CC-LINK远程站系统的研究与实现

Abstract: In this paper, a new kind implementation of the CC-LINK （a new Field Bus） based remote-station system is presented. It uses the CC-LINK remote control IC MFP3, MFP2 and MCU to build the CC-LINK Remote Device station and Remote I/O station. An application of the Remote Device Station in the printing machine and a universal Remote I/O device are designed. The paper is mainly about the hardware and software implementation of the Remote Device Station and the hardware implementation of the Remote I/O Station. Keywords: CC-LINK, Remote Device Station, Remote I/O Station, printing machine.

　　1．引言 　　目前在工业控制领域，现场总线的应用越来越多。CC-LINK作为一种新型的现场总线,具有较高的实时性。可与智能设备及各种现场设备厂家的产品实现连接，具有较强的兼容性，最高传输速度可达10Mbps，可以充分满足用户对开放结构与可靠性的严格要求,已经得到了越来越多的应用。专用的CC-LINK模块成本较高，且在远程设备站的构建上灵活性较差。针对以上情况，本文提出了一种结合CC-LINK基本网络、自主设计CC-LINK远程设备站和远程I/O站的CC-LINK网络构建方案。

　　该方案采用CC-LINK的远程设备站控制芯片 MFP3，远程I/O站控制芯片MPF2，构成CC-LINK网络通信部分（符合CC-LINK的通信规范）。根据现场控制要求，结合单片机系统独立设计现场控制电路,输入输出电路。以上两部分构成了基于CC-LINK网络的灵活性高的远程设备站模块、远程I/O站模块。各模块间通过CC-LINK专用电缆与主站模块相连，主站模块与PLC相连。基于如上的构建模式，可以快速的构建基于CC-LINK的功能灵活的远程站，不必过度依赖专用CC-LINK模块，节省CC-LINK系统的使用成本。

　　2．CC-LINK网络组成 　　CC-LINK网络主要由CC-LINK主站模块、PLC、远程设备站模块、远程I/O站模块构成。网络结构如图1所示。PLC模块检查来自主站模块的CC-LINK网络信息，根据系统功能要求发送相应的控制信息给主站模块。主站模块控制整个CC-LINK网络，负责CC-LINK网络的运行，并作为CC-LINK网络与PLC之间的连接模块，接收来自远程站模块的数据信息，传递给PLC控制器，接收来自PLC控制器的控制信息并通过CC-LINK网络发送到远程站模块。将多个PLC模块控制的CC-LINK网络连接在一起就可以组成一个简易的分布式系统。

　　一个CC-LINK网络最多可以连接64个内存站。网络的传输速度可为：156Kbps，625Kbps，2.5Mbps、5Mbps、10Mbps。可以满足高实时性的要求。

　　3．墨量控制器的硬件结构 　　本系统主要用于印刷机内的墨量控制器，每一套墨量控制器负责一个色组的所有电机的定位控制。采集墨斗体电机的当前位置信息，完成与主站PLC的通讯，并根据主站的控制信息完成墨斗体电机的定位。系统控制32个墨斗体电机的定位，所有电机的定位信息的采集、处理、输出控制时间控制在5ms之内。

　　本系统属于CC-LINK远程设备站，以P89C51RD2、MFP3为主控器件构建而成，由CC-LINK网络控制部分，MCU控制部分，以及输入输出电路构成。结构框图如图2所示。MFP3为CC-LINK远程设备站控制芯片，可以与传感器、A/D ，D/A模块、数字控制器（如单片机）等相连，与主站之间进行数字数据以及开/关数据通信，灵活性高。P89C51RD2为PHILIPS公司生产的增强型51系列单片机。内部集成WatchDog，可配置工作模式：6 CLK、12 CLK。系统采用其 6 CLK工作模式，来提高单片机系统的处理速度。

　　3.1 MCU控制模块 　　MCU控制模块负责MFP3的初始化、读写操作，墨斗体电机定位信息的采集、处理及电机控制量的输出。A/D部分采集采用高速并行A/D转换器MAX1090，采集32路墨斗体电机的定位信息。墨斗电机采用专用电机驱动芯片驱动。每路电机对应两位控制量。分别控制电机正反转。单片机将电机的状态信息（位置信息、报警、完成）写入到MFP3相应数据寄存器，并读取PLC发送的控制信息（定位设定、报警解除），通过64位输出，控制32路电机的正、反转，以实现电机的定位控制。

　　单片机控制系统可以根据实际需要的功能，进行扩展、设计。如键盘，显示等设备，以增强人机交互性。并可以现场配置，提高CC-LINK灵活性。

　　3.2 CC-LINK网络控制模块 　　CC-LINK网络控制模块，主要由MFP3以及一些外围控制电路组成。外围电路包括：485总线驱动部分、传输波特率设置、站号设置、内存站数目设置、系统状态的显示模块、以及与单片机系统的总线连接部分。结构图如图3所示。MFP3具有总线结构接口，可与A/D-D/A模块、单片机等智能设备相连，可进行字数据传输。

　　CC-LINK网络上的基本单元为内存站，一个内存站可以进行（32位＋4字）的数据传输，每个远程设备站最多可以配置4个内存站。整个网络上最多允许接驳64个内存站，所有CC-LINK网络的设备都需要根据自己所拥有的内存站，设置唯一的网络地址。当网络上有重复的地址时，系统会报错。波特率设置部分用于传输速度设置。状态显示部分负责显示CC-LINK网络的运行情况。CC-LINK网络可以自动检测网络运行情况，如网络地址的冲突、传输波特率的不匹配、网络断线等状况，并通过RUN、ERROR、SD、RD信号等来显示。当出现故障情况时可以参考CC-LINK故障手册解决故障。

　　CC-LINK网络传输协议由MFP3内部硬件完成。只需要对MFP3进行初始化设置以后，就可以根据MFP3的控制方法对MFP3进行字数据、位数据的读写。MFP3主动接收CC-LINK主站模块的刷新循环，实现与主站模块之间的数据传输。

　　4．软件设计 　　该墨量控制器的软件设计主要由两部分组成：MFP3部分，A/D部分。系统主程序流程图如图4所示。其中Normal Operation包括A/D采集、控制量输出及一些逻辑运算。其余均为MFP3相关软件设计。鉴于篇幅的限制，下面只介绍MFP3部分的软件设计流程。

　　MFP3内部包含特殊功能寄存器及数据存储寄存器（RX、RY、RWw、RWr）。通过对这些寄存器的读写操作可实现MFP3初始化、刷新、及读写操作。主要功能函数为： 　　■ bit CC_set_timeout（bit is_normal） 　　■ void CC_init（unsigned ch ar ＊CC_buf） 　　■ void CC_frame_write（unsigned ch ar start_addr, unsigned ch ar ＊buf,unsigned ch ar num） 　　■ bit CC_frame_read（unsigned ch ar tart_addr ,unsigned ch ar ＊buf, unsigned ch ar num） 　　■ bit CC_poll（） 　　MFP3写操作流程图如图5所示，读操作流程图如图6所示。

　　5．远程I/O站 　　远程I/O站模块由远程I/O站控制芯片MFP2以及一些外围电路组成。采集输入I/O信号，输出I/O信号。远程I/O站模块只能与主站模块进行开/关数据通信。可同传感器等开关量输出设备连接。其结构框图如图7所示。

　　远程I/O站控制芯片MPF2的485总线驱动部分与MFP3大致相同。但MFP2仅包含一个内存站。最多允许32 位的I/O信号数据传输。系统可以通过硬件配置输入、输出I/O数。可以配置为32路全部输出、或32路全部输入、或16路输入，16路输出等，且拥有输入、输出的状态显示功能。系统输入为高电平有效，输出为低电平有效。 　　站号、波特率的配置、485总线驱动部分与MFP3的相关配置相同，在此不重复介绍。 　　MFP2接受主站模块的刷新循环，与CC-LINK网络的数据传输由硬件完成。

　　6．结束语 　　本文针对CC-LINK网络提出了一种灵活的，低成本的构建模式。并据此设计了CC-LNK远程设备站模块，完成了硬件以及软件的设计，并应用于印刷机内部的墨量控制器中，性能良好，达到了预期的效果。