AB系統(tǒng)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信——EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)

張曉友

[摘? ? 要]隨著現(xiàn)代信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，分布式控制系統(tǒng)在企業(yè)自動化和過程自動化中應(yīng)用迅速增長，現(xiàn)場總線技術(shù)已成為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信中的佼佼者。網(wǎng)絡(luò)通信方式的多樣化和通信效率的提高，使信息交換領(lǐng)域從現(xiàn)場設(shè)備控制層發(fā)展到企業(yè)管理層，以網(wǎng)絡(luò)為主的自動化分布式控制系統(tǒng)成為行業(yè)趨勢。

[關(guān)鍵詞]網(wǎng)絡(luò)通信;網(wǎng)絡(luò)協(xié)議;網(wǎng)絡(luò)鏈接;IP地址設(shè)定

[中圖分類號]U672;TP273 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）05–00–03

Industrial Network Communication of AB System

——Ethernet / IP Network

Zhang Xiao-you

[Abstract]With the continuous development of modern information technology and computer， the application of distributed control system in enterprise automation and process automation is growing rapidly， and fieldbus technology has become the leader in industrial network communication. With the diversification of network communication and the improvement of communication， the field of information exchange has developed from the field equipment control layer to the enterprise management layer， and the automatic distributed control system based on network has become the industry trend.

[Keywords]network communication; network protocol; network link; IP address setting

面對工業(yè)控制的基本要求，如何完成各設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換，提供什么樣的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換可以無縫連接，且更容易使用和維護(hù)，AB工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)可以解決這些問題，其中普遍使用EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)（工業(yè)以太網(wǎng)），下面就以EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)為例，介紹AB工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)。

1 EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)簡介

EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)使用標(biāo)準(zhǔn)的EtherNet和TCP/IP技術(shù)以及被稱為通用工業(yè)協(xié)議的開放的應(yīng)用層協(xié)議。

1.1 EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)模型和設(shè)備模式

EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)的模型與標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)相似，不同的是在會話層、表示層和應(yīng)用層融為一體，滿足工業(yè)控制系統(tǒng)中特有的通信需求。EtherNet/IP模型如圖1所示。

信息的傳輸過程都是數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)交換是通過EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包來傳輸?shù)模瑪?shù)據(jù)包的傳輸模式有單播、多播和廣播3種。數(shù)據(jù)包傳輸過程的識別和判斷依靠傳輸協(xié)議來實(shí)現(xiàn)，傳輸協(xié)議有地址解析協(xié)議（ARP）、名稱解析協(xié)議（DNS）和網(wǎng)絡(luò)地址解析協(xié)議（NAT）。

1.2 EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)組成和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)組成的原則是根據(jù)應(yīng)用對網(wǎng)絡(luò)的需求來選擇的，網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議則提供了網(wǎng)絡(luò)管理的功能，網(wǎng)絡(luò)的管理使網(wǎng)絡(luò)具有高性能的優(yōu)勢。

2 EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)上的連接

EtherNet/IP通信模塊必須考慮在EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)上的連接和以太節(jié)點(diǎn)數(shù)目。如ControlLogix系統(tǒng)1756-L72控制器，通信模塊1756-EN2T，支持節(jié)點(diǎn)128路。

連接是點(diǎn)對點(diǎn)的通信機(jī)制，用于在傳送者和接收者之間傳送數(shù)據(jù)，連接可以是邏輯的或物理的。網(wǎng)絡(luò)中兩種連接類型TCP和CIP連接被分于不同層且在各自時(shí)間傳送數(shù)據(jù)，TCP連接是首先建立的連接，它用于所有的EtherNet/IP通信，并被所有的CIP連接所需要。

當(dāng)組態(tài)應(yīng)用EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)時(shí)，有如下幾點(diǎn)要求：

（1）所有的連接EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)上傳送數(shù)據(jù)都使用各自的周期時(shí)間。

（2）當(dāng)組態(tài)應(yīng)用時(shí)，就指定了CIP連接信息類型和CIP連接類型。

（3）每個(gè)EtherNet/IP通信模塊有TCP和CIP的連接限量。

（4）通信模塊上CIP連接的消耗同時(shí)也占用了控制器連接。

3 EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)常見的是環(huán)形鏈接、星形鏈接和線形鏈接，其中環(huán)形鏈接是AB系統(tǒng)主要的一種EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)鏈接形式。

環(huán)形鏈接對于每一個(gè)設(shè)備，需要兩個(gè)端口，以便連線的一進(jìn)一出，構(gòu)成環(huán)狀鏈接。選型設(shè)備時(shí)，要根據(jù)確定的網(wǎng)絡(luò)鏈接形式選擇接口設(shè)備，如圖2所示。

線形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫擎溄佣傻腅therNet/IP網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備的集合，連接成線形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞脑O(shè)備電纜用嵌入交換技術(shù)而不需要隔離交換，如圖3所示。

星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒ㄟ^以太網(wǎng)交換機(jī)各自獨(dú)立鏈接的多個(gè)設(shè)備，如圖4所示。

4 EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的IP地址設(shè)定

EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)上設(shè)備的IP地址設(shè)定分為初始IP地址設(shè)定和修改IP地址設(shè)定。初始IP地址設(shè)定分為以太網(wǎng)端口是設(shè)備唯一通信接口和設(shè)備有其他通信接口，修改IP地址設(shè)定則簡單易行。

IP地址設(shè)置方式如下：

（1）用BOOTP-DHCP服務(wù)器設(shè)定。

（2）RSLinxClassic軟件設(shè)定。

（3）設(shè)備組態(tài)軟件（Studio5000）設(shè)定。

（4）設(shè)備SD閃存卡設(shè)定。

4.1 用BOOTP-DHCP服務(wù)器設(shè)定設(shè)備的IP地址

采用BOOTP服務(wù)器設(shè)定IP的兩種情況：

（1）設(shè)備初次上電，設(shè)備出廠設(shè)定為BOOTP使能。

（2）設(shè)備已經(jīng)開始運(yùn)行后重上電，設(shè)備BOOTP使能并且手動設(shè)定IP;設(shè)備DHCP使能并且自動設(shè)定IP。

BOOTP-DHCP服務(wù)器設(shè)定設(shè)備的IP地址具體操作步驟如下：

（1）在Rockwell Software下找到BOOTP-DHCP Sever軟件，單擊打開，彈出設(shè)置頁面，BOOTP-DHCP服務(wù)器和對象設(shè)備所在局域網(wǎng)的IP相關(guān)參數(shù)，按照項(xiàng)目規(guī)劃進(jìn)行設(shè)定，或暫時(shí)不設(shè)定，單擊OK，進(jìn)入BOOTP/DHCP Sever界面。

（2）在TOOL菜單，選擇Network Settings并單擊，服務(wù)器展開設(shè)置頁面，選中列表中要設(shè)置的MAC地址的設(shè)備，單擊Add to Relation List按鈕，彈出New Entry頁面，將對應(yīng)的IP地址輸入即可。

（3）單擊OK按鈕，完成IP地址的設(shè)置，Relation List出現(xiàn)新的設(shè)定IP地址的設(shè)備。

（4）選定對象設(shè)備，單擊Enable BOOP按鈕，查看設(shè)備狀態(tài)顯示已成功設(shè)定IP地址。

（5）選定對象設(shè)備，單擊Disable BOOT/DHCP按鈕，取消設(shè)備的BOOT/DHCP使能，以保障設(shè)備重新上電時(shí)設(shè)置的IP地址不會丟失。

4.2 用RSLinx Classic軟件設(shè)置設(shè)備IP地址

用RSLinx Classic軟件設(shè)置設(shè)備IP地址，以太網(wǎng)設(shè)備已有初始IP，先要能夠找到設(shè)備，才能進(jìn)行相應(yīng)的操作，RSLinx Classic的初次使用，需要組態(tài)通信驅(qū)動。

RSLinx Classic軟件的通信驅(qū)動設(shè)定具體操作步驟如下：

（1）在Rockwell Software下找到RSLinx打開，選定RSLinx Classic單擊打開，彈出鏈接軟件頁面。

（2）選擇Communications菜單，選中Configure Drivers...，點(diǎn)擊進(jìn)入Configure Drivers頁面。

（3）下拉Available Driver Types：驅(qū)動選型菜單，顯示所有AB系統(tǒng)鏈接驅(qū)動，選擇相應(yīng)的鏈接驅(qū)動如Ethernet/IP Dever，單擊Add New...按鈕，彈出默認(rèn)驅(qū)動名稱的窗口，可以修改驅(qū)動名稱，單擊OK按鈕，進(jìn)入選擇網(wǎng)絡(luò)設(shè)定頁面。

（4）選定鏈接網(wǎng)絡(luò)，單擊OK按鈕，退出設(shè)定頁面，回到瀏覽頁面，單擊+號，展開后看到同一個(gè)子網(wǎng)的所有設(shè)備。

（5）建立了以太網(wǎng)驅(qū)動，通過以太網(wǎng)絡(luò)，可以訪問到目標(biāo)設(shè)備，在設(shè)備進(jìn)行IP地址的設(shè)定。

以控制器IP地址設(shè)定為例，通過以太網(wǎng)接口設(shè)置，只限于修改IP地址，控制器的初次IP設(shè)置是不能做到的。選中目標(biāo)設(shè)備右擊下拉菜單，單擊Module Configuration，進(jìn)入端口組態(tài)頁面Port Configuration，修改IP地址后，單擊Apply按鈕或OK按鈕，出現(xiàn)警告對話框，告知鏈接將會中斷，單擊Yes按鈕，控制器改變新的IP地址。

4.3 用設(shè)備組態(tài)軟件（Studio5000）設(shè)置設(shè)備IP地址

運(yùn)用Studio5000軟件設(shè)置設(shè)備的IP地址，只適合修改IP地址，控制器的初次IP設(shè)置是不能做到的。Studio5000軟件設(shè)置設(shè)備IP地址具體操作步驟如下。

（1）在編程軟件的I/O組態(tài)樹形結(jié)構(gòu)下，選中需要設(shè)置IP地址的設(shè)備，雙擊或者右擊下拉菜單選擇屬性，進(jìn)入屬性頁面，單擊Internet Protocol頁面，展現(xiàn)IP地址組態(tài)頁面，如果選項(xiàng)在BOOTP或DHCP，必須改為手動組態(tài)IP設(shè)定，可修改IP地址參數(shù)。

（2）單擊Port Configuration，展開高級組態(tài)頁面，兩個(gè)端口組態(tài)，使能端口，使能自適應(yīng)，在端口診斷欄，單擊...，進(jìn)入診斷，單擊OK按鈕或者Apply按鈕，設(shè)備新的IP地址組態(tài)完成。

4.4 用SD閃存卡設(shè)控制器IP地址

控制器沒有設(shè)定IP地址，尚在初始狀態(tài)，SD閃存卡的裝載也能為控制器設(shè)定IP地址，這種做法特別適合OEM批量機(jī)器的裝載。

用SD閃存卡設(shè)控制器IP地址具體操作步驟如下。

（1）SD閃存卡中已經(jīng)存儲了控制器項(xiàng)目。

（2）SD閃存卡上的控制器項(xiàng)目包含的IP地址，與控制器當(dāng)前正在使用的IP地址不同或者相同。

（3）SD閃存卡所存儲的控制器項(xiàng)目組態(tài)裝載映像參數(shù)設(shè)為On Power Up。

（4）控制器重新上電，帶有新的IP地址的控制器項(xiàng)目被裝載到控制器。

5 結(jié)語

通過EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間數(shù)據(jù)交換的無縫連接，并同時(shí)在線對系統(tǒng)中所控制設(shè)備進(jìn)行編程和組態(tài)，滿足工業(yè)控制的需求，使系統(tǒng)具有極其的柔性和兼容性。網(wǎng)絡(luò)通信的實(shí)時(shí)性和可靠性，以及網(wǎng)絡(luò)故障的智能診斷和排除都成為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信的焦點(diǎn)，通信在自動化系統(tǒng)中無處不在，是整個(gè)自動化控制系統(tǒng)的靈魂。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄧?yán)?集成架構(gòu)中型系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.