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【摘要】本文采用欧姆龙NJ301-1100系列可编程控制器，针对音圈振膜生产线设备间的通信建立EIP通信网络，通过对其进行软件编程、硬件构建，实现了设备间上下游信号的通信问题。并在sysmac studio编程软件中对上下游信号进行通信测试，实现了设备间联网及协同作业。现场实践表明，本文的设计能够满足设备间的通信要求及网络通信的稳定性要求。
【关键词】NJ控制器;EIP网络;上下游信号;设备间通信
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协议是一种开放的工业网络标准，它是使用了以太网的标准协议TCP/IP的符合世界规格工业用以太网。Ethernet/IP网络的应用层封装了CIP（通用工业协议）， 具有与ODVA的CIP网络间无缝通信的特长[1]。EIP网络应用在工业控制领域有很大的优势，之前的控制系统多采用现场总线，不能满足现场控制层到上级管理层之间的无缝信息集成。其有三大特点：①系统兼容性良好，共享资源能力强;②大容量数据的高速传输;③更好的信息无缝集成[2]。选择合适的软硬件开发环境，对EtherNet/IP协议进行分析研究，能够在很大程度上方便地实现数据传输、交换、共享以及远程访问，其数据处理速度快，动作响应速度快，具有重要的研究意义。今后，EtherNet/IP将对应所有的信息层通信和控制层间通信、Remote IO通信的部分领域，与Controller Link FL-net共存。
2.系统硬件构架
本文以欧姆龙NJ系列的PLC系统为研究对象，研究其设备之间PLC的相互通信协议，具体以北京清大天达光电技术有限公司投入的微型麦克风和扬声器自动化生产线为参考，根据其工作原理，对基于欧姆龙NJ系列可编程控制器的EIP协议进行深入研究。硬件构架如下图1所示，主要包括欧姆龙NJ301-1100系列可编程控制器、上位机、网线、IO单元、耦合器、以太网交换机，DeviceNet主站单元等。
图1 系统硬件构架
要确保设备间彼此能够正常通信，需要对每台设备控制器上的EIP通讯模块进行配置，首先给每个EIP通讯模块分配一个IP地址，在同一网段内，所分配的IP地址不能与其他设备重复，设置完成后，用“Network Configurator”网络配置软件对其进行通信。本实验的一体化设计，能够实现完美的无缝控制以及机器和工厂之间的无瑕通信。
3.EtherNet/IP协议
3.1 EtherNet/IP协议简介
EtherNet/IP与Devicenet和Controlnet网络一样都是基于CIP协议基础之上。它与ETN网络介质访问控制方式相同，采用的是CSMA/CD（冲突检测的载波侦听多路访问）。Ethernet/IP独特之处是在TCP/UDP/IP上附加了CIP，而CIP能够作为Ethernet/IP、Controlnet和Devicenet三者共同享有的应用层。EtherNet/IP 的报文分为隐式报文和显式报文两种，隐式报文负责传输一些实时 I/O数据、运动控制数据、功能性安全数据，显式报文则是传输一些配置、诊断等数据[3]。
EtherNet/IP有着其他网络所不具有的优势，它能够实现高速大容量的数据传输，最多可实现256个链接之间184832个字的数据交换;可通过CIP信息实现多厂商通信，高端功能，实现简单;可用在主控室监控、采集现场数据，上位组态，多台控制器之间需要大量数据交换的场合等。它不依存于某个公司的技术，在通用的开发平台上即可开发相应的产品。能够适应工控领域的发展与需求，具有广泛的市场前景。
3.2 EtherNet/IP协议在欧姆龙NJ系列PLC中的应用
欧姆龙公司推出的NJ系列可编程控制器是目前在通信领域应用得非常广泛的一款嵌入式处理器，是网络和数据通信领域的新一代产品，它的各方面的性能，包括器件的适应性“外部扩展能力和芯片集成度等都得到了提高。并且高速性与可靠性并重，集运动、逻辑、视觉控制于一体，尤其是内置EtherNET/IP与EtherCAT主站，可实现网络的高速控制，而系统采用的EtherCAT网络型伺服，其凭借业界最高等级的性能，可帮助用户有效缩短生产节拍时间。本文所研究的自动生产线工位与工位之间均采用EIP协议通信，每个工位PLC配备Ethercat协议通信功能，通过研究现场控制层各设备间的通信，建立EIP通信模型，达到自动控制产线应用层协议数据的有效传输与控制的目的，方便地实现数据传输、交换、共享以及远程访问。 4.EIP网络通信设置
4.1 EIP网络构架
设备间组网完成后，需要通过以太网交换机建立EIP网络，实现设备间的上下游通信。每台机器上的控制器都要独立配置EIP通信模块，以确保设备间的正常通信[4-5]。每个EIP通信模块都要分配独立的IP地址，IP地址不能重复，并且在同一网段内。在“Network Configurator”网络配置软件对其进行通信设置，创建NJ系列PLC与EIP模块之间的标签数据链接，即将PLC中需要与外部通讯的I/O通道注册为Tag。因为Sysmac studio中地址以标签形式显示，可以直接将全局变量导出到Network Configurator软件，供其内部调用。最后对EIP通信模块配置上下游信号，导入PLC中即可实现设备间的通信。其EIP网络构架如图2所示。
图2 EIP网络构架
4.2 软件编程
本文采用sysmac studio软件进行编程，来实现设备间上下游信号的交互。在自动运行过程中，设备只有接收到来自下游信号的许可，才会进行动作。当入口传感器检测到输入信号，就会发给上游发信号，阻止载体的流入。具体以其中的一个工位（下料机）为例，其控制上下游信号通信部分程序如图3所示。
图3 软件程序
5.实验结果与分析
以上料机A45为例对实验结果进行分析，它包括振膜投入和清理废品的工位;两工位通过安装支架安装在同一基础框架上来实现各自功能。载体流动到A4工位时，通过阻挡系统顶住载体，通过Index对载体进行精确定位，并通过夹爪由Tray盘上取振膜，放置在载体上。放置完成后，当接收到来自下游信号from_alt[0]的允许时，INDEX下降，阻挡系统下降，载体流到下一个工位。当入口检测到输入信号时，就会给上游发信号，禁止载体的继续流入，这样就可以避免载体的堆积;载体流动到A5工位时，由阻挡系统（Stopper）顶住载体;左右两个吸附体根据上一个工位传达的信息进行相应的操作，不良品被吸走，良好的产品保留，当接收到来自下游的信号from_A3_6[0]的允许时，阻挡系统（Stopper）释放，载体流动到下一个工位。其监测结果如下图4所示。
图4 上下游信号监测结果
6.结论
基于EtherNet/IP的工业以太网通信，支持“所见即所得”的控制编程，与传统现场总线方案相比能够显著缩短设计、安装和调试的时间及经费。由于其开放性、传输速率高、应用广泛等优势，被应用在多种场合。之所以能够广泛普及，正是由于它在全球范围内拥有众多的设备供应商。它可以只用一种配置工具完成不同网络上CIP设备的配置，而不需要使用厂商特定的编程软件。本文通过研究欧姆龙NJ系列可编程控制器的EIP协议，在很大程度上方便地实现数据传输、交换、共享以及远程访问，其数据处理速度快，动作响应速度快，满足了设备间的通信要求。
参考文献
[1]李武杰，郑晟，陈文辉.EtherNet/IP工业以太网的研究及应用[J].电子设计工程，2011（19）9：26-29.
[2]徐智穹.一种开放的工业以太网EtherNet/IP[J].低压电气，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协议的压裂机组网络通讯控制系统设计[J].长江大学学报（自然科学版），2012，9（2）：78-80.
项目来源：北京清大天达音圈振膜自动化设备项目（2013011010-1）。
作者简介：曹欣，女，硕士研究生，研究方向：通信与信息系统。
【关键词】NJ控制器;EIP网络;上下游信号;设备间通信
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协议是一种开放的工业网络标准，它是使用了以太网的标准协议TCP/IP的符合世界规格工业用以太网。Ethernet/IP网络的应用层封装了CIP（通用工业协议）， 具有与ODVA的CIP网络间无缝通信的特长[1]。EIP网络应用在工业控制领域有很大的优势，之前的控制系统多采用现场总线，不能满足现场控制层到上级管理层之间的无缝信息集成。其有三大特点：①系统兼容性良好，共享资源能力强;②大容量数据的高速传输;③更好的信息无缝集成[2]。选择合适的软硬件开发环境，对EtherNet/IP协议进行分析研究，能够在很大程度上方便地实现数据传输、交换、共享以及远程访问，其数据处理速度快，动作响应速度快，具有重要的研究意义。今后，EtherNet/IP将对应所有的信息层通信和控制层间通信、Remote IO通信的部分领域，与Controller Link FL-net共存。
2.系统硬件构架
本文以欧姆龙NJ系列的PLC系统为研究对象，研究其设备之间PLC的相互通信协议，具体以北京清大天达光电技术有限公司投入的微型麦克风和扬声器自动化生产线为参考，根据其工作原理，对基于欧姆龙NJ系列可编程控制器的EIP协议进行深入研究。硬件构架如下图1所示，主要包括欧姆龙NJ301-1100系列可编程控制器、上位机、网线、IO单元、耦合器、以太网交换机，DeviceNet主站单元等。
图1 系统硬件构架
要确保设备间彼此能够正常通信，需要对每台设备控制器上的EIP通讯模块进行配置，首先给每个EIP通讯模块分配一个IP地址，在同一网段内，所分配的IP地址不能与其他设备重复，设置完成后，用“Network Configurator”网络配置软件对其进行通信。本实验的一体化设计，能够实现完美的无缝控制以及机器和工厂之间的无瑕通信。
3.EtherNet/IP协议
3.1 EtherNet/IP协议简介
EtherNet/IP与Devicenet和Controlnet网络一样都是基于CIP协议基础之上。它与ETN网络介质访问控制方式相同，采用的是CSMA/CD（冲突检测的载波侦听多路访问）。Ethernet/IP独特之处是在TCP/UDP/IP上附加了CIP，而CIP能够作为Ethernet/IP、Controlnet和Devicenet三者共同享有的应用层。EtherNet/IP 的报文分为隐式报文和显式报文两种，隐式报文负责传输一些实时 I/O数据、运动控制数据、功能性安全数据，显式报文则是传输一些配置、诊断等数据[3]。
EtherNet/IP有着其他网络所不具有的优势，它能够实现高速大容量的数据传输，最多可实现256个链接之间184832个字的数据交换;可通过CIP信息实现多厂商通信，高端功能，实现简单;可用在主控室监控、采集现场数据，上位组态，多台控制器之间需要大量数据交换的场合等。它不依存于某个公司的技术，在通用的开发平台上即可开发相应的产品。能够适应工控领域的发展与需求，具有广泛的市场前景。
3.2 EtherNet/IP协议在欧姆龙NJ系列PLC中的应用
欧姆龙公司推出的NJ系列可编程控制器是目前在通信领域应用得非常广泛的一款嵌入式处理器，是网络和数据通信领域的新一代产品，它的各方面的性能，包括器件的适应性“外部扩展能力和芯片集成度等都得到了提高。并且高速性与可靠性并重，集运动、逻辑、视觉控制于一体，尤其是内置EtherNET/IP与EtherCAT主站，可实现网络的高速控制，而系统采用的EtherCAT网络型伺服，其凭借业界最高等级的性能，可帮助用户有效缩短生产节拍时间。本文所研究的自动生产线工位与工位之间均采用EIP协议通信，每个工位PLC配备Ethercat协议通信功能，通过研究现场控制层各设备间的通信，建立EIP通信模型，达到自动控制产线应用层协议数据的有效传输与控制的目的，方便地实现数据传输、交换、共享以及远程访问。 4.EIP网络通信设置
4.1 EIP网络构架
设备间组网完成后，需要通过以太网交换机建立EIP网络，实现设备间的上下游通信。每台机器上的控制器都要独立配置EIP通信模块，以确保设备间的正常通信[4-5]。每个EIP通信模块都要分配独立的IP地址，IP地址不能重复，并且在同一网段内。在“Network Configurator”网络配置软件对其进行通信设置，创建NJ系列PLC与EIP模块之间的标签数据链接，即将PLC中需要与外部通讯的I/O通道注册为Tag。因为Sysmac studio中地址以标签形式显示，可以直接将全局变量导出到Network Configurator软件，供其内部调用。最后对EIP通信模块配置上下游信号，导入PLC中即可实现设备间的通信。其EIP网络构架如图2所示。
图2 EIP网络构架
4.2 软件编程
本文采用sysmac studio软件进行编程，来实现设备间上下游信号的交互。在自动运行过程中，设备只有接收到来自下游信号的许可，才会进行动作。当入口传感器检测到输入信号，就会发给上游发信号，阻止载体的流入。具体以其中的一个工位（下料机）为例，其控制上下游信号通信部分程序如图3所示。
图3 软件程序
5.实验结果与分析
以上料机A45为例对实验结果进行分析，它包括振膜投入和清理废品的工位;两工位通过安装支架安装在同一基础框架上来实现各自功能。载体流动到A4工位时，通过阻挡系统顶住载体，通过Index对载体进行精确定位，并通过夹爪由Tray盘上取振膜，放置在载体上。放置完成后，当接收到来自下游信号from_alt[0]的允许时，INDEX下降，阻挡系统下降，载体流到下一个工位。当入口检测到输入信号时，就会给上游发信号，禁止载体的继续流入，这样就可以避免载体的堆积;载体流动到A5工位时，由阻挡系统（Stopper）顶住载体;左右两个吸附体根据上一个工位传达的信息进行相应的操作，不良品被吸走，良好的产品保留，当接收到来自下游的信号from_A3_6[0]的允许时，阻挡系统（Stopper）释放，载体流动到下一个工位。其监测结果如下图4所示。
图4 上下游信号监测结果
6.结论
基于EtherNet/IP的工业以太网通信，支持“所见即所得”的控制编程，与传统现场总线方案相比能够显著缩短设计、安装和调试的时间及经费。由于其开放性、传输速率高、应用广泛等优势，被应用在多种场合。之所以能够广泛普及，正是由于它在全球范围内拥有众多的设备供应商。它可以只用一种配置工具完成不同网络上CIP设备的配置，而不需要使用厂商特定的编程软件。本文通过研究欧姆龙NJ系列可编程控制器的EIP协议，在很大程度上方便地实现数据传输、交换、共享以及远程访问，其数据处理速度快，动作响应速度快，满足了设备间的通信要求。
参考文献
[1]李武杰，郑晟，陈文辉.EtherNet/IP工业以太网的研究及应用[J].电子设计工程，2011（19）9：26-29.
[2]徐智穹.一种开放的工业以太网EtherNet/IP[J].低压电气，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协议的压裂机组网络通讯控制系统设计[J].长江大学学报（自然科学版），2012，9（2）：78-80.
项目来源：北京清大天达音圈振膜自动化设备项目（2013011010-1）。
作者简介：曹欣，女，硕士研究生，研究方向：通信与信息系统。