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CC-Link IE Field Basic:为低成本现场控制网络而生

作者:石林才,CEChina主编2018.11.29阅读 7067

  随着智能制造时代的到来,万物互联成为了工业界的发展趋势,而工业设备、机器的联网成为工业企业迈向智能制造的第一步。
  为实现"一网到底"的智能工厂网络架构,越来越多的工业设备采用工业实时以太网作为控制网络实现设备与设备之间的互联互通。
  然而,工业以太网并不等同于标准以太网,都需要相应专用的协议芯片支持,成本较高,而且开发周期长、难度大。特别是一些无需高速控制的小规模系统用CC-Link IE这样高速、高带宽的工业以太网就会"大材小用"。
  那么是否有一种更加经济、更加简单的工业控制网络呢?CC-Link IE Field Basic的诞生,为实现低成本控制设备联网提供了绝佳选择。
  CC-Link IE Field Basic应运而生
  在CC-Link IE Field Basic发布之前,CC-Link IE作为业内最早发布的千兆工业以太网已经在汽车、液晶、橡胶、3C等行业得到广泛应用CONTROL ENGINEERING China版权所有,其最大特点是实现高速大容量的通信和系统间的无缝融合,保证数据的稳定性和实时性。CC-Link IE分为用于控制器之间通信的CC-Link IE Control和用于控制器和现场设备之间通信的CC-Link IE Field两种网络协议。
  而随着工业物联网的发展,以往因为开发成本等原因难以实现网络化的传统低端设备、小型设备也开始对联网有了需求,但相比网络的高速,这些设备更看重联网的低成本和使用的便捷性。
  CC-Link协会(中国)高级工程师甘爽表示,对于用户来说,总希望使用更经济的产品构筑低成本的系统CONTROL ENGINEERING China版权所有,而这些小规模设备具有100Mbps的通信性能就足够满足控制要求,但同时,即使是小规模设备,也需要能够实现连接设备的可视化和与上位信息系统的连接。而对于设备厂商来说,总希望用一个硬件设备可对应多个网络,以便控制开发成本,并且需要能在最短时间开发出低成本从站设备以及简单低成本的开发主站功能。
  于是,基于标准100Mbps以太网的总线网络CC-Link IE Field Basic便为此应运而生,专为不需要高速控制的小规模系统提供低成本的控制网络。

  CC-Link IE Field Basic概要

  那么,CC-Link IE Field Basic是如何做到的呢?
  "CC-Link IE Field Basic在确保与CC-Link IE通信的同时,能在网络协议应用层,通过使用软件来实现设备控制所需要的实时通信,无论是主站还是从站都不需要专用芯片和接口板,标准以太网设备只需要安装相应的软件即可实现对应CC-Link IE Field Basic通信,这样可大大缩短开发时间和降低开发成本。"甘爽进一步解释道,"对于用户来说,CC-Link IE Field Basic网络构筑起来十分简单,仅设置网络参数即可进行循环通信,不需进行通信编程,连接设备的参数也可在一个工程软件设置,并且可与标准以太网的TCP/IP通信混合通信,构建出与标准以太网通信兼容的现场网络,通过搭载Web服务器功能,可进行设备的远程保全和对信息系统的追溯数据传送。这就是CC-Link IE Field Basic设置简单、连接简单、诊断简单和开发简单的原因所在。"
  CC-Link IE Field Basic初露锋芒
  自CC-Link IE Field Basic 2016年底发布以来,已经得到了众多设备制造商和兼容产品开发商的支持,在实际工业设备中已初露锋芒。
  工业电子缝纫机的发明者--三菱电机的名菱缝纫机可谓是第一个尝到CC-Link IE Field Basic的甜头。据名菱的近藤雅朗先生介绍,工业缝纫机相对来说是一个比较传统的行业,由于工艺的复杂性CONTROL ENGINEERING China版权所有,这个行业的自动化和信息化水平很低,缝纫机也是没有任何联网的。但是随着整个缝制工厂的信息化水平提高,企业管理者希望能看到整个缝制工厂的实时运营状况,所以每台缝纫机也亟需联网。
  而为了能减少硬件成本和缩短开发周期,名菱选择了CC-Link IE Field Basic作为控制通信网络开发出了业内第一台工业以太网工业缝纫机PLK-J6040R。该缝纫机由一个专用控制器通过CC-Link IE Field Basic来做运动控制,控制的轴数由之前缝纫机的五轴增加到了七轴,实现了更高质量等级的缝制,以往很难的曲线缝制或大尺寸缝制也可以做到"美丽、快、简单"缝制,并且此款缝纫机具有当时世界最高的缝制速度和缝制能力。

  三菱工业用电子缝纫机PLK-J6040R

  当然,这款PLK-J6040R缝纫机最大的特点是通过CC-Link IE Field Basic实现以太网"一网到底",缝纫机的运转时间、运转效率、设备使用情况、保修情况、维护情况等信息可实时上传到上位机,实现缝制工厂的信息可视化。企业管理者不仅可以看到整个工厂的产量、能源消耗量,以及各工序的生产数量、故障情况等,还可以将这些收集上来的数据加以分析优化,提前预判机器故障和预测性维护,对后续的生产规划乃至企业运营也将有很大益处。

  采用CC-Link IE Field Basic的PLK-J6040R配合三菱电机的FX5U可编程控制器和Soft Got软件可以在任何显示屏上实现缝制工厂数据可视化,满足工厂各个层面人员对信息的需求

  负责此款缝纫机控制网络设计的福田俊典先生谈到首次使用CC-Link IE Field Basic时表示,"由于通过编写软件,控制器CPU内置的以太网口就可以实现实时通信,不但为我们节省了专用芯片也不需要通信模块,而且大大加快了开发、调试的时间,而100Mbps的带宽已足够满足缝纫机的控制要求。"
  CC-Link IE Field Basic国内落地
  其实,经过两年多的推广,在国内也已经有一些厂商开始开发CC-Link IE Field Basic产品。第一个吃螃蟹的当数天津森特奈电子,这是一家传感器、编码器、总线通讯协议I/O模块和接插件等产品的制造商,产品在冶金和汽车制造等行业有广泛应用。目前,森特奈电子已经自主开发出CC-Link IE Field Basic的远程I/O模块。

天津森特奈电子率先开发的CC-Link IE Field Basic的远程I/O

  在谈到CC-Link IE Field Basic的开发感受时,负责此次产品开发的森特奈电子姚金龙工程师表示,首先是,由于CC-Link IE Field Basic只是一个应用层的一个程序,所以它对采用什么样的处理器没有要求,可以用通用的处理器,用软件去实现控制工程网版权所有,这样就省去了协议芯片的成本。其次,开发难度和开发周期都大幅降低,这次在CC-Link协会提供开发文档、源码模板、示例程序等技术支持的情况下,用C语言进行源码开发只用了2个月时间,在今年年初就已经通过一致性测试。
  "另外,还有更为重要的一点,其他工业以太网都是购买协议芯片去实现,其实芯片内部的协议我们并不了解和掌握,所以如果客户有特殊需求的话,我们很难发挥我们自己的能力去符合用户的要求。而CC-Link IE Field Basic开发不一样,整个的协议内部都是我们自己撰写的源码,所以里面的各项功能、数据量等我们都知道,一旦客户后续有新的功能,我们也完全可以做更改。"姚金龙强调说。
  据甘爽透露,CC-Link协会为了支持会员公司的开发,不仅免费提供开发代码,现在还免收兼容产品一致性测试费用。
  除了像森特奈这样的国内厂商已经开发CC-Link IE Field Basic产品外,诸多国际制造商如巴鲁夫、CKD、赫优讯、三菱电机、莫仕和菲尼克斯电气等厂商也已纷纷在国内推出了CC-Link IE Field Basic适配产品。据三菱电机伺服产品科徐玮介绍,三菱电机从PLC、控制器、伺服、变频器,HMI、远程I/O,以及工业机器人在内所有FA新产品都已标配支持CC-Link IE Field BasicCONTROL ENGINEERING China版权所有,这将大大扩展CC-Link IE Field Basic的产品生态圈,为CC-Link IE Field Basic下一步的广泛落地应用奠定基础。
  随着越来越多厂商的加入,越来越多用户开始体会到"经济适用"网络的好处,为低成本控制网络而生的CC-Link IE Field Basic将在智能制造时代找准自己的独特地位,大放异彩,成为未来工业通信网络不可或缺的一部分。
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