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
目前在工業(yè)控制領(lǐng)域，現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用越來(lái)越多。CC-LINK作為一種新型的現(xiàn)場(chǎng)總線,具有較高的實(shí)時(shí)性。可與智能設(shè)備及各種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備廠家的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)連接，具有較強(qiáng)的兼容性，最高傳輸速度可達(dá)10Mbps，可以充分滿足用戶對(duì)開(kāi)放結(jié)構(gòu)與可靠性的嚴(yán)格要求,已經(jīng)得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。專用的CC-LINK模塊成本較高，且在遠(yuǎn)程設(shè)備站的構(gòu)建上靈活性較差。針對(duì)以上情況，本文提出了一種結(jié)合CC-LINK基本網(wǎng)絡(luò)、自主設(shè)計(jì)CC-LINK遠(yuǎn)程設(shè)備站和遠(yuǎn)程I/O站的CC-LINK網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方案。
該方案采用CC-LINK的遠(yuǎn)程設(shè)備站控制芯片 MFP3，遠(yuǎn)程I/O站控制芯片MPF2，構(gòu)成CC-LINK網(wǎng)絡(luò)通信部分（符合CC-LINK的通信規(guī)范）。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)控制要求，結(jié)合單片機(jī)系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)控制電路,輸入輸出電路。以上兩部分構(gòu)成了基于CC-LINK網(wǎng)絡(luò)的靈活性高的遠(yuǎn)程設(shè)備站模塊、遠(yuǎn)程I/O站模塊。各模塊間通過(guò)CC-LINK專用電纜與主站模塊相連，主站模塊與PLC相連?；谌缟系臉?gòu)建模式，可以快速的構(gòu)建基于CC-LINK的功能靈活的遠(yuǎn)程站，不必過(guò)度依賴專用CC-LINK模塊，節(jié)省CC-LINK系統(tǒng)的使用成本。
2．CC-LINK網(wǎng)絡(luò)組成
CC-LINK網(wǎng)絡(luò)主要由CC-LINK主站模塊、PLC、遠(yuǎn)程設(shè)備站模塊、遠(yuǎn)程I/O站模塊構(gòu)成。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。PLC模塊檢查來(lái)自主站模塊的CC-LINK網(wǎng)絡(luò)信息，根據(jù)系統(tǒng)功能要求發(fā)送相應(yīng)的控制信息給主站模塊。主站模塊控制整個(gè)CC-LINK網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)CC-LINK網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，并作為CC-LINK網(wǎng)絡(luò)與PLC之間的連接模塊，接收來(lái)自遠(yuǎn)程站模塊的數(shù)據(jù)信息，傳遞給PLC控制器，接收來(lái)自PLC控制器的控制信息并通過(guò)CC-LINK網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到遠(yuǎn)程站模塊。將多個(gè)PLC模塊控制的CC-LINK網(wǎng)絡(luò)連接在一起就可以組成一個(gè)簡(jiǎn)易的分布式系統(tǒng)。
一個(gè)CC-LINK網(wǎng)絡(luò)最多可以連接64個(gè)內(nèi)存站。網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度可為：156Kbps，625Kbps，2.5Mbps、5Mbps、10Mbps?？梢詽M足高實(shí)時(shí)性的要求。
3．墨量控制器的硬件結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)主要用于印刷機(jī)內(nèi)的墨量控制器，每一套墨量控制器負(fù)責(zé)一個(gè)色組的所有電機(jī)的定位控制。采集墨斗體電機(jī)的當(dāng)前位置信息，完成與主站PLC的通訊，并根據(jù)主站的控制信息完成墨斗體電機(jī)的定位。系統(tǒng)控制32個(gè)墨斗體電機(jī)的定位，所有電機(jī)的定位信息的采集、處理、輸出控制時(shí)間控制在5ms之內(nèi)。
本系統(tǒng)屬于CC-LINK遠(yuǎn)程設(shè)備站，以P89C51RD2、MFP3為主控器件構(gòu)建而成，由CC-LINK網(wǎng)絡(luò)控制部分，MCU控制部分，以及輸入輸出電路構(gòu)成。結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。MFP3為CC-LINK遠(yuǎn)程設(shè)備站控制芯片，可以與傳感器、A/D ，D/A模塊、數(shù)字控制器（如單片機(jī)）等相連，與主站之間進(jìn)行數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)以及開(kāi)/關(guān)數(shù)據(jù)通信，靈活性高。P89C51RD2為PHILIPS公司生產(chǎn)的增強(qiáng)型51系列單片機(jī)。內(nèi)部集成WatchDog，可配置工作模式：6 CLK、12 CLK。系統(tǒng)采用其 6 CLK工作模式，來(lái)提高單片機(jī)系統(tǒng)的處理速度。
3.1 MCU控制模塊
MCU控制模塊負(fù)責(zé)MFP3的初始化、讀寫(xiě)操作，墨斗體電機(jī)定位信息的采集、處理及電機(jī)控制量的輸出。A/D部分采集采用高速并行A/D轉(zhuǎn)換器MAX1090，采集32路墨斗體電機(jī)的定位信息。墨斗電機(jī)采用專用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)。每路電機(jī)對(duì)應(yīng)兩位控制量。分別控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)。單片機(jī)將電機(jī)的狀態(tài)信息（位置信息、報(bào)警、完成）寫(xiě)入到MFP3相應(yīng)數(shù)據(jù)寄存器，并讀取PLC發(fā)送的控制信息（定位設(shè)定、報(bào)警解除），通過(guò)64位輸出，控制32路電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的定位控制。
單片機(jī)控制系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際需要的功能，進(jìn)行擴(kuò)展、設(shè)計(jì)。如鍵盤，顯示等設(shè)備，以增強(qiáng)人機(jī)交互性。并可以現(xiàn)場(chǎng)配置，提高CC-LINK靈活性。
3.2 CC-LINK網(wǎng)絡(luò)控制模塊
CC-LINK網(wǎng)絡(luò)控制模塊，主要由MFP3以及一些外圍控制電路組成。外圍電路包括：485總線驅(qū)動(dòng)部分、傳輸波特率設(shè)置、站號(hào)設(shè)置、內(nèi)存站數(shù)目設(shè)置、系統(tǒng)狀態(tài)的顯示模塊、以及與單片機(jī)系統(tǒng)的總線連接部分。結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。MFP3具有總線結(jié)構(gòu)接口，可與A/D-D/A模塊、單片機(jī)等智能設(shè)備相連，可進(jìn)行字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸。
CC-LINK網(wǎng)絡(luò)上的基本單元為內(nèi)存站，一個(gè)內(nèi)存站可以進(jìn)行（32位＋4字）的數(shù)據(jù)傳輸，每個(gè)遠(yuǎn)程設(shè)備站最多可以配置4個(gè)內(nèi)存站。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上最多允許接駁64個(gè)內(nèi)存站，所有CC-LINK網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備都需要根據(jù)自己所擁有的內(nèi)存站，設(shè)置唯一的網(wǎng)絡(luò)地址。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上有重復(fù)的地址時(shí)，系統(tǒng)會(huì)報(bào)錯(cuò)。波特率設(shè)置部分用于傳輸速度設(shè)置。狀態(tài)顯示部分負(fù)責(zé)顯示CC-LINK網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行情況。CC-LINK網(wǎng)絡(luò)可以自動(dòng)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況，如網(wǎng)絡(luò)地址的沖突、傳輸波特率的不匹配、網(wǎng)絡(luò)斷線等狀況，并通過(guò)RUN、ERROR、SD、RD信號(hào)等來(lái)顯示。當(dāng)出現(xiàn)故障情況時(shí)可以參考CC-LINK故障手冊(cè)解決故障。
CC-LINK網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議由MFP3內(nèi)部硬件完成。只需要對(duì)MFP3進(jìn)行初始化設(shè)置以后，就可以根據(jù)MFP3的控制方法對(duì)MFP3進(jìn)行字?jǐn)?shù)據(jù)、位數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)。MFP3主動(dòng)接收CC-LINK主站模塊的刷新循環(huán)，實(shí)現(xiàn)與主站模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸。
4．軟件設(shè)計(jì)
該墨量控制器的軟件設(shè)計(jì)主要由兩部分組成：MFP3部分，A/D部分。系統(tǒng)主程序流程圖如圖4所示。其中Normal Operation包括A/D采集、控制量輸出及一些邏輯運(yùn)算。其余均為MFP3相關(guān)軟件設(shè)計(jì)。鑒于篇幅的限制，下面只介紹MFP3部分的軟件設(shè)計(jì)流程。
MFP3內(nèi)部包含特殊功能寄存器及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)寄存器（RX、RY、RWw、RWr）。通過(guò)對(duì)這些寄存器的讀寫(xiě)操作可實(shí)現(xiàn)MFP3初始化、刷新、及讀寫(xiě)操作。主要功能函數(shù)為：
■ 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寫(xiě)操作流程圖如圖5所示，讀操作流程圖如圖6所示。
5．遠(yuǎn)程I/O站
遠(yuǎn)程I/O站模塊由遠(yuǎn)程I/O站控制芯片MFP2以及一些外圍電路組成。采集輸入I/O信號(hào)，輸出I/O信號(hào)。遠(yuǎn)程I/O站模塊只能與主站模塊進(jìn)行開(kāi)/關(guān)數(shù)據(jù)通信?？赏瑐鞲衅鞯乳_(kāi)關(guān)量輸出設(shè)備連接。其結(jié)構(gòu)框圖如圖7所示。
遠(yuǎn)程I/O站控制芯片MPF2的485總線驅(qū)動(dòng)部分與MFP3大致相同。但MFP2僅包含一個(gè)內(nèi)存站。最多允許32 位的I/O信號(hào)數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)可以通過(guò)硬件配置輸入、輸出I/O數(shù)?？梢耘渲脼?2路全部輸出、或32路全部輸入、或16路輸入，16路輸出等，且擁有輸入、輸出的狀態(tài)顯示功能。系統(tǒng)輸入為高電平有效，輸出為低電平有效。
站號(hào)、波特率的配置、485總線驅(qū)動(dòng)部分與MFP3的相關(guān)配置相同，在此不重復(fù)介紹。
MFP2接受主站模塊的刷新循環(huán)，與CC-LINK網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸由硬件完成。
6．結(jié)束語(yǔ)
本文針對(duì)CC-LINK網(wǎng)絡(luò)提出了一種靈活的，低成本的構(gòu)建模式。并據(jù)此設(shè)計(jì)了CC-LNK遠(yuǎn)程設(shè)備站模塊，完成了硬件以及軟件的設(shè)計(jì)，并應(yīng)用于印刷機(jī)內(nèi)部的墨量控制器中，性能良好，達(dá)到了預(yù)期的效果。
