基于Anybus 網(wǎng)關(guān)的PLC 間通信研究

韋 波，劉 星，王 雪

（1.廣西中煙工業(yè)有限責任公司柳州卷煙廠，廣西柳州 545026；2.北京航天拓撲高科技有限責任公司，北京 100176）

0 引言

隨著科技的發(fā)展，工業(yè)PLC 已廣泛應用于煙草自動化控制領域。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用PLC 產(chǎn)品。羅克韋爾公司使用的通信網(wǎng)絡主要為ControlNet、DeviceNet 和 EtherNet/IP、西門子公司所使用的通信網(wǎng)絡主要是Profibus-PA、Profibus-DP、Profinet-PN 等。不同的通信網(wǎng)絡由于通信協(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)的設備，現(xiàn)在就需要設計出一種實現(xiàn)兩者通信網(wǎng)絡配合的方案。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)標準，它屬于實時以太網(wǎng)。其中，實時是指Profinet 通信的響應時間小于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苛的場合，其響應時間小于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)標準，將傳統(tǒng)的以太網(wǎng)與工業(yè)協(xié)議相結(jié)合。該標準是由國際控制網(wǎng)絡（ControlNet International，CI）和開放設備網(wǎng)絡供應商協(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。所有標準的以太網(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。將網(wǎng)絡上的設備視為許多的“物件”。EtherNet/IP為通用工業(yè)協(xié)定為基礎而架構(gòu)，可以存取來自ControlNet 及DeviceNet 網(wǎng)絡上的物件[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區(qū)別，因此無法直接連接使用[3]。

經(jīng)過對兩者網(wǎng)絡研究發(fā)現(xiàn)，其網(wǎng)絡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進行EtherNet/IP 網(wǎng)絡的通信。網(wǎng)絡控制如圖4 所示。

圖4 網(wǎng)絡控制

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)設置

（1）使用Anybus IPconfig Setup軟件設置Anybus 網(wǎng)關(guān)的IP，并用超級終端設置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)絡控制圖需要組態(tài)以太網(wǎng)通信模塊ENBT，配置EtherNet/IP 網(wǎng)絡并在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 時先要在先導入相應的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)設置中INPUT/OUTPU 的大小一定要設置正確。

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)絡內(nèi)設備的要求。