基于FL-net網絡的液晶面板模組生產線在線監控系統

崔志磊，王 琦，王金娥

CUI Zhi-lei1, WANG Qi2, WANG Jin-e2

（1.蘇州市職業大學 計算機工程學院，蘇州 215104；2.蘇州大學，蘇州 215021）

0 引言

液晶面板的制造包含三個主要工藝流程：陣列、成盒及組裝。這些生產工藝流程被劃分成4個不同的階段：薄膜電晶體、彩色濾光片、成盒及模組。后段的模組工藝是將經過中段成盒工藝完成貼合、液晶注入并封口后的玻璃基板首先貼上偏光片，再依序貼上TAB及附有驅動IC的印刷電路板，并將背光板、光源組裝上去，最后經老化測試及終檢后，將合格產品打包入庫。在液晶面板生產過程中，為了保證產品的質量，穩定產品的良品率，需要及時采集現場設備的運行狀態及工藝參數信息，并對采集的信息進行分析處理。這種復雜的生產過程，傳統的離散式控制系統已經滿足不了要求，需要設計一套完善的在線監控系統。針對這一生產需要，本文提出了一種基于FL-net網絡的模組生產線監控系統，闡述了監控系統的網絡拓撲結構、硬件的選用以及通信協議。

1 系統的網絡拓撲結構

由于被監控的設備和所需要采集的現場狀態信息來自于不同樓層的多個區域，比較分散。經綜合考慮，監控系統中使用7個PLC主站和143個PLC從站，以實現對整個車間生產線的監控。系統的網絡拓撲結構如圖1所示。分為車間管理層、控制層和設備層[1,2]。位于最上層的車間管理層采用以太網，負責對車間控制設備的監控和對生產管理信息、質量管理信息以及設備運轉狀態信息的管理，同時實現與Internet網的無縫連接。

控制層采用FL-net網絡，主要負責對從站PLC控制器進行數據的傳輸與控制。設備層使用現場總線網絡，負責對底層設備的狀態信息采集、信息傳送和控制。其中，車間管理層服務器選用惠普ProLiant DL385G5，其寫入速率為max26MB/s，讀取速率為max220MB/s；主站PLC選用歐姆龍公司的CS1系列可編程控制器，其組成包括型號為CS1W-BC053(5插槽)的機架，CPU模塊CS1H-CPU63H，電源模塊CS1W-PA204，以太網通信模塊CS1W-ETN21和FLnet通信模塊CS1W-FLN22。從站PLC則分別選用三菱公司的Q系列可編程控制器和歐姆龍公司的CS1系列可編程控制器， FL-net通訊模塊選用QJ71FL71-T-F01。

圖1 監控系統的網絡拓撲結構

2 系統的網間通信設置

2.1 Ethernet網絡的設置

主站PLC上需要安裝Ethernet網絡通信單元CS1W-ETN21，管理計算機上需要安裝相應的網卡，以實現上位機和主站PLC之間的通信。每一個網絡通信單元都有一個單元號，用一位十六進制數表示，范圍是0～F，可通過Ethernet網絡通信單元的開關設置。單元號決定了分配給以太網網通信單元的內存工作區域，即CIO區和DM區的范圍。例如“4”號通信單元的范圍是CIO：1600 ～1624，DM：30400～30499。每一個Ethernet網絡節點又要分配一個節點號，該節點號用兩位16進制數表示，范圍是01～7E，節點號可通過Ethernet單元的節點號開關設定[3,4]。 此外，為了使上位機能夠識別Ethernet網絡中的各個節點，還需要為Ethernet節點設置本地IP地址。

在本文所述系統的Ethernet網絡中，管理計算機的IP地址設置為172.18.200.2，1號PLC主站Ethernet通信單元的IP地址設置為172.18.200.1，2號PLC主站設置為172.18.200.3，其他PLC主站順次設置即可，子網掩碼均設為255.255.254.0。當PLC控制器處于編程模式時，將所設置的內容被分別下載至各主站PLC中。

表1 FINS命令幀格式

2.2 FL-net網絡的設置

與Ethernet網絡相似，FL-net網絡也需要設置用于識別網絡中每一個PLC通信單元的單元號，范圍是0～F；設置每一個節點的節點地址，范圍是1～249，以及各節點的IP地址。單元號和節點地址通過FL-net網絡通信單元CS1W-FLN22的單元號開關以及節點地址開關設置即可。FL-net網絡中各個節點的IP地址使用類別C。可連接的模塊數最多為254個。此外，為了確定本地PLC經中繼網絡節點至最終節點通信的路徑，必須對網絡的每一個節點建立路由表，并為主站和從站的PLC設置公共存儲區。圖2為從站PLC公共存儲區設置界面。

圖2 從站PLC FL-net公共存儲區設置

3 通信協議

由于FINS通信服務有它自己的尋址系統，不依賴于實際網絡地址系統，本地PLC無論是位于Ethernet網還是其他的的FA網絡，都可以使用相同的方法進行通信，因此本系統選用FINS通信協議。

在Ethernet網中，當上位機要與PLC進行FINS通信時，只需要向Ethernet網的FINS UDP端口發送包含FINS命令的數據報，就可以讀寫PLC的內存數據或控制PLC的運行。

FINS命令幀的幀格式分為FINS指令幀和FINS響應幀兩種形式。指令幀用于發送FINS指令，而響應幀則用于收到FINS指令后的響應。FINS指令幀和FINS響應幀的幀格式如表1所示，包含FINS報頭、FINS指令域和FINS參數/數據域。FINS報頭用于存儲傳送的控制信息，指令域和參數/數據域則用于存儲指令參數和發送響應數據[4]。

其中：

ICF為信息控制域，用于指明命令或響應；

RSV為系統保留；

GCT為網關允許數目；

DNS為目的網絡號；

DA1為目的節點號；

DA2為目的單元號；

SNA為源網絡號；

SA1為源節點號

SA2為源單元號；

SID為服務和響應標識號，可任意配置，指令和響應對應相同；

Command Code為FINS命令碼；

TEXT為正文，用于標明所操作的數據地址、范圍等。

表2 FL-net網絡可靠性測試

4 系統測試

在對F L-n e t 網絡進行測試時，借助于2 臺FrameScope Pro在10M的端口上進行了端到端的吞吐量、延遲測試。帶寬測試的基準值是10M，分別在64B，128B，256B，512B，768B，1024B，1280B和1518B條件下測試的吞吐量為100%，延時測試結果在3～5毫秒， FL-net網絡的可靠性測試如表2所示，測試結果表明滿足要求。

5 結束語

本監控系統自投入運行以來，經測試，性能穩定可靠，連接和維護方便。當系統出現故障時，可以在網絡中的任何一個節點接入在線分析和診斷設備，快速排除故障，提高了生產的安全性和可靠性，同時大大降低了系統運行、維護費用，為后期建造生產線的高效穩定運行提供了重要的參考依據。

[1] 王衛兵.PLC系統通信、擴展與網絡互連技術[M].北京：機械工業出版社,2005.

[2] Karsten Schneider.Intelligent field devices in factory automation-modular structures intomanufacturing cells[J].Emerging Technologies and Factory Automation,2003,1：101-103.

[3] 王琦.PLC網絡通信技術研究及其在液晶面板企業的應用[D].蘇州：蘇州大學,2011.

[4] 歐姆龍(中國)有限公司.歐姆龍 SYSMAC CS/CJ系列通訊指令手冊[M].歐姆龍(中國)有限公司,2003.

[5] 吳卓葵,許勝棋.基于LabVIEW的多點報警溫度監測系統設計[J].制造業自動化,2014,36(1)：139-142.