基于Anybus 网关的PLC 间通信研究

2022-08-28韦波，刘星，王雪

设备管理与维修 2022年15期

韦波，刘星，王雪

（1.广西中烟工业有限责任公司柳州卷烟厂，广西柳州 545026；2.北京航天拓扑高科技有限责任公司，北京 100176）

0 引言

随着科技的发展，工业PLC 已广泛应用于烟草自动化控制领域。PLC 称为可编程逻辑控制器。它采用的是可编程序存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的设备或生产过程。罗克韦尔（简称AB）、西门子等著名的工业自动化公司等都广泛应用PLC 产品。罗克韦尔公司使用的通信网络主要为ControlNet、DeviceNet 和 EtherNet/IP、西门子公司所使用的通信网络主要是Profibus-PA、Profibus-DP、Profinet-PN 等。不同的通信网络由于通信协议、传输速度、传输介质等存在差异，所以不同品牌、不同网络的PLC 之间是无法通信的。例如柳州卷烟厂制丝车间采用的是西门子S7-1500 的网络控制系统，后期由于工艺需要新增两台AB Control Logix 5000 控制系统的设备，现在就需要设计出一种实现两者通信网络配合的方案。通过Anybus 网关（AB7649-F）实现两者的通信，而且通信很稳定。以在柳州卷烟厂制丝车间为例，主要探讨在工业自动化控制中常用的罗克韦尔PLC 与西门子S7-1500PLC 的一种通信控制方法[1]。

1 西门子PLC 的Profinet 网络协议

Profinet 是IEC61158 公布的第10 类现场总线/工业以太网标准，它属于实时以太网。其中，实时是指Profinet 通信的响应时间小于10 ms；Profinet 还支持等时同步通信（IRT），用于运动控制等时间要求严苛的场合，其响应时间小于1 ms；Profinet 是一种基于以太网的通信协议，它的基础是百兆以太网。百兆以太网的传输介质可以是双绞线或光纤，使用双绞线时，只需要使用网线中的1、2、3、6 号线，这就是Profinet 网线只有4 根线的原因。

在OSI 参考模型中，Profinet 位于第5～7 层，第1～4 层是百兆以太网，OSI 参考模型如图1 所示。

图1 OSI 参考模型

2 罗克韦尔PLC 的EtherNet/IP 工业以太网协议

EtherNet/IP 指的是以太网工业协议（Ethernet Industrial Protocol）。它定义了一个开放的工业标准，将传统的以太网与工业协议相结合。该标准是由国际控制网络（ControlNet International，CI）和开放设备网络供应商协会（ODVA）在工业以太网协会（Industrial Ethernet Association，IEA）的协助下联合开发的，并于2000 年3月推出。EtherNet/IP 是基于TCP/IP 系列协议，因此采用以原有的形式OSI 层模型中较低的4 层。所有标准的以太网通信模块，如PC 接口卡、电缆、连接器、集线器和开关都能与EtherNet/IP 一起使用。该协议的各层结构如图2所示。

由图2 可以看出EtherNet/IP的应用层协定是以使用在DeviceNet、CompoNet 及ControlNet 的通用工业协定（CIP）为基础。将网络上的设备视为许多的“物件”。EtherNet/IP为通用工业协定为基础而架构，可以存取来自ControlNet 及DeviceNet 网络上的物件[2]。

图2 协议结构

3 基于Anybus 网关实现罗克韦尔PLC 与西门子PLC 通信

罗克韦尔公司PLC 的EtherNet/IP 通信协议和西门子PLC的Profinet 工业以太网通信协议，两者在通信协议、通信速率、传输方式、传输材料方面有相应区别，因此无法直接连接使用[3]。

经过对两者网络研究发现，其网络层和传输层都可以实现高效的I/O 数据交换；所以从理论上论述是可以通过I/O 数据映射来实现相应数据交换的。而Anybus 网关可以实现该功能，通信数据流程如图3 所示。

图3 数据流程

4 具体解决方案

4.1 罗克韦尔PLC 与西门子PLC 的硬件连接

以柳州卷烟厂制丝车间为例，为了实现设备的控制，要求将罗克韦尔公司AB-ControlLogix1756 控制系统接入到西门子S7-1500 PLC 控制系统中，罗克韦尔PLC 的CPU 为1756-L63，西门子PLC 的CPU 为S7 1518-4PN/DP，均为十分常见的类型。由于两个PLC 之间传输数据量较大，采用以太网通信的控制方式。而罗克韦尔公司的1756 系列中并没有可支持Profinet 通信方式的功能模块，在这里选用Anybus 网关（AB7649-F），该产品支持西门子Profinet 通信协议，而且还可以与ControlLogix 系列CPU进行EtherNet/IP 网络的通信。网络控制如图4 所示。

图4 网络控制

罗克韦尔PLC 用EtherNet 的通信协议方式，采用美国罗克韦尔公司AB-Logix1756 系列控制器，通信模块1756-ENBT[4]。西门子PLC 通过PN 接口与Anybus 网关（AB7649-F）采用Profinet 通信协议通信，Anybus网关（AB7649-F）与罗克韦尔PLC通过工业交换机以以太网方式通信，这样建立起西门子PLC 与罗克韦尔公司PLC 的通信，完全满足控制要求。

4.2 硬件组态及参数设置

（1）使用Anybus IPconfig Setup软件设置Anybus 网关的IP，并用超级终端设置Anybus 网关的参数（图5）。

图5 Anybus 网关参数

（2）在RSLogix5000 中配置Anybus EtherNetIP 适配器—网关。罗克韦尔公司PLC 组态按照网络控制图需要组态以太网通信模块ENBT，配置EtherNet/IP 网络并在PLC 配置中添加Anybus 网关（AB7649-F）EtherNet/IP 从站模块EtherNet-Module。罗克韦尔PLC 对Anybus 网关（AB7649-F）的组态及配置如图6所示。

图6 Anybus 网关AB 组态配置

（3）在西门子的PLC 中组态配置Anybus 网关（AB7649-F）[5]，西门子PLC 对Anybus 网关（AB7649-F）的组态配置如图7 所示，Anybus 网关西门子配置如图8 所示。

图7 Anybus 网关西门子组态配置

图8 Anybus 网关西门子配置

（4）在PLC 中相关控制指令的编写。罗克韦尔PLC 程序编写画面如图9 所示，西门子PLC 程序编写如图10 所示。

图9 罗克韦尔PLC 程序

图10 西门子PLC 程序

5 通信调试过程应该注意的问题

（1）在RSLogix5000 中配置Anybus EtherNetIP 适配器—网关和在西门子的PLC 中组态配置Anybus Communicator Profinet 时先要在先导入相应的EDS，GDS 文件，Anybus 网关（AB7649-F）才能被组态软件所识别。

（2）Anybus 网关（AB7649-F）在两PLC 通信中的参数设置时注意：西门子PLC 输出字节就是Anybus 网关（AB7649-F）输入字节，同时也是罗克韦尔PLC 输出字节；西门子PLC 输入字节就是Anybus 网关（AB7649-F）输出字节，同时也是罗克韦尔PLC 输入字节。参数设置中INPUT/OUTPU 的大小一定要设置正确。