(chǎn)品信息進行安全網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成管理。產(chǎn)品信息為CC-Link協(xié)會管理的由各類機型的型號和制造聯(lián)號等組成的各產(chǎn)品的不同信息。在最初構(gòu)筑網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時，在安全站上登錄網(wǎng)絡(luò)連接產(chǎn)品的產(chǎn)品信息，之后啟動安全主站及安全從站時，對照本身的產(chǎn)品信息和安全主站所登錄的產(chǎn)品信息，就能檢測安全網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的更改或修理后的施工錯誤。而且，除產(chǎn)品信息外，從安全主站還可傳送各個安全從站的參數(shù)，由各安全從站進行對照檢查。檢測出產(chǎn)品信息及參數(shù)不一致或不完整時，安全從站中止數(shù)據(jù)鏈接層的通信，即進入故障保險狀態(tài)。
利用這一優(yōu)點，能夠防止站號的設(shè)定差錯或站號開關(guān)故障，或網(wǎng)絡(luò)設(shè)計人員非有意引起的安全系統(tǒng)的誤動作，抑制不正當(dāng)?shù)母脑煨薷摹Ｍㄟ^此項功能，使安全系統(tǒng)能夠可靠動作。
CC-Link為了簡單設(shè)定從站參數(shù)，提供CC-Link監(jiān)視軟件和參數(shù)的標準記述形式的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展CSP。通過這些軟件，就能對設(shè)定項目多的安全從站的參數(shù)進行簡單設(shè)定和閱覽。
3 結(jié)束語
CC-Link Safety的安全性的實現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)處理是核心，了解這一技術(shù)，有益于推進我國安全性系統(tǒng)的建設(shè)，保障安全生產(chǎn)，對于我國的經(jīng)濟建設(shè)和技術(shù)發(fā)展有著重要的現(xiàn)實意義。同時，中國目前安全系統(tǒng)的構(gòu)筑越來越多，CC-Link Safety必將在中國有廣闊的應(yīng)用前景和巨大魅力。
作者信息：
吳 勤 (上海機場建設(shè)指揮部，上海，201202）
覃 強 （中國CC-Link推廣中心，上海，200003）
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號