一、組織

　　1.1 CC-Link合作伙伴協會

　　CC-Link合作伙伴協會（CLPA）成立于2000年，當時三菱電機發布了CC-Link現場總線技術規范，作為一個開放的工業標準。從那時起，CLPA一直致力于在全球推動和使用這項技術。在過去的14年中，CLPA已經成為現場總線的全球最大組織之一，在全球擁有2000多名會員和270家公司，提供了支持CC-Link的 1300多種產品，這些產品都通過了嚴格的一致性測試，保證了兼容性。如今，CLPA繼續為工業網絡提供業界領先的技術；例如，開發出世界上第一個千兆工業以太網：CC-Link IE。

　　1.2亞洲市場的領導者

　　CC-Link在亞洲保持著市場的領先地位，已經成為很多行業開放網絡的選擇 – 這個領先地位已經由獨立的市場研究公司 – HIS所證實。

　　進一步支持這個重要位置的論據是HIS和ARC最近的調查結果：全球大約一半的自動化支出發生在亞洲。除了在亞洲的成功，CC-Link也獲得了世界范圍的市場份額；事實上，一些成員公司在亞洲以外的市場出售了很多的CC-Link兼容產品。這并不奇怪，因為在全球經濟增長的同時，很多企業也希望打入亞洲市場，CC-Link是首選的網絡技術。

　　兩年前，為了幫助和支持美國與歐洲公司進入亞洲市場，CLPA實施了一個名為通往中國（G2C）的營銷計劃。這項計劃的目的是幫助企業制定和推動他們的CC-Link兼容設備在中國市場的推廣。當時有22家企業參與了G2C活動。隨著這項計劃的成功，CLPA把這個計劃移植到了亞洲，稱為通向亞洲（G2A）。

　　CC-Link的增長和發展獲得了許多知名北美公司的支持，如莫仕（Molex）、康耐視（Cognex）和3M公司，現在已經成為CLPA董事會成員。董事會成員在決定CC-Link未來方向和重要舉措方面，如G2A項目，將發揮更大作用。

　　1.3 什么是CC-Link？

　　“CC-Link”是一個通用術語，經常在CC-Link合作伙伴協會討論開放網絡技術推廣時使用。簡單地說，今天的CC-Link有兩種技術可供選擇：現場總線（CC-Link）和工業以太網（CC-Link IE）。 這個“家族”的情況由后面的章節詳細介紹。

　　自CLPA成立以來，CC-Link已經演變成一種開放自動化網絡技術的綜合體系。該技術提供的兩個關鍵收益是效率和信息透明。效率是通過提供當今開放網絡的最高性能來保證的，同時確保正常運行時間很少中斷。同時，CC-Link也能滿足工業4.0要求：企業的所有部門都能夠共享和使用相同的信息，確保工廠以最高效率運行，同時仍然滿足客戶需求的變化；因此，該信息必須在整個企業中透明。 CC-Link也滿足這一需求，允許信息從車間級到企業級實現共享：從車間的設備上的數字I/ O到企業辦公室IT系統的監督生產運行。

　　許多公司都選擇了CC-Link作為領先的網絡解決方案，如赫優訊（Hilscher）、HMS和瑞薩（Renesas）就是這樣，把CC-Link網絡的產品添加到他們的產品之中。這些自動化市場的領導者也是CLPA的合作伙伴，因此也能提供產品實現CC-Link網絡。現在CLPA正計劃可用于內部集成與未來發展的入門套件。對于喜歡外包開發的組織，CLPA可以幫助他們聯系工程公司，從項目的開始到結束全程提供技術支持。

　　CC-Link的已在世界各個行業中取得了很大的成功。在本文的后面，我們將提供對有關CC-Link和CC-Link IE網絡技術和能力更深入的了解。

　　二、協議

　　2.1 CC-Link自動化協議族

　　自CLPA于2000年成立以來，CC-Link家族已經發展成為開放自動化網絡技術的綜合體系，兩個關鍵的收益是該技術提供了效率和信息透明。

　　效率是通過當今開放網絡提供的最高性能來保證的；同時它也保證了正常工作時間很少中斷。物聯網（IOT）的發展要求制造過程的所有部分能夠連接，共享和使用相同的信息，從而確保了制造企業的所有部門以最高的效率運行，同時解決了客戶需求的不斷變化。 CC-Link能夠滿足這一需求，允許信息從車間底層到企業頂層的透明分享。

　　術語“CC-Link”是基于CC-Link技術的開放自動化網絡的通用家族。從層次上，他們劃分成兩項主要技術：現場總線和工業以太網。

　　2.2 CC-Link現場總線

　　CC-Link總線是一種高速度、高性能、開放的工業總線技術，能夠使眾多的制造商設備進行通信，從而構建快速、確定性的控制系統。CC-Link總線網絡的運行速度高達10Mbps（無瓶頸），提供了64個站通過網絡彼此通信的能力，網絡長度可達1200米，當使用中繼器時，通信距離可達13公里。網絡的更新時間通常在5毫秒內。然而，它更關鍵的特色是RAS（可靠性、可用性、可維護性）功能，這使得它很難讓常規工廠事故中斷網絡運行。它還有非常高的抗干擾標準，為的就是在發生故障時，站仍然能夠繼續運行。即使一臺控制器發生故障也不會引起生產中斷，因為有備用的網絡主站（即熱備份）。

　　CC-Link現場總線具有兩種開放現場總線技術：CC-Link安全和CC-Link/ LT。正如名稱所指示的：CC-Link安全是一種專用的安全總線，具有IEC 61508標準定義的 SIL3等級，滿足所有典型工業安全的要求；CC-Link/ LT是一個面向比特的網絡設計，適用于按鈕、傳感器和執行器的部署，使之成為底層數字I / O高性價比的解決方案。

　　2.3 CC-Link IE工業以太網

　　CLPA提供的另一個關鍵網絡技術是CC-Link IE：基于以太網的工業網絡。工業網絡發展的趨勢是朝著工業以太網的方向前進，我們已經看到了幾十種不同的工業以太網協議出現，運行在一個標準的以太網物理層上。然而，能夠讓CC-Link IE脫穎而出的是：目前它是唯一能提供千兆性能的開放工業以太網，具有固有的確定性。這給了CC-Link IE比工作在100Mbps（或更慢）的網絡從效率上增加了一個以上的數量級。但是，速度還不是故事的全部，CC-Link IE還復制了很多RAS的功能和特性。有人可能會問，千兆的速度是否必要？今天，辦公室以太網服務能夠提供更廣泛的功能，其速度從每秒數百千比特提高到千兆性能。因此，對工業網絡的性能也有同樣預期，這也推動了CC-Link IE的不斷發展。

　　網絡的發展主要由工業的生產來驅動，如平板顯示器制造和汽車生產，企業需要處理大量數據，并且這些信息需要在整個工廠實時分享。舉個簡單的例子：一個典型的汽車組裝廠，多數組裝線有著各種各樣車型的變化，每種車型還有巨大的、基于客戶訂單的可選件組合。跟蹤哪些部件應該安裝在哪臺車上，是完成最終裝配的一個數據密集型任務。 CC-Link IE具有這樣的性能，提供實時的現場數據，這就是為什么越來越多的汽車企業在全球指定CC-Link IE用于他們制造的一個關鍵因素。

　　CC-Link IE是標準的工業以太網，有兩種主要的提供形式：控制版和現場版。 CC-Link IE控制版是一種高容量、千兆光纖的骨干網，連接眾多的應用控制器可以為整個生產設施提供通信鏈路。 CC-Link IE現場版使用標準的超5類（Cat 5e）電纜，連接控制器和現場設備。 CC-Link IE現場版還提供了不同的協議擴展，是其標準的一部分，其中包括了能源、安全和運動控制。這意味著允許在單一網絡上實現安全、運動控制和能源管理功能，節省了安裝成本并且簡化了網絡結構。

　　解決方案的最后一塊是CC-Link和CC-Link IE產品的開發。很多美國公司都選擇與領先的網絡解決方案公司合作，如赫優訊、HMS、奧特拉（Altera）和瑞薩公司，這些公司把開放網絡添加到他們的產品中。這些市場的領導者也是CLPA的合作伙伴，因此他們可以提供產品來實現CC-Link網絡。

　　對于許多公司關鍵的一點是：他們已經使用的網絡平臺，能夠支持CC-Link的網絡。因此，他們能夠很容易把這一前沿技術添加到他們的解決方案之中。

　　三、應用

　　紐約市隧道工程使用CC-Link網絡

　　在紐約做項目可不是一件容易的事情：紐約人希望按時、一致和確定的結果 -- 因為，每個人都知道：紐約人不喜歡等待。在紐約市（NYC），一條新的連接長島、曼哈頓和皇后區的長島鐵路隧道工程將大大改善這些NYC通勤人的交通流量。這個城市項目是一個理想應用案例：要在確保安全、高效的工作環境下，項目要在特定預定義的限制范圍內完成。

　　羅賓斯（Robbins）公司能夠建造世界級的隧道掘進機，以及運輸和安全系統。羅賓斯承包了NYC項目的一部分，提供隧道掘進、輸送系統和相關設備。

　　該項目需要使用隧道掘進機（TBM），需要鏤空地表之下200英尺的多個隧道。必須掘進12.4公里的巖石 – 并移走所有產出的土石碎片。

　　需要精心設計輸送系統

　　該項目需要使用隧道掘進機（TBM）鏤空地表之下200英尺的多個隧道。必須掘進12.4公里的巖石，并必須移去所有產生的土石碎片。該項目的位置在紐約市中心的心臟地帶，需要一個精心制作的系統，使輸送機不斷地把掘進機產生的雜物、或叫渣土，全部移走。

　　輸送機系統幾乎包括了所有常見的各種輸送機，包括皮帶輸送機， TBM輸送機，轉移輸送機，一臺蛇形輸送機，跟隨掘進機不斷延伸輸送，一臺可擴展冠式輸送機，一臺口袋垂直輸送機，兩臺串級陸上輸送機和一臺徑向堆。由于該項目的位置，挑戰的部分是移出渣土離開隧道，送到一個存儲區域，且不能中斷附近交通的正常運營。最具挑戰的設計元素是使用兩臺帶箱桁架的陸路輸送機，在北方大道（Northern Boulevard） -- 一條主要公路的上面運輸渣土。

　　從隧道內運出渣土是必需的，這通常成為隧道掘進操作中的瓶頸。在過去的項目中，通常使用軌道車把渣土運送出來，但由于該隧道只有一組軌道，該隧道掘進機只能在軌道車可用時才能操作。這意味著，當軌道車滿載，并攜帶渣土負載運出隧道時，隧道掘進機不能滿負荷運行。此外，TBM進入隧道越遠，軌道車行駛出隧道移除渣土及返回的時間就越長。當隧道變長時，這使TBM的效率降低了。

　　因此，這個項目嘗試使用輸送系統來改善渣土的移除過程。據分析，在掘進操作期間輸送機可以連續地操作。當第一次使用這種方法時，有時傳送帶破裂了，渣土灑滿了軌道；有時傳送帶會翻轉，渣土拋在了隧道地板上。這些事件發生的原因是缺少傳送帶電機之間的控制和通信。傳送帶電機必須緊密協調，才能防止不平衡或過載的情況。如果一個電機停止，會對其它電機造成過載和不平衡，因為缺乏電機控制器之間的通信。

　　使用三菱電機生產的變頻驅動器（VFD）來控制傳送帶電機實現了輸送的快速和高效。一臺三菱可編程邏輯控制器控制通過CC-Link的通信網絡連接和控制所有的變頻驅動器，從而控制了電機。

　　使用這種VFD和CC-Link通信技術，使這些電機控制各種不同的輸送系統運行，在負載分擔機制下使用CC-Link成為實現所有功能的關鍵所在。 （在過去的系統中，嘗試過其他的通信網絡，但由于該隧道掘進操作所需的長度以及惡劣的環境條件，這些網絡不能滿足該作業的嚴格要求：通信系統經常失敗。）

　　選擇CC-Link有幾個原因，一個主要的因素是極長的距離，它提供了在很長隧道內進行通信的能力。另一個挑選CC-Link的原因是它能夠承受惡劣條件和電氣噪聲的能力。CC-Link通信電纜必須在接近電機、TBM動力電纜（13.8千伏）和其他電氣噪聲設備的附近運行。即使在這種惡劣和嘈雜的環境中，CC-Link網絡也能完美地工作。

　　急停監視

　　CC-Link網絡也能監視隧道系統中的急停功能，這是像傳送帶負載均衡一樣重要的特性。

　　倘若在隧道的任何地方有一個緊急停止開關啟動，CC-Link網絡可以精確定位激活點，可以讓輸送系統控制關機。 提供緊急停止激活的位置，這是處理這個問題的關鍵。三菱的人機界面（hmi）可用來顯示緊急停車系統的狀態和歷史。

　　水泵控制

　　除了控制輸送機去除隧道中的渣土，CC-Link通信系統還向隧道內的抽水泵傳輸控制信號。

　　大型水泵遍布于整個隧道施工系統。每個泵站都有一個相關的攝像頭，讓操作員監測每個站的水位。當水位超過預定設定點時，該水泵被激活，將水從隧道中抽出。該項目的整個抽水系統包括四個泵站，每個泵站有兩臺30馬力的泵。這些水泵通過CC-Link控制，使用與傳送系統相同的網絡，不用安裝新網絡而且降低了成本。

　　隧道通風

　　就像地面以下的各種操作，讓設備運行，氣流通暢是必需的。該隧道掘進設備的安裝沒有什么不同。CC-Link網絡能夠控制風扇，為隧道內的系統提供空氣的流動。

　　大風扇剛好位于隧道入口，通過整個隧道施工系統的通風管道，強制輸送新鮮空氣。六臺150馬力的風扇使外部的新鮮空氣進入隧道，在此基礎上保持連續流動。與水泵和輸送馬達一樣，控制風扇的通信由相同的CC-Link網絡處理。

　　緊急疏散通信系統（EECS）

　　在這個項目實施到兩年時，主承包商希望能夠進一步提高這個項目的投資回報，所以他們與羅賓斯公司一起，就如何提高現有資產的利用率進行了頭腦風暴。承包商對使用CC-Link通信系統和擴展使用這種可用資源非常有興趣。當時就拍板決定：使用CC-Link的網絡，擴展緊急疏散通信系統（EECS），進一步提高設備操作人員的安全。

　　承包商正在更新整個隧道的緊急站，加入附加功能。這個增強的應急疏散通訊系統有一個I / O塊與CC-Link的通信，與風機、水泵和輸送控制使用相同的網絡電纜。在緊急的情況下，每個站將發出報警聲，并觸發應急示位標，在整個隧道系統對設備操作人員發出警報。這個緊急疏散通信系統可由沿隧道的任何站、位于TBM的任何HMI控制站、工程辦公室、或隧道主控制站控制和激活。

　　系統設計和協調

　　CC-Link通信系統由三條相互關聯的CC-Link網絡協同工作，實現上述各種功能的控制。這三條網絡同時一起工作，共同的控制超過了70個站，包括輸送機、泵、風機、EECS以及HMI輸入和輸出，控制隧道施工系統內的各種功能。

　　三個CC-Link主站網絡模塊安裝在三菱Q系列可編程自動化控制器的一個機架上，位于隧道內的主控中心。這個地下主控中心距離主工程辦公室大約有3英里。主工程辦公室位于隧道外的皇后區。那里容納了輸送機驅動器的控制面板和監視隧道系統內操作的人機界面。“在隧道掘進過程中使用CC-Link已被證明為非常靈活和好用，具有極大的可靠性” ，電氣經理馬修？格拉謝科（Matthew Gluszak）說。

　　當在隧道的主控中心與在皇后區隧道外的工程辦公室通信時，它要通過3英里通信進入隧道，控制兩個網絡前往TBM。這三個相互關聯的CC-Link網絡協同工作，控制輸送機進出隧道。這些輸送機，即使通過單獨的CC-Link網絡控制，也能高效地協同工作，完成從隧道中去除渣土的工作。如果一個輸送機運行不正常，信息能夠提供給操作員或工程師團隊，防止渣土積聚在隧道系統的任何輸送機轉移點。

　　這些CC-Link網絡也與位于整個隧道系統內的各種人機界面一起工作，監視系統狀態。狀態信息來自所有網絡，包括急停（E-STOP）和EECS信息，這些信息提供給所有的HMI，不管是否是始發的CC-Link網絡。每臺HMI也可以在三條CC-Link網絡的任意點控制操作。使用的CC-Link網絡具有抗噪能力，滿足隧道掘進操作長距離的需求。

　　集成商的視角

　　系統集成是整個項目成功的關鍵。該集成商安裝了一種獨特和長距離的連續輸送系統，通過隧道操作去除渣土。項目中集成了超過八種不同類型的輸送系統以及它們的控制，能夠快速去除隧道掘進機（TBM）產生的渣土，從而使兩臺隧道掘進機能夠連續運行。使用CC-Link控制了這種精心設計的輸送系統（900噸重）。

　　該項目的集成商對CC-Link技術的安裝容易程度具有深刻的印象。下面舉一個例子，在集成和安裝陸上＃2輸送機（穿越北方大道上方的輸送帶）的網絡時，初步估計要用55個小時，而實際安裝僅僅用了29小時 -- 比最初的估計提前了24個小時完成。

　　此外，通信主干網的簡單安裝可以容易增加輸送系統的距離，對原有的系統設施添加額外的輸送機和HMI，擴展系統的功能（例如，EECS）。

　　最終，有了TBM的創新和CC-Link的使用，連續的輸送系統使隧道掘進過程創造了可用性紀錄，在一個移動的城市中，沒有這個比其他更受大家贊賞的收益了。