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吳 勤（1973—）男，湖北人，(上海機場建設指揮部，上海，201202） 研究方向為供電工程及電力監控。
1 前言
CC-Link Safety是在全世界廣泛普及的開放性現場總線CC-Link協議的上位層實現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絡。將安全功能層不能檢測的通訊錯誤率控制到了極低程度，可構筑符合IEC61508 SIL3及ISO13849-1 Category4要求的安全網絡。
由于是在CC-Link協議上位層實現了安全功能層，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兼容產品、利用原有工程，而且在安全通信方面也能實現和CC-Link同樣的高速通信和高速響應性，還具有檢測安全系統的不正當修改和設定錯誤的構成管理功能以及能迅速分析問題原因的RAS功能，具有優異的安全網絡方便性。
本文主要對CC-Link Safety的體系結構和數據處理方式。
2 CC-Link Safety 的體系結構
CC-Link Safety體系結構如圖 1所示，CC-Link Safety體系結構，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、數據鏈接層、應用層、用戶層）構成。物理層及數據鏈接層與CC-Link互換，并在應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，還包括管理安全網絡連接設備的狀態和構成的構成管理功能。服務用戶層為CC-Link Safety兼容產品和對應軟件的固有功能，由產品及軟件開發人員按產品類別單獨開發。
為在CC-Link數據鏈接層上實現安全功能層的所有安全通信相關功能，CC-Link Safety與CC-Link具有通信互換性，在網絡上兩者可混合存在。但是，安全站的信息一般站不能全部破解。通過此種體系結構，對 CC-Link Safety兼容產品的開發人員來說，可有效利用原有的CC-Link開發資源，縮短開發時間。而且對CC-Link用戶來說，則可繼續使用原有設備和保養器械。
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送數據，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送數據傳送給安全主站。在安全及一般從站傳送數據中，包含有如遠程I/O站的輸入數據。安全主站按站順序輪詢從站，與所有從站的通信結束后，再次輪詢所有從站。如此反復進行廣播和輪詢響應。對安全站、一般站沒有站號順序限制。
CC-Link Safety的數據格式如圖3所示。在安全主站傳送數據中包括頁眉信息和發給所有從站的數據，如遠程輸出站的輸出數據。發給一般從站的數據構造與CC-Link相同，安全從站的數據構造是在原有的字數據一部分領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 通過安全主站發送數據的頁眉和安全站的數據構造算出。
安全網絡中需考慮的通信障礙有以下7種類型(根據IEC62280)。
（1）舊信息的重復收信；
（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據構造中，每次發送時數值遞增，就此可檢測出信息的重復、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視接收信息間隔，如果在一定時間內未收到信息，進行停止通信的超時監視。收信的確認可通過安全主站調查從站的輪詢響應，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絡，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卻能夠區別在信息構造中是否含有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
為實現安全功能層，在CC-Link Safety的安全數據中包含有順序號和CRC32。在廣播輪詢方式中，輪詢和響應信息的信息長度越長，輪詢周期也越長。因CC-Link Safety是在不使用安全應用軟件的安全字數據領域中儲存CRC32等，不論是安全從站通信數據還是一般從站通信數據，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為有效使用網絡通信帶通的設計，可達成與CC-Link同樣的高速性。
2.4 構成管理功能與安全化
CC-Link Safety在各個安全站用固有的產品信息進行安全網絡的構成管理。產品信息為CC-Link協會管理的由各類機型的型號和制造聯號等組成的各產品的不同信息。在最初構筑網絡系統時，在安全站上登錄網絡連接產品的產品信息，之后啟動安全主站及安全從站時，對照本身的產品信息和安全主站所登錄的產品信息，就能檢測安全網絡系統的更改或修理后的施工錯誤。而且，除產品信息外，從安全主站還可傳送各個安全從站的參數，由各安全從站進行對照檢查。檢測出產品信息及參數不一致或不完整時，安全從站中止數據鏈接層的通信，即進入故障保險狀態。
利用這一優點，能夠防止站號的設定差錯或站號開關故障，或網絡設計人員非有意引起的安全系統的誤動作，抑制不正當的改造修改。通過此項功能，使安全系統能夠可靠動作。
CC-Link為了簡單設定從站參數，提供CC-Link監視軟件和參數的標準記述形式的CSP(CC-Link System Profile)。只要在CSP文件中記述從站的產品信息和參數，就能通過CC-Link監視軟件設定和閱覽參數。CC-Link Safety提供和CC-Link監視軟件互換的監視軟件以及安全從站的功能擴展CSP。通過這些軟件，就能對設定項目多的安全從站的參數進行簡單設定和閱覽。
3 結束語
CC-Link Safety的安全性的實現，其結構和數據處理是核心，了解這一技術，有益于推進我國安全性系統的建設，保障安全生產，對于我國的經濟建設和技術發展有著重要的現實意義。同時，中國目前安全系統的構筑越來越多，CC-Link Safety必將在中國有廣闊的應用前景和巨大魅力。
作者信息：
吳 勤 (上海機場建設指揮部，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