音圈振膜生產線中EIP協議研究及應用

【摘要】本文采用歐姆龍NJ301-1100系列可編程控制器，針對音圈振膜生產線設備間的通信建立EIP通信網絡，通過對其進行軟件編程、硬件構建，實現了設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，實現了設備間聯網及協同作業。現場實踐表明，本文的設計能夠滿足設備間的通信要求及網絡通信的穩定性要求。

【關鍵詞】NJ控制器;EIP網絡;上下游信號;設備間通信

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協議是一種開放的工業網絡標準，它是使用了以太網的標準協議TCP/IP的符合世界規格工業用以太網。Ethernet/IP網絡的應用層封裝了CIP（通用工業協議）， 具有與ODVA的CIP網絡間無縫通信的特長[1]。EIP網絡應用在工業控制領域有很大的優勢，之前的控制系統多采用現場總線，不能滿足現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系統兼容性良好，共享資源能力強;②大容量數據的高速傳輸;③更好的信息無縫集成[2]。選擇合適的軟硬件開發環境，對EtherNet/IP協議進行分析研究，能夠在很大程度上方便地實現數據傳輸、交換、共享以及遠程訪問，其數據處理速度快，動作響應速度快，具有重要的研究意義。今后，EtherNet/IP將對應所有的信息層通信和控制層間通信、Remote IO通信的部分領域，與Controller Link FL-net共存。

2.系統硬件構架

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

圖1 系統硬件構架

要確保設備間彼此能夠正常通信，需要對每臺設備控制器上的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，在同一網段內，所分配的IP地址不能與其他設備重復，設置完成后，用“Network Configurator”網絡配置軟件對其進行通信。本實驗的一體化設計，能夠實現完美的無縫控制以及機器和工廠之間的無瑕通信。

3.EtherNet/IP協議

3.1 EtherNet/IP協議簡介

EtherNet/IP與Devicenet和Controlnet網絡一樣都是基于CIP協議基礎之上。它與ETN網絡介質訪問控制方式相同，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，隱式報文負責傳輸一些實時 I/O數據、運動控制數據、功能性安全數據，顯式報文則是傳輸一些配置、診斷等數據[3]。

EtherNet/IP有著其他網絡所不具有的優勢，它能夠實現高速大容量的數據傳輸，最多可實現256個鏈接之間184832個字的數據交換;可通過CIP信息實現多廠商通信，高端功能，實現簡單;可用在主控室監控、采集現場數據，上位組態，多臺控制器之間需要大量數據交換的場合等。它不依存于某個公司的技術，在通用的開發平臺上即可開發相應的產品。能夠適應工控領域的發展與需求，具有廣泛的市場前景。

3.2 EtherNet/IP協議在歐姆龍NJ系列PLC中的應用

歐姆龍公司推出的NJ系列可編程控制器是目前在通信領域應用得非常廣泛的一款嵌入式處理器，是網絡和數據通信領域的新一代產品，它的各方面的性能，包括器件的適應性“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，尤其是內置EtherNET/IP與EtherCAT主站，可實現網絡的高速控制，而系統采用的EtherCAT網絡型伺服，其憑借業界最高等級的性能，可幫助用戶有效縮短生產節拍時間。本文所研究的自動生產線工位與工位之間均采用EIP協議通信，每個工位PLC配備Ethercat協議通信功能，通過研究現場控制層各設備間的通信，建立EIP通信模型，達到自動控制產線應用層協議數據的有效傳輸與控制的目的，方便地實現數據傳輸、交換、共享以及遠程訪問。

4.EIP網絡通信設置

4.1 EIP網絡構架

設備間組網完成后，需要通過以太網交換機建立EIP網絡，實現設備間的上下游通信。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，并且在同一網段內。在“Network Configurator”網絡配置軟件對其進行通信設置，創建NJ系列PLC與EIP模塊之間的標簽數據鏈接，即將PLC中需要與外部通訊的I/O通道注冊為Tag。因為Sysmac studio中地址以標簽形式顯示，可以直接將全局變量導出到Network Configurator軟件，供其內部調用。最后對EIP通信模塊配置上下游信號，導入PLC中即可實現設備間的通信。其EIP網絡構架如圖2所示。

圖2 EIP網絡構架

4.2 軟件編程

本文采用sysmac studio軟件進行編程，來實現設備間上下游信號的交互。在自動運行過程中，設備只有接收到來自下游信號的許可，才會進行動作。當入口傳感器檢測到輸入信號，就會發給上游發信號，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.實驗結果與分析

以上料機A45為例對實驗結果進行分析，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框架上來實現各自功能。載體流動到A4工位時，通過阻擋系統頂住載體，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，當接收到來自下游信號from_alt[0]的允許時，INDEX下降，阻擋系統下降，載體流到下一個工位。當入口檢測到輸入信號時，就會給上游發信號，禁止載體的繼續流入，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（Stopper）頂住載體;左右兩個吸附體根據上一個工位傳達的信息進行相應的操作，不良品被吸走，良好的產品保留，當接收到來自下游的信號from_A3_6[0]的允許時，阻擋系統（Stopper）釋放，載體流動到下一個工位。其監測結果如下圖4所示。

圖4 上下游信號監測結果

6.結論

基于EtherNet/IP的工業以太網通信，支持“所見即所得”的控制編程，與傳統現場總線方案相比能夠顯著縮短設計、安裝和調試的時間及經費。由于其開放性、傳輸速率高、應用廣泛等優勢，被應用在多種場合。之所以能夠廣泛普及，正是由于它在全球范圍內擁有眾多的設備供應商。它可以只用一種配置工具完成不同網絡上CIP設備的配置，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協議，在很大程度上方便地實現數據傳輸、交換、共享以及遠程訪問，其數據處理速度快，動作響應速度快，滿足了設備間的通信要求。

參考文獻

[1]李武杰，鄭晟，陳文輝.EtherNet/IP工業以太網的研究及應用[J].電子設計工程，2011（19）9：26-29.

[2]徐智穹.一種開放的工業以太網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協議的壓裂機組網絡通訊控制系統設計[J].長江大學學報（自然科學版），2012，9（2）：78-80.

項目來源：北京清大天達音圈振膜自動化設備項目（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。