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        基于Anybus 網(wǎng)關(guān)的PLC 間通信研究

        2022-08-28 05:47:00波,劉星,王
        設(shè)備管理與維修 2022年15期
        關(guān)鍵詞:羅克韋爾通信協(xié)議柳州

        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)

        0 引言

        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]。

        1 西門子PLC 的Profinet 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

        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

        2 羅克韋爾PLC 的EtherNet/IP 工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議

        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)

        3 基于Anybus 網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)羅克韋爾PLC 與西門子PLC 通信

        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

        4 具體解決方案

        4.1 羅克韋爾PLC 與西門子PLC 的硬件連接

        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。

        4.2 硬件組態(tài)及參數(shù)設(shè)置

        (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

        5 通信調(diào)試過程應(yīng)該注意的問題

        (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。

        6 結(jié)語

        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。

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