【正文】 [6] 卞洪元，郁建平．ControlLogix 控制的交流伺服系統(tǒng)在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用．機(jī)械制造與自動化，2022，34(6)：114116．[7] 高希學(xué)，陳維金鈞．基于 DeviceNet 現(xiàn)場總線的 160 變頻器變速控制．微型電腦應(yīng)用，2022，19(4) ：57556．[8] 吳曉梅，包金明，崔利生．Rockwell PLC 在十層電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用．電子技術(shù)應(yīng)用，2022，7：2931．[9] 黃子恩． Rockwell RsView32 在液化氣儲罐廠監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用．電工技術(shù)，2022(4)：3537．[10] K． U． Kasemir, L．R． Dalesio, Lanl． Interfacing The Controllogix Plc Over Ether/IP． In: 8th International Conference on Accelerator amp。 Large Experimental Physics Control Systems, San Jose, California, 2022．[11] J． Y． Tang． SNS VACUUM INSTRUMENTATION AND CONTROL SYSTEM,In: 8th International Conference on Accelerator amp。 Large Experimental Physics Control Systems, San Jose, California, 2022．北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文31附 錄附錄 1基于 ETHERNET/IP 的 CONTROLLOGIX 系列 PLC 的接口凱瑟米爾，美國摘要由美國 AB 公司生產(chǎn)的 ControlLogix 系列可編程序邏輯控制器(PLC)提供了多種接口類型：如以太網(wǎng)、ControlNet、DeviceNet、RS232 等等。ControlLogix 以太網(wǎng)連接模塊“1756ENET”使用了 EtherNet/IP、ControlNet 等協(xié)議，并采用了專業(yè)的服務(wù)代碼封裝于以太網(wǎng)協(xié)議包中。針對“實(shí)驗(yàn)性物理和工業(yè)控制系統(tǒng)”(EPICS)開發(fā)的驅(qū)動程序使用了 EtherNet/IP 協(xié)議，從而使得控制器可以運(yùn)行 vxWorks RTOS、Win32 和 Unix/Linux的測試程序?，F(xiàn)在來分析一下這個接口的特點(diǎn)和使用場合。1 引言散裂中子源項目(SNS)的幾個子系統(tǒng)使用了 AB 公司的 ControlLogix 系列 PLC。通過集成這些 EPICS 加速器控制系統(tǒng)和輸入輸出控制器(IOC)，系統(tǒng)可以直接進(jìn)行讀取和寫入 PLC 數(shù)據(jù)。有了輸入輸出控制器(IOC)，Unix 或 Win32 系統(tǒng)的計算機(jī)和所有裝有以太網(wǎng)連接口的個人計算機(jī)都可以對 PLC 進(jìn)行編程，但它同時要求必須使用相同的技術(shù)來傳輸 PLC 數(shù)據(jù)。在現(xiàn)有的綜合布線、網(wǎng)絡(luò)硬件、配置和維護(hù)等技術(shù)知識的支持下，該產(chǎn)品完全可以使用。2 ETHERNET/IPControlNet 是一種確定性的串行通信系統(tǒng)，它的協(xié)議模型同七層的 ISO OSI 模型相似，采用了從物理層到應(yīng)用層分層方式。 版本引入了數(shù)據(jù)包的 TCP/IP 封裝，而代替了基于以太網(wǎng)（IP/UDP/TCP）的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，最終形成“基于以太網(wǎng)的 ControlNet”，稱為 EtherNet/IP。默認(rèn)地，使用 TCP/IP 的端口 0xAF12 連接到EtherNet/IP 目標(biāo)之后，遵循封裝協(xié)議建立一個身份 ID，就可以直接進(jìn)行信息交換了。他們定義了目標(biāo)對象控制和信息協(xié)議(CIP)，此協(xié)議被列為 ControlNet 協(xié)議的一部分。對于 ControlNet 傳送層，協(xié)議區(qū)別“無關(guān)聯(lián)”和“關(guān)聯(lián)”CIP 信息。雖然他們封裝方式北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文32不同，但都可以通過默認(rèn)的 TCP 協(xié)議進(jìn)行連接。3 CONTROLLOGIX 的以太網(wǎng)接口ControlLogix 系列 PLC 使用 ControlNet 總線來聯(lián)接本地 I/O 板卡作為平臺，1756ENET 以太網(wǎng)模塊支持 EtherNet/IP。只要遵循 EtherNet/IP 協(xié)議，我們就可以使用SendRRData 等封裝命令，發(fā)送 CIP 消息即可：Service：Get_Attribute_Single(0x0E)Path：Identity Object(class 0x01，instance 1)，Product Name()作為回復(fù)，接口送回如下信息：Service：Get_Attribute_SingleReply(0x8E)Response：length=12， “1756ENET/A”CIP 對象模型同樣包括“模擬輸入點(diǎn)”(0x0A)和“離散輸入組”(0x1D)對象，但是到目前為止，我們一切試圖使用它們來訪問 ControlLogix 模擬或數(shù)字輸入模塊的行為都失敗了。原因是沒有一個標(biāo)準(zhǔn)的 CIP 對象可以用來訪問 PLC 的標(biāo)簽名稱。與此同時，AB 公司針對 ControlLogix 推出了新的 CIP 服務(wù)編碼，包括使用 CIP 路徑來命名梯形圖邏輯標(biāo)簽、單獨(dú)使用讀寫的服務(wù)代碼以及結(jié)合了傳輸二進(jìn)制數(shù)據(jù)格式而使用的一些傳輸協(xié)議。使用 SendRRData 封裝命令來發(fā)送 CIP 數(shù)據(jù)到 PLC，必須通過連接管理器對象 1756ENET 模塊來尋址，見下例：Service：CM_Unconnected_Send(0x52)Path：Connection Manager(class 0x06，instance 1)encoded timeout，embedded messagePath：Port1(back plane)，Link (slot of PLC)。這則消息是讀取一個標(biāo)簽‘TEST’：Service：CIP_Read_Data(0x4C)Path：‘TEST’(ANSI extended symbol segment)Elements：UINT1當(dāng)從 PLC 的回復(fù)顯示端口連接成功則連接管理器開始傳輸：Service：CIP_Read_DataReply(0xCC)Response：CA 00 00 80 38 3B=REAL CIP_Write_Data 服務(wù)(0x53) 允許在 PLC 上通過相似嵌入修改標(biāo)簽。與其它通信協(xié)議相比，它對梯形邏輯圖的要求并沒有改變！CIP 讀寫服務(wù)能夠訪問所有控制器標(biāo)簽而不需要預(yù)先在 PLC 編程的軟件標(biāo)記他們?yōu)椤吧a(chǎn)”或“消費(fèi)”類型，北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文33這包括對 I/O 模塊的接入：模擬輸入模塊可利用在槽 1 上的第一通道，即“Local:1:”。這種類型的傳輸稱為明確無關(guān)聯(lián)傳輸，因?yàn)闃?biāo)簽名被明確地提出，各個協(xié)議包是單獨(dú)尋址。對于連接信息， 在 PLC 上的消息路由器被要求打開連接：Service：CM_Forward_Open(0x54)Path：Connection Manager(class 0x06，instance 1)timeout，connection ID，update interval，…Connection Path： Port1，Link0(back plane，PLC slot)， Message Router(class 0x02，instance 1)回復(fù)信息中提供一個號碼。CIP_Read_Data 請求能夠按照 SendUnitData 封裝命令的連接消息立即發(fā)送， 同時在信息前加上一個順序編號，發(fā)送 CM_Unconnected_Send 消息則并不需要嵌入這些。4 設(shè)計的方案因?yàn)?ControlNet 連接信息的優(yōu)勢不能在 EtherNet/IP 上體現(xiàn)，這時就可以使用無關(guān)聯(lián)信息：以太網(wǎng)不預(yù)留帶寬；通過 TCP 協(xié)議來保證傳輸。對于 CIP_Read_Data 請求，比起關(guān)聯(lián)信息，無關(guān)聯(lián)信息有效地壓縮了信息，并且在傳輸中提高了 3%的速率。而缺點(diǎn)是，客戶端應(yīng)用程序必須在建立更新連接時發(fā)送請求，或者更快。以太網(wǎng)的延遲將導(dǎo)致 PLC斷開連接。ControlLogix 多請求服務(wù)(0x0A)是用作合并 CIP_Read/Write_Data 請求，即當(dāng)總請求或期望的請求值的大小到達(dá) PLC 的緩沖極限（大約 500 字節(jié)）的時候使用。5 EPICS 技術(shù)支持的實(shí)施根據(jù)請求的更新率，vxWorks 驅(qū)動代碼針對各個 PLC 在掃瞄列表中都安排了標(biāo)簽名。一周期內(nèi)每個 PLC 將處理所有讀寫請求。EPICS 設(shè)備的輸入和輸出驅(qū)動支持：模擬量、二進(jìn)制數(shù)和多位記錄類型。當(dāng)使用單個數(shù)組元素或結(jié)構(gòu)體元素，以及并非數(shù)組或結(jié)構(gòu)體的全部時，標(biāo)簽名就必須使用標(biāo)量值。可以處理的 PLC 數(shù)據(jù)類型包括 BOOL、SINT、INT、DINT 和 REAL。也可以在運(yùn)行時改變記錄的配置，這些是不需要重新起動輸入輸出控制器(IOC)的，即所涉及的標(biāo)簽名記錄能實(shí)時替換。當(dāng)發(fā)生通信錯誤或超時，驅(qū)動將默認(rèn)斷開 PLC 連接并嘗試再連接。數(shù)組元素進(jìn)入數(shù)組時，驅(qū)動默認(rèn)要求傳輸順序是從第一個元素到請求最高的元素。這樣就決定了傳送時間會大量減少，但可能會產(chǎn)生其他作用：每當(dāng)輸出改變的記錄超過一個元素時，輸入輸出控制器(IOC)總將重寫整個數(shù)組。因?yàn)槌掷m(xù)傳輸，同樣的 PLC 數(shù)組被其它數(shù)據(jù)來源也修改了(由 PanelView 顯示)，輸入輸出控制器(IOC)對這些變動忽略北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文34而重寫他們。數(shù)組傳輸同樣是受到上述 PLC 緩沖極限和大小限制的。針對這些情況，記錄配置允許個別的數(shù)組元素傳輸?shù)焦ぷ鲄^(qū)。對于輸出記錄， 每當(dāng)記錄被處理時，驅(qū)動都將發(fā)送一個 CIP_Write_Data 消息。否則它將周期性地從 PLC 上讀取標(biāo)簽，并且當(dāng)記錄內(nèi)容不同時，在 PLC 上將不斷更新輸出記錄值。驅(qū)動為各掃瞄列表保留統(tǒng)計信息(錯誤計數(shù)，最新/最小/最大傳送時間)。模擬輸入記錄能夠得到這些值。這樣會出現(xiàn)一個問題，以 BOOL 數(shù)組為例，他們會被作為 DINT 值傳輸。對于一個模擬值記錄，標(biāo)簽“TEST[5]”會被作為第 5 個元素標(biāo)記“TEST” 。同樣地當(dāng)在 BOOL 數(shù)組中，結(jié)果會是標(biāo)記第 5 個 DINT，160191 位。所以對于二進(jìn)制記錄，所有數(shù)組被作為BOOL 數(shù)組進(jìn)行連通，并且“TEST[5]”會在對 DINT[0]（第 5 位）請求時傳輸。以上情況在 PPC 和奔騰輸入輸出控制器(IOC)68K 上都作了測試。更底層的驅(qū)動層會依次處理其他的字節(jié)。另外，一條簡單的命令行編程是可以在 Unix 和 Win32 上使用的，它允許作為一種對 PLC 標(biāo)簽讀寫的調(diào)試工具。6 成果請看下面，使用 MVME2100 CPU 與 100baseT 網(wǎng)絡(luò)接口通過一個雙倍速集線器連接到一個 10baseT PLC。其它辦公室個人計算機(jī)和 Linux 文件服務(wù)器連接到同樣的集線器上。網(wǎng)絡(luò)使用率一般在 2%以下。若是傳輸標(biāo)量 REAL、BOOL 或 DINT，以及一組 15 個 REAL 或352 個 BOOL 值，速度是平均 11 毫秒傳輸一個單個的標(biāo)簽。從 EPICS 驅(qū)動合并多個請求是由 PLC 決定并受緩沖極限限制的，大約 15 個標(biāo)簽，每個以 15 個字符命名，當(dāng)單獨(dú)的傳輸要求超過 160ms 時，合并后可能只需大約 20ms。而當(dāng)使用普通設(shè)置時，輸入輸出控制器(IOC)配置了 352 個二進(jìn)制的輸入記錄，以10Hz 掃描一個 BOOL 數(shù)組的元素。而 120 個模擬輸入記錄，以 2Hz 掃描的三個元素為 40個 REAL 的數(shù)組。因?yàn)橐蕴W(wǎng)的不確定性，由于網(wǎng)絡(luò)擁擠這些傳輸?shù)谋壤龝S時間而變化，造成的傳送時間如下面直方圖。北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文35圖 1：3 天內(nèi)的傳送時間。整個 BOOL 數(shù)組傳輸時間平均是在 15ms 內(nèi)，所有 REAL 的數(shù)組傳輸了 25ms，以便于記錄能更容易地在選定的掃瞄速率上更新。對于這些測量值，PLC 的“系統(tǒng)上限的時間”設(shè)置到了 10%。在增加到 50%以后同時連接 CPU 和 PLC 到網(wǎng)絡(luò)交換器，單個標(biāo)簽的平均時間減少到了 7ms。7 結(jié)論在使用開放的 AB 公司產(chǎn)品進(jìn)行讀寫標(biāo)簽等操作時，遵循 EtherNet/IP 協(xié)議是十分重要的。EPICS 使用起來很方便。在系統(tǒng)運(yùn)行時也可以隨意改變記錄配置；傳輸中由 PLC 緩沖極限的限制從而自動地決定是否合并。對比其它協(xié)議，沒有必要定義標(biāo)簽名為“生產(chǎn)者”或“消費(fèi)者” ，亦不要求為 ControlNet 傳輸預(yù)定一個網(wǎng)絡(luò)帶寬值。根據(jù)以太網(wǎng)的本身特性，傳送速率會隨時間自動變化。交換網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也使網(wǎng)絡(luò)的不確定性減到了最小。為了達(dá)到所需的輸出值，也可以將值放在數(shù)組里。這樣保證了梯形邏輯圖的可讀性，傳輸數(shù)組元素時，標(biāo)簽名字盡量使用可理解的而非無意義的名稱。CIP 服務(wù)代碼不允許讀取 PLC 標(biāo)簽名字及類型等信息，但它可以使用更為友好的EPICS 驅(qū)動。各明確信息的標(biāo)簽傳輸信息是雙向的請求。測試的 1756ENET 模塊版本不支持隱性信息。理想的輸入輸出控制器(IOC)能讀取標(biāo)簽并且能接受隨時變動的異步通知或周期性更新，沒有不確定性。對于目前的實(shí)施水平，已經(jīng)可以在 EPICS 環(huán)境下成功的使用 ControlLogix 綜合系統(tǒng)。北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文36北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文37附錄 2INTERFACING THE CONTROLLOGIX PLC OVER ETHERNET/IP. Kasemir, . Dalesio, LANL, Los Alamos,