崔志磊，王 琦，王金娥

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

（1.蘇州市職業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，蘇州 215104；2.蘇州大學(xué)，蘇州 215021）

0 引言

液晶面板的制造包含三個(gè)主要工藝流程：陣列、成盒及組裝。這些生產(chǎn)工藝流程被劃分成4個(gè)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(jīng)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(qū)動(dòng)IC的印刷電路板，并將背光板、光源組裝上去，最后經(jīng)老化測(cè)試及終檢后，將合格產(chǎn)品打包入庫。在液晶面板生產(chǎn)過程中，為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量，穩(wěn)定產(chǎn)品的良品率，需要及時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及工藝參數(shù)信息，并對(duì)采集的信息進(jìn)行分析處理。這種復(fù)雜的生產(chǎn)過程，傳統(tǒng)的離散式控制系統(tǒng)已經(jīng)滿足不了要求，需要設(shè)計(jì)一套完善的在線監(jiān)控系統(tǒng)。針對(duì)這一生產(chǎn)需要，本文提出了一種基于FL-net網(wǎng)絡(luò)的模組生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)，闡述了監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、硬件的選用以及通信協(xié)議。

1 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

由于被監(jiān)控的設(shè)備和所需要采集的現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)信息來自于不同樓層的多個(gè)區(qū)域，比較分散。經(jīng)綜合考慮，監(jiān)控系統(tǒng)中使用7個(gè)PLC主站和143個(gè)PLC從站，以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)車間生產(chǎn)線的監(jiān)控。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。分為車間管理層、控制層和設(shè)備層[1,2]。位于最上層的車間管理層采用以太網(wǎng)，負(fù)責(zé)對(duì)車間控制設(shè)備的監(jiān)控和對(duì)生產(chǎn)管理信息、質(zhì)量管理信息以及設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)信息的管理，同時(shí)實(shí)現(xiàn)與Internet網(wǎng)的無縫連接。

控制層采用FL-net網(wǎng)絡(luò)，主要負(fù)責(zé)對(duì)從站PLC控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸與控制。設(shè)備層使用現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)對(duì)底層設(shè)備的狀態(tài)信息采集、信息傳送和控制。其中，車間管理層服務(wù)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(hào)為CS1W-BC053(5插槽)的機(jī)架，CPU模塊CS1H-CPU63H，電源模塊CS1W-PA204，以太網(wǎng)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(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

2 系統(tǒng)的網(wǎng)間通信設(shè)置

2.1 Ethernet網(wǎng)絡(luò)的設(shè)置

主站PLC上需要安裝Ethernet網(wǎng)絡(luò)通信單元CS1W-ETN21，管理計(jì)算機(jī)上需要安裝相應(yīng)的網(wǎng)卡，以實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和主站PLC之間的通信。每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信單元都有一個(gè)單元號(hào)，用一位十六進(jìn)制數(shù)表示，范圍是0～F，可通過Ethernet網(wǎng)絡(luò)通信單元的開關(guān)設(shè)置。單元號(hào)決定了分配給以太網(wǎng)網(wǎng)通信單元的內(nèi)存工作區(qū)域，即CIO區(qū)和DM區(qū)的范圍。例如“4”號(hào)通信單元的范圍是CIO：1600 ～1624，DM：30400～30499。每一個(gè)Ethernet網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)又要分配一個(gè)節(jié)點(diǎn)號(hào)，該節(jié)點(diǎn)號(hào)用兩位16進(jìn)制數(shù)表示，范圍是01～7E，節(jié)點(diǎn)號(hào)可通過Ethernet單元的節(jié)點(diǎn)號(hào)開關(guān)設(shè)定[3,4]。 此外，為了使上位機(jī)能夠識(shí)別Ethernet網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，還需要為Ethernet節(jié)點(diǎn)設(shè)置本地IP地址。

在本文所述系統(tǒng)的Ethernet網(wǎng)絡(luò)中，管理計(jì)算機(jī)的IP地址設(shè)置為172.18.200.2，1號(hào)PLC主站Ethernet通信單元的IP地址設(shè)置為172.18.200.1，2號(hào)PLC主站設(shè)置為172.18.200.3，其他PLC主站順次設(shè)置即可，子網(wǎng)掩碼均設(shè)為255.255.254.0。當(dāng)PLC控制器處于編程模式時(shí)，將所設(shè)置的內(nèi)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(wǎng)絡(luò)的設(shè)置

與Ethernet網(wǎng)絡(luò)相似，F(xiàn)L-net網(wǎng)絡(luò)也需要設(shè)置用于識(shí)別網(wǎng)絡(luò)中每一個(gè)PLC通信單元的單元號(hào)，范圍是0～F；設(shè)置每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)地址，范圍是1～249，以及各節(jié)點(diǎn)的IP地址。單元號(hào)和節(jié)點(diǎn)地址通過FL-net網(wǎng)絡(luò)通信單元CS1W-FLN22的單元號(hào)開關(guān)以及節(jié)點(diǎn)地址開關(guān)設(shè)置即可。FL-net網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的IP地址使用類別C?？蛇B接的模塊數(shù)最多為254個(gè)。此外，為了確定本地PLC經(jīng)中繼網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)至最終節(jié)點(diǎn)通信的路徑，必須對(duì)網(wǎng)絡(luò)的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)建立路由表，并為主站和從站的PLC設(shè)置公共存儲(chǔ)區(qū)。圖2為從站PLC公共存儲(chǔ)區(qū)設(shè)置界面。

圖2 從站PLC FL-net公共存儲(chǔ)區(qū)設(shè)置

3 通信協(xié)議

由于FINS通信服務(wù)有它自己的尋址系統(tǒng)，不依賴于實(shí)際網(wǎng)絡(luò)地址系統(tǒng)，本地PLC無論是位于Ethernet網(wǎng)還是其他的的FA網(wǎng)絡(luò)，都可以使用相同的方法進(jìn)行通信，因此本系統(tǒng)選用FINS通信協(xié)議。

在Ethernet網(wǎng)中，當(dāng)上位機(jī)要與PLC進(jìn)行FINS通信時(shí)，只需要向Ethernet網(wǎng)的FINS UDP端口發(fā)送包含F(xiàn)INS命令的數(shù)據(jù)報(bào)，就可以讀寫PLC的內(nèi)存數(shù)據(jù)或控制PLC的運(yùn)行。

FINS命令幀的幀格式分為FINS指令幀和FINS響應(yīng)幀兩種形式。指令幀用于發(fā)送FINS指令，而響應(yīng)幀則用于收到FINS指令后的響應(yīng)。FINS指令幀和FINS響應(yīng)幀的幀格式如表1所示，包含F(xiàn)INS報(bào)頭、FINS指令域和FINS參數(shù)/數(shù)據(jù)域。FINS報(bào)頭用于存儲(chǔ)傳送的控制信息，指令域和參數(shù)/數(shù)據(jù)域則用于存儲(chǔ)指令參數(shù)和發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)[4]。

其中：

ICF為信息控制域，用于指明命令或響應(yīng)；

RSV為系統(tǒng)保留；

GCT為網(wǎng)關(guān)允許數(shù)目；

DNS為目的網(wǎng)絡(luò)號(hào)；

DA1為目的節(jié)點(diǎn)號(hào)；

DA2為目的單元號(hào)；

SNA為源網(wǎng)絡(luò)號(hào)；

SA1為源節(jié)點(diǎn)號(hào)

SA2為源單元號(hào)；

SID為服務(wù)和響應(yīng)標(biāo)識(shí)號(hào)，可任意配置，指令和響應(yīng)對(duì)應(yīng)相同；

Command Code為FINS命令碼；

TEXT為正文，用于標(biāo)明所操作的數(shù)據(jù)地址、范圍等。

表2 FL-net網(wǎng)絡(luò)可靠性測(cè)試

4 系統(tǒng)測(cè)試

在對(duì)F L-n e t 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，借助于2 臺(tái)FrameScope Pro在10M的端口上進(jìn)行了端到端的吞吐量、延遲測(cè)試。帶寬測(cè)試的基準(zhǔn)值是10M，分別在64B，128B，256B，512B，768B，1024B，1280B和1518B條件下測(cè)試的吞吐量為100%，延時(shí)測(cè)試結(jié)果在3～5毫秒， FL-net網(wǎng)絡(luò)的可靠性測(cè)試如表2所示，測(cè)試結(jié)果表明滿足要求。

5 結(jié)束語

本監(jiān)控系統(tǒng)自投入運(yùn)行以來，經(jīng)測(cè)試，性能穩(wěn)定可靠，連接和維護(hù)方便。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可以在網(wǎng)絡(luò)中的任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)接入在線分析和診斷設(shè)備，快速排除故障，提高了生產(chǎn)的安全性和可靠性，同時(shí)大大降低了系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用，為后期建造生產(chǎn)線的高效穩(wěn)定運(yùn)行提供了重要的參考依據(jù)。

[1] 王衛(wèi)兵.PLC系統(tǒng)通信、擴(kuò)展與網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)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(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)研究及其在液晶面板企業(yè)的應(yīng)用[D].蘇州：蘇州大學(xué),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(cè)[M].歐姆龍(中國)有限公司,2003.

[5] 吳卓葵,許勝棋.基于LabVIEW的多點(diǎn)報(bào)警溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2014,36(1)：139-142.