音圈振膜生產(chǎn)線中EIP協(xié)議研究及應(yīng)用

【摘要】本文采用歐姆龍NJ301-1100系列可編程控制器，針對音圈振膜生產(chǎn)線設(shè)備間的通信建立EIP通信網(wǎng)絡(luò)，通過對其進行軟件編程、硬件構(gòu)建，實現(xiàn)了設(shè)備間上下游信號的通信問題。并在sysmac studio編程軟件中對上下游信號進行通信測試，實現(xiàn)了設(shè)備間聯(lián)網(wǎng)及協(xié)同作業(yè)?，F(xiàn)場實踐表明，本文的設(shè)計能夠滿足設(shè)備間的通信要求及網(wǎng)絡(luò)通信的穩(wěn)定性要求。

【關(guān)鍵詞】NJ控制器;EIP網(wǎng)絡(luò);上下游信號;設(shè)備間通信

Abstract：This article uses the OMRON NJ301-1100 series programmable controller，Set up EIP communication network In view of communication between equipment of the voice coil diaphragm production line， we achieved communication problems of downstream signal between devices.And do communication test on downstream signal in sysmac studio programming software，to realize the inter-networking and collaboration between devices.The actual situation shows，this design can meet the communication requirements of devices and stability requirements of network communication.

Keyword：NJ controller;EIP network;Downstream signal;Communication between devices

1.引言

EtherNet/IP協(xié)議是一種開放的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，它是使用了以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議TCP/IP的符合世界規(guī)格工業(yè)用以太網(wǎng)。Ethernet/IP網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用層封裝了CIP（通用工業(yè)協(xié)議）， 具有與ODVA的CIP網(wǎng)絡(luò)間無縫通信的特長[1]。EIP網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用在工業(yè)控制領(lǐng)域有很大的優(yōu)勢，之前的控制系統(tǒng)多采用現(xiàn)場總線，不能滿足現(xiàn)場控制層到上級管理層之間的無縫信息集成。其有三大特點：①系統(tǒng)兼容性良好，共享資源能力強;②大容量數(shù)據(jù)的高速傳輸;③更好的信息無縫集成[2]。選擇合適的軟硬件開發(fā)環(huán)境，對EtherNet/IP協(xié)議進行分析研究，能夠在很大程度上方便地實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、交換、共享以及遠程訪問，其數(shù)據(jù)處理速度快，動作響應(yīng)速度快，具有重要的研究意義。今后，EtherNet/IP將對應(yīng)所有的信息層通信和控制層間通信、Remote IO通信的部分領(lǐng)域，與Controller Link FL-net共存。

2.系統(tǒng)硬件構(gòu)架

本文以歐姆龍NJ系列的PLC系統(tǒng)為研究對象，研究其設(shè)備之間PLC的相互通信協(xié)議，具體以北京清大天達光電技術(shù)有限公司投入的微型麥克風(fēng)和揚聲器自動化生產(chǎn)線為參考，根據(jù)其工作原理，對基于歐姆龍NJ系列可編程控制器的EIP協(xié)議進行深入研究。硬件構(gòu)架如下圖1所示，主要包括歐姆龍NJ301-1100系列可編程控制器、上位機、網(wǎng)線、IO單元、耦合器、以太網(wǎng)交換機，DeviceNet主站單元等。

圖1 系統(tǒng)硬件構(gòu)架

要確保設(shè)備間彼此能夠正常通信，需要對每臺設(shè)備控制器上的EIP通訊模塊進行配置，首先給每個EIP通訊模塊分配一個IP地址，在同一網(wǎng)段內(nèi)，所分配的IP地址不能與其他設(shè)備重復(fù)，設(shè)置完成后，用“Network Configurator”網(wǎng)絡(luò)配置軟件對其進行通信。本實驗的一體化設(shè)計，能夠?qū)崿F(xiàn)完美的無縫控制以及機器和工廠之間的無瑕通信。

3.EtherNet/IP協(xié)議

3.1 EtherNet/IP協(xié)議簡介

EtherNet/IP與Devicenet和Controlnet網(wǎng)絡(luò)一樣都是基于CIP協(xié)議基礎(chǔ)之上。它與ETN網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)訪問控制方式相同，采用的是CSMA/CD（沖突檢測的載波偵聽多路訪問）。Ethernet/IP獨特之處是在TCP/UDP/IP上附加了CIP，而CIP能夠作為Ethernet/IP、Controlnet和Devicenet三者共同享有的應(yīng)用層。EtherNet/IP 的報文分為隱式報文和顯式報文兩種，隱式報文負責(zé)傳輸一些實時 I/O數(shù)據(jù)、運動控制數(shù)據(jù)、功能性安全數(shù)據(jù)，顯式報文則是傳輸一些配置、診斷等數(shù)據(jù)[3]。

EtherNet/IP有著其他網(wǎng)絡(luò)所不具有的優(yōu)勢，它能夠?qū)崿F(xiàn)高速大容量的數(shù)據(jù)傳輸，最多可實現(xiàn)256個鏈接之間184832個字的數(shù)據(jù)交換;可通過CIP信息實現(xiàn)多廠商通信，高端功能，實現(xiàn)簡單;可用在主控室監(jiān)控、采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，上位組態(tài)，多臺控制器之間需要大量數(shù)據(jù)交換的場合等。它不依存于某個公司的技術(shù)，在通用的開發(fā)平臺上即可開發(fā)相應(yīng)的產(chǎn)品。能夠適應(yīng)工控領(lǐng)域的發(fā)展與需求，具有廣泛的市場前景。

3.2 EtherNet/IP協(xié)議在歐姆龍NJ系列PLC中的應(yīng)用

歐姆龍公司推出的NJ系列可編程控制器是目前在通信領(lǐng)域應(yīng)用得非常廣泛的一款嵌入式處理器，是網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域的新一代產(chǎn)品，它的各方面的性能，包括器件的適應(yīng)性“外部擴展能力和芯片集成度等都得到了提高。并且高速性與可靠性并重，集運動、邏輯、視覺控制于一體，尤其是內(nèi)置EtherNET/IP與EtherCAT主站，可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的高速控制，而系統(tǒng)采用的EtherCAT網(wǎng)絡(luò)型伺服，其憑借業(yè)界最高等級的性能，可幫助用戶有效縮短生產(chǎn)節(jié)拍時間。本文所研究的自動生產(chǎn)線工位與工位之間均采用EIP協(xié)議通信，每個工位PLC配備Ethercat協(xié)議通信功能，通過研究現(xiàn)場控制層各設(shè)備間的通信，建立EIP通信模型，達到自動控制產(chǎn)線應(yīng)用層協(xié)議數(shù)據(jù)的有效傳輸與控制的目的，方便地實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、交換、共享以及遠程訪問。

4.EIP網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)置

4.1 EIP網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

設(shè)備間組網(wǎng)完成后，需要通過以太網(wǎng)交換機建立EIP網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)設(shè)備間的上下游通信。每臺機器上的控制器都要獨立配置EIP通信模塊，以確保設(shè)備間的正常通信[4-5]。每個EIP通信模塊都要分配獨立的IP地址，IP地址不能重復(fù)，并且在同一網(wǎng)段內(nèi)。在“Network Configurator”網(wǎng)絡(luò)配置軟件對其進行通信設(shè)置，創(chuàng)建NJ系列PLC與EIP模塊之間的標(biāo)簽數(shù)據(jù)鏈接，即將PLC中需要與外部通訊的I/O通道注冊為Tag。因為Sysmac studio中地址以標(biāo)簽形式顯示，可以直接將全局變量導(dǎo)出到Network Configurator軟件，供其內(nèi)部調(diào)用。最后對EIP通信模塊配置上下游信號，導(dǎo)入PLC中即可實現(xiàn)設(shè)備間的通信。其EIP網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架如圖2所示。

圖2 EIP網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

4.2 軟件編程

本文采用sysmac studio軟件進行編程，來實現(xiàn)設(shè)備間上下游信號的交互。在自動運行過程中，設(shè)備只有接收到來自下游信號的許可，才會進行動作。當(dāng)入口傳感器檢測到輸入信號，就會發(fā)給上游發(fā)信號，阻止載體的流入。具體以其中的一個工位（下料機）為例，其控制上下游信號通信部分程序如圖3所示。

圖3 軟件程序

5.實驗結(jié)果與分析

以上料機A45為例對實驗結(jié)果進行分析，它包括振膜投入和清理廢品的工位;兩工位通過安裝支架安裝在同一基礎(chǔ)框架上來實現(xiàn)各自功能。載體流動到A4工位時，通過阻擋系統(tǒng)頂住載體，通過Index對載體進行精確定位，并通過夾爪由Tray盤上取振膜，放置在載體上。放置完成后，當(dāng)接收到來自下游信號from_alt[0]的允許時，INDEX下降，阻擋系統(tǒng)下降，載體流到下一個工位。當(dāng)入口檢測到輸入信號時，就會給上游發(fā)信號，禁止載體的繼續(xù)流入，這樣就可以避免載體的堆積;載體流動到A5工位時，由阻擋系統(tǒng)（Stopper）頂住載體;左右兩個吸附體根據(jù)上一個工位傳達的信息進行相應(yīng)的操作，不良品被吸走，良好的產(chǎn)品保留，當(dāng)接收到來自下游的信號from_A3_6[0]的允許時，阻擋系統(tǒng)（Stopper）釋放，載體流動到下一個工位。其監(jiān)測結(jié)果如下圖4所示。

圖4 上下游信號監(jiān)測結(jié)果

6.結(jié)論

基于EtherNet/IP的工業(yè)以太網(wǎng)通信，支持“所見即所得”的控制編程，與傳統(tǒng)現(xiàn)場總線方案相比能夠顯著縮短設(shè)計、安裝和調(diào)試的時間及經(jīng)費。由于其開放性、傳輸速率高、應(yīng)用廣泛等優(yōu)勢，被應(yīng)用在多種場合。之所以能夠廣泛普及，正是由于它在全球范圍內(nèi)擁有眾多的設(shè)備供應(yīng)商。它可以只用一種配置工具完成不同網(wǎng)絡(luò)上CIP設(shè)備的配置，而不需要使用廠商特定的編程軟件。本文通過研究歐姆龍NJ系列可編程控制器的EIP協(xié)議，在很大程度上方便地實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、交換、共享以及遠程訪問，其數(shù)據(jù)處理速度快，動作響應(yīng)速度快，滿足了設(shè)備間的通信要求。

參考文獻

[1]李武杰，鄭晟，陳文輝.EtherNet/IP工業(yè)以太網(wǎng)的研究及應(yīng)用[J].電子設(shè)計工程，2011（19）9：26-29.

[2]徐智穹.一種開放的工業(yè)以太網(wǎng)EtherNet/IP[J].低壓電氣，2006（10）：39-42.

[3]Brooks，Paul.EtherNet/IP-Industrial Protocol[J].IEEE Symposium on Emerging Technologies and Factory Automation，ETFA，2001（2）：505-514.

[4]石磊.基于EIP協(xié)議的壓裂機組網(wǎng)絡(luò)通訊控制系統(tǒng)設(shè)計[J].長江大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2012，9（2）：78-80.

項目來源：北京清大天達音圈振膜自動化設(shè)備項目（2013011010-1）。

作者簡介：曹欣，女，碩士研究生，研究方向：通信與信息系統(tǒng)。