韋 波,劉 星,王 雪
(1.廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司柳州卷煙廠,廣西柳州 545026;2.北京航天拓?fù)涓呖萍加邢挢?zé)任公司,北京 100176)
隨著科技的發(fā)展,工業(yè)PLC 已廣泛應(yīng)用于煙草自動化控制領(lǐng)域。PLC 稱為可編程邏輯控制器。它采用的是可編程序存儲器,用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令,并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出,控制各種類型的設(shè)備或生產(chǎn)過程。羅克韋爾(簡稱AB)、西門子等著名的工業(yè)自動化公司等都廣泛應(yīng)用PLC 產(chǎn)品。羅克韋爾公司使用的通信網(wǎng)絡(luò)主要為ControlNet、DeviceNet 和 EtherNet/IP、西門子公司所使用的通信網(wǎng)絡(luò)主要是Profibus-PA、Profibus-DP、Profinet-PN 等。不同的通信網(wǎng)絡(luò)由于通信協(xié)議、傳輸速度、傳輸介質(zhì)等存在差異,所以不同品牌、不同網(wǎng)絡(luò)的PLC 之間是無法通信的。例如柳州卷煙廠制絲車間采用的是西門子S7-1500 的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng),后期由于工藝需要新增兩臺AB Control Logix 5000 控制系統(tǒng)的設(shè)備,現(xiàn)在就需要設(shè)計出一種實現(xiàn)兩者通信網(wǎng)絡(luò)配合的方案。通過Anybus 網(wǎng)關(guān)(AB7649-F)實現(xiàn)兩者的通信,而且通信很穩(wěn)定。以在柳州卷煙廠制絲車間為例,主要探討在工業(yè)自動化控制中常用的羅克韋爾PLC 與西門子S7-1500PLC 的一種通信控制方法[1]。
Profinet 是IEC61158 公布的第10 類現(xiàn)場總線/工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn),它屬于實時以太網(wǎng)。其中,實時是指Profinet 通信的響應(yīng)時間小于10 ms;Profinet 還支持等時同步通信(IRT),用于運動控制等時間要求嚴(yán)苛的場合,其響應(yīng)時間小于1 ms;Profinet 是一種基于以太網(wǎng)的通信協(xié)議,它的基礎(chǔ)是百兆以太網(wǎng)。百兆以太網(wǎng)的傳輸介質(zhì)可以是雙絞線或光纖,使用雙絞線時,只需要使用網(wǎng)線中的1、2、3、6 號線,這就是Profinet 網(wǎng)線只有4 根線的原因。
在OSI 參考模型中,Profinet 位于第5~7 層,第1~4 層是百兆以太網(wǎng),OSI 參考模型如圖1 所示。
圖1 OSI 參考模型
EtherNet/IP 指的是以太網(wǎng)工業(yè)協(xié)議(Ethernet Industrial Protocol)。它定義了一個開放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),將傳統(tǒng)的以太網(wǎng)與工業(yè)協(xié)議相結(jié)合。該標(biāo)準(zhǔn)是由國際控制網(wǎng)絡(luò)(ControlNet International,CI)和開放設(shè)備網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商協(xié)會(ODVA)在工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)會(Industrial Ethernet Association,IEA)的協(xié)助下聯(lián)合開發(fā)的,并于2000 年3月推出。EtherNet/IP 是基于TCP/IP 系列協(xié)議,因此采用以原有的形式OSI 層模型中較低的4 層。所有標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)通信模塊,如PC 接口卡、電纜、連接器、集線器和開關(guān)都能與EtherNet/IP 一起使用。該協(xié)議的各層結(jié)構(gòu)如圖2所示。
由圖2 可以看出EtherNet/IP的應(yīng)用層協(xié)定是以使用在DeviceNet、CompoNet 及ControlNet 的通用工業(yè)協(xié)定(CIP)為基礎(chǔ)。將網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備視為許多的“物件”。EtherNet/IP為通用工業(yè)協(xié)定為基礎(chǔ)而架構(gòu),可以存取來自ControlNet 及DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)上的物件[2]。
圖2 協(xié)議結(jié)構(gòu)
羅克韋爾公司PLC 的EtherNet/IP 通信協(xié)議和西門子PLC的Profinet 工業(yè)以太網(wǎng)通信協(xié)議,兩者在通信協(xié)議、通信速率、傳輸方式、傳輸材料方面有相應(yīng)區(qū)別,因此無法直接連接使用[3]。
經(jīng)過對兩者網(wǎng)絡(luò)研究發(fā)現(xiàn),其網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層都可以實現(xiàn)高效的I/O 數(shù)據(jù)交換;所以從理論上論述是可以通過I/O 數(shù)據(jù)映射來實現(xiàn)相應(yīng)數(shù)據(jù)交換的。而Anybus 網(wǎng)關(guān)可以實現(xiàn)該功能,通信數(shù)據(jù)流程如圖3 所示。
圖3 數(shù)據(jù)流程
以柳州卷煙廠制絲車間為例,為了實現(xiàn)設(shè)備的控制,要求將羅克韋爾公司AB-ControlLogix1756 控制系統(tǒng)接入到西門子S7-1500 PLC 控制系統(tǒng)中,羅克韋爾PLC 的CPU 為1756-L63,西門子PLC 的CPU 為S7 1518-4PN/DP,均為十分常見的類型。由于兩個PLC 之間傳輸數(shù)據(jù)量較大,采用以太網(wǎng)通信的控制方式。而羅克韋爾公司的1756 系列中并沒有可支持Profinet 通信方式的功能模塊,在這里選用Anybus 網(wǎng)關(guān)(AB7649-F),該產(chǎn)品支持西門子Profinet 通信協(xié)議,而且還可以與ControlLogix 系列CPU進(jìn)行EtherNet/IP 網(wǎng)絡(luò)的通信。網(wǎng)絡(luò)控制如圖4 所示。
圖4 網(wǎng)絡(luò)控制
羅克韋爾PLC 用EtherNet 的通信協(xié)議方式,采用美國羅克韋爾公司AB-Logix1756 系列控制器,通信模塊1756-ENBT[4]。西門子PLC 通過PN 接口與Anybus 網(wǎng)關(guān)(AB7649-F)采用Profinet 通信協(xié)議通信,Anybus網(wǎng)關(guān)(AB7649-F)與羅克韋爾PLC通過工業(yè)交換機(jī)以以太網(wǎng)方式通信,這樣建立起西門子PLC 與羅克韋爾公司PLC 的通信,完全滿足控制要求。
(1)使用Anybus IPconfig Setup軟件設(shè)置Anybus 網(wǎng)關(guān)的IP,并用超級終端設(shè)置Anybus 網(wǎng)關(guān)的參數(shù)(圖5)。
圖5 Anybus 網(wǎng)關(guān)參數(shù)
(2)在RSLogix5000 中配置Anybus EtherNetIP 適配器—網(wǎng)關(guān)。羅克韋爾公司PLC 組態(tài)按照網(wǎng)絡(luò)控制圖需要組態(tài)以太網(wǎng)通信模塊ENBT,配置EtherNet/IP 網(wǎng)絡(luò)并在PLC 配置中添加Anybus 網(wǎng)關(guān)(AB7649-F)EtherNet/IP 從站模塊EtherNet-Module。羅克韋爾PLC 對Anybus 網(wǎng)關(guān)(AB7649-F)的組態(tài)及配置如圖6所示。
圖6 Anybus 網(wǎng)關(guān)AB 組態(tài)配置
(3)在西門子的PLC 中組態(tài)配置Anybus 網(wǎng)關(guān)(AB7649-F)[5],西門子PLC 對Anybus 網(wǎng)關(guān)(AB7649-F)的組態(tài)配置如圖7 所示,Anybus 網(wǎng)關(guān)西門子配置如圖8 所示。
圖7 Anybus 網(wǎng)關(guān)西門子組態(tài)配置
圖8 Anybus 網(wǎng)關(guān)西門子配置
(4)在PLC 中相關(guān)控制指令的編寫。羅克韋爾PLC 程序編寫畫面如圖9 所示,西門子PLC 程序編寫如圖10 所示。
圖9 羅克韋爾PLC 程序
圖10 西門子PLC 程序
(1)在RSLogix5000 中配置Anybus EtherNetIP 適配器—網(wǎng)關(guān)和在西門子的PLC 中組態(tài)配置Anybus Communicator Profinet 時先要在先導(dǎo)入相應(yīng)的EDS,GDS 文件,Anybus 網(wǎng)關(guān)(AB7649-F)才能被組態(tài)軟件所識別。
(2)Anybus 網(wǎng)關(guān)(AB7649-F)在兩PLC 通信中的參數(shù)設(shè)置時注意:西門子PLC 輸出字節(jié)就是Anybus 網(wǎng)關(guān)(AB7649-F)輸入字節(jié),同時也是羅克韋爾PLC 輸出字節(jié);西門子PLC 輸入字節(jié)就是Anybus 網(wǎng)關(guān)(AB7649-F)輸出字節(jié),同時也是羅克韋爾PLC 輸入字節(jié)。參數(shù)設(shè)置中INPUT/OUTPU 的大小一定要設(shè)置正確。
綜上所述,通過Anybus 網(wǎng)關(guān)可以將西門子PLC 的PN 網(wǎng)與羅克韋爾公司PLC 的EtherNet/IP 網(wǎng)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)聯(lián)通,從而實現(xiàn)不同品牌PLC 不同控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)設(shè)備的要求。