康 樂 李楨輝

（許昌煙草機(jī)械有限責(zé)任公司，河南 許昌 461000）

0 引言

目前，煙草機(jī)械設(shè)備從傳統(tǒng)PLC 控制開始逐漸向IPC 靠攏，基于PC 的控制技術(shù)提供了良好的可升級性和靈活性，倍福IPC 以其具有的EtherCAT 技術(shù)成為主流控制器[1-2]。在公司生產(chǎn)的裝盤機(jī)上采用了倍福的CX2020 IPC 控制器，該控制器基于PC 控制，配合TwinCAT 軟件能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的邏輯控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能，裝盤機(jī)的電機(jī)動(dòng)作采用西門子SIMOTION D 運(yùn)動(dòng)控制器，西門子的運(yùn)動(dòng)控制器所支持的協(xié)議為Profinet，該協(xié)議與倍福支持的EtherCAT 協(xié)議不能直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，因此，需要對倍福IPC 與SIMOTION 運(yùn)動(dòng)控制器之間的通信進(jìn)行研究，使倍?？刂破髂軌蛘５嘏c運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)，從而保證設(shè)備的正常運(yùn)行。該文在公司所研發(fā)的裝盤機(jī)的基礎(chǔ)上，選用EL6631 通信協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊對2 種通信協(xié)議進(jìn)行轉(zhuǎn)換，通過在倍福控制器和運(yùn)動(dòng)控制器上進(jìn)行通信配置的方法使兩者之間可以正常通信。

1 通信架構(gòu)

公司研發(fā)的裝盤機(jī)需要完成對煙支的臨時(shí)裝盤存儲(chǔ)，邏輯動(dòng)作較多，對系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求較高，需要多個(gè)外部傳感器來配合完成裝盤動(dòng)作，裝盤機(jī)電控系統(tǒng)的詳細(xì)通信架構(gòu)如圖1 所示。圖1 中，裝盤機(jī)采用倍福IPC 作為主控制器，采用西門子SIMOTION D435 運(yùn)動(dòng)控制器作為伺服控制單元；同時(shí)，通過EtherCAT 總線下掛外圍輸入模塊，通過E-BUS連接內(nèi)部輸入輸出模塊，圖1 中的17A6 為EL6631 通信協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊。

圖1 裝盤機(jī)通信架構(gòu)圖

除運(yùn)動(dòng)控制器外，所選用的從站均支持EtherCAT 協(xié)議。為了實(shí)現(xiàn)基于EtherCAT 的倍福IPC 與SIMOTION 運(yùn)動(dòng)控制器的通信，選用倍福EL6631 作為EtherCAT 與Profinet 協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊，它作為EtherCAT 和Profinet 之間的網(wǎng)關(guān)，連接了2 個(gè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)系統(tǒng)，EtherCAT 端子模塊系統(tǒng)能夠通過EL6631 模塊將現(xiàn)場總線集成到工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)中，使倍?？刂破骱蚐IMOTION 運(yùn)動(dòng)控制器之間能夠正常收發(fā)數(shù)據(jù)，為完成設(shè)備的邏輯控制和運(yùn)動(dòng)控制提供保障。

2 接口配置

在圖1 所示的通信架構(gòu)的基礎(chǔ)上，需要完成對運(yùn)動(dòng)控制器和倍福IPC 兩端的接口設(shè)置工作，因?yàn)楸陡PC 作為主站、SIMOTION 作為從站，所以需要先對SIMOTION 進(jìn)行配置。

2.1 SIMOTION 接口配置

SIMOTION 接口的配置是通信正常連接的關(guān)鍵，包括SIMOTION 網(wǎng)絡(luò)配置、I-DEVICE 輸入/輸出設(shè)置以及GSD 文件導(dǎo)出[3-4]。

2.1.1 SIMOTION 網(wǎng)絡(luò)配置

SIMOTION 網(wǎng)絡(luò)配置是使運(yùn)動(dòng)控制器連接IPC 的重要步驟。SIMOTION D435 有3 個(gè)用來進(jìn)行以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通信的端口（X127、X130 以及 X150），X127、X130 支持Ethernet，X150 支持Profinet 協(xié)議。根據(jù)運(yùn)動(dòng)控制器設(shè)定僅有X150 端口可作為I-DEVICE 設(shè)備與倍福IPC 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，因此，選用X150 端口作為運(yùn)動(dòng)控制器與倍福IPC 的通信端口，選用X127 端口作為計(jì)算機(jī)調(diào)試端口。根據(jù)選用端口可配置不同端口的IP 地址，詳細(xì)的網(wǎng)絡(luò)配置如圖2 所示。

圖2 SIMOTION 網(wǎng)絡(luò)配置圖

在圖2 中建立了2 個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)，使網(wǎng)絡(luò)1 連接到X127 端口，將IP 地址設(shè)置為168.254.11.22，使網(wǎng)絡(luò)2 連接到X150端口，將IP 地址設(shè)置為192.168.0.10。

2.1.2 I-DEVICE 輸入輸出設(shè)置

I-DEVICE 又叫做智能設(shè)備或智能I/O 設(shè)備，其本身是上層I/O 控制器的I/O 設(shè)備，又作為下層I/O 設(shè)備的I/O 控制器。要實(shí)現(xiàn)倍?？刂破髋c運(yùn)動(dòng)控制器的通信，必須將X150端口設(shè)置為I-DEVICE 模式，同時(shí)定義輸入、輸出地址長度，供之后的通信使用。SIMOTION 運(yùn)動(dòng)控制器作為智能設(shè)備可以作為I/O 設(shè)備連接上層倍?？刂破?，SIMOTION運(yùn)動(dòng)控制器通過接收倍福控制器發(fā)出的指令控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，SIMOTION 運(yùn)動(dòng)控制器又將電機(jī)運(yùn)動(dòng)的過程值反饋給倍?？刂破鳎耘袛?、發(fā)送電機(jī)邏輯運(yùn)動(dòng)指令，I-DEVICE 的相關(guān)設(shè)置如圖3 所示。

如圖3 所示，I-DEVICE 設(shè)備須定義輸入、輸出。將輸入、輸出各定義為512 個(gè)字節(jié)供通信使用，創(chuàng)建512 個(gè)字節(jié)輸入、輸出變量為測試需求，可根據(jù)具體需求自行配置輸入、輸出。

圖3 I-DEVICE 設(shè)置

2.1.3 GSD 文件導(dǎo)出

當(dāng)完成網(wǎng)絡(luò)配置及I-DEVICE 設(shè)置后，可通過SIMOTION中的GSD 創(chuàng)建文件功能來生成GSD 文件，然后將GSD 文件導(dǎo)入倍福驅(qū)動(dòng)文件夾供其掃描SIMOTION 設(shè)備。GSD 文件創(chuàng)建設(shè)置如圖4 所示。

圖4 GSD 文件創(chuàng)建設(shè)置

2.2 倍福IPC 接口設(shè)置

完成SIMOTION 接口配置之后，需要在倍福IPC 中配置接口。倍福IPC 接口配置包括GSD 文件導(dǎo)入、添加EL6631以及模塊設(shè)置[5-7]。

2.2.1 GSD 文件導(dǎo)入

將SIMOTION 運(yùn)動(dòng)控制器生成的GSD 文件復(fù)制到筆記本的TC3 安裝路徑：C：TwinCAT3.1ConfigIoProfinet。該步驟為倍福IPC 與SIMOTION 運(yùn)動(dòng)控制器通信的必要步驟，如果不進(jìn)行配置，那么作為主站的倍福控制器就不能對運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行掃描。

2.2.2 添加EL6631模塊

EL6631模塊通過E-bus與倍福控制器連接，在TwinCAT3軟件中新建項(xiàng)目后，通過掃描硬件功能可以掃描出在倍?？刂破飨聮燧d的EL6631 模塊，該模塊還處于未激活狀態(tài)，不能進(jìn)行正常的通信協(xié)議轉(zhuǎn)換，需要手動(dòng)再次添加EL6631 模塊并對模塊進(jìn)行配置才能正常使用。因?yàn)镾IMOTION 運(yùn)動(dòng)控制器選用I-DEVICE 模式，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信的功能，所以在倍?？刂破鞫诵枰x擇EL6631 模塊的RT 版本，使之與I-DEVICE 的實(shí)時(shí)通信相匹配，這樣才能保證對設(shè)備運(yùn)動(dòng)控制的實(shí)時(shí)性。

2.2.3 模塊設(shè)置

手動(dòng)添加EL6631 后需要對模塊進(jìn)行配置，使EL6631 能夠正常識(shí)別SIMOTION 運(yùn)動(dòng)控制器。對模塊的設(shè)置包括以下3 個(gè)部分：1） 指定其Adapter 為手動(dòng)添加的EL6631。操作方法如圖5 所示。該步驟為必要步驟，如果不選擇EL6631 作為適配器，那么將無法掃描SIMOTION 運(yùn)動(dòng)控制器。2） 從Device（EL6631） 的Setting 頁面設(shè)置Profinet 主站IP。需要注意的是，要使主站的IP 地址與運(yùn)動(dòng)控制器的IP 地址在同一個(gè)網(wǎng)段，只有這樣才能保證通信正常。對倍福IPC 主站的IP 地址設(shè)定如圖6 所示。在Settings 頁面中輸入需要修改的主站IP，單擊Set IP settings 即可修改主站地址。3） 從Device（EL6631）的右鍵菜單中單擊Scan Box。該步驟將掃描到的從站顯示在列表中，此時(shí)添加從站即可實(shí)現(xiàn)正常的通信。4）查看設(shè)備的掃描周期并修改PLC 任務(wù)周期，使掃描周期與任務(wù)周期匹配，保證通信數(shù)據(jù)傳輸正常。按照上述步驟正常添加后，在倍福IPC 端應(yīng)顯現(xiàn)在SIMOTION 端所配置的I/O 變量，具體的變量顯示如圖7 所示。其中，能夠顯示在SIMOTION 控制器中所添加的512 個(gè)輸入和輸出。

圖5 Adapter 設(shè)置

圖6 主站IP 地址修改

圖7 正常添加后倍?？刂破髦酗@示的變量

3 通信測試

為了測試倍福IPC 與SIMOTION 運(yùn)動(dòng)控制器之間的通信是否正常及通信的實(shí)時(shí)性，在倍福IPC 端和SIMOTION 端分別選用5 個(gè)輸入變量、5 個(gè)輸出變量來進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，具體變量見表1、表2。

表1 倍福IPC 接收及發(fā)送的數(shù)據(jù)

表2 SIMOTION 運(yùn)動(dòng)控制器接收及發(fā)送的數(shù)據(jù)

在表1 和2 中，IPC.Send 變量對應(yīng)SIMOTION.Recevie變量，SIMOTION.Send 對應(yīng)IPC.Recevie 變量。IPC.Send.1 和SIMOTION.Send.1 發(fā)送內(nèi)容均為1 s 脈沖信號(hào)，可以判斷系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性；IPC.Send.2-4 和SIMOTION.Send.2-4 發(fā)送內(nèi)容均為16 位進(jìn)制數(shù)字，IPC.Send.5 和SIMOTION.Send.5 為字符串變量，這些變量可以判斷數(shù)據(jù)傳遞的正確性。

分別將IPC.Send 和SIMOTION.Send 變量寫入對應(yīng)內(nèi)容，然后觀察IPC.Recevie 和SIMOTION.Recevie 的變量顯示是否與輸入變量一致。經(jīng)測試，在倍福IPC 和SIMOTION 運(yùn)動(dòng)控制器通信正常的情況下，倍福IPC 和運(yùn)動(dòng)控制器各自接收的脈沖、16 進(jìn)制數(shù)字及字符串變量均與發(fā)送內(nèi)容相同，倍福IPC 和SIMOTION 之間發(fā)送接收數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和正確性均保持正常。通信測試驗(yàn)證了文中關(guān)于倍福IPC 和SIMOTION 運(yùn)動(dòng)控制器配置的正確性。目前，基于這2 種通信協(xié)議的研究已成功應(yīng)用于公司生產(chǎn)的裝盤機(jī)上，該研究也為其他基于EntherCAT 的倍福控制器和Profinet 設(shè)備的正常通信提供了支撐。

4 結(jié)語

倍福IPC 以其特有的EtherCAT 技術(shù)受到越來越多自動(dòng)化行業(yè)的青睞，但是自動(dòng)化設(shè)備的多樣性使各個(gè)公司的產(chǎn)品不可能全都采用EtherCAT，西門子設(shè)備支持的通信協(xié)議為Profinet，這就使倍福IPC 的EntherCAT 需要與西門子的Profinet 進(jìn)行通信，從而保證設(shè)備的正常運(yùn)行。該文對基于EtherCAT的倍福IPC與SIMOTION運(yùn)動(dòng)控制器的通信配置進(jìn)行研究，并通過試驗(yàn)驗(yàn)證了配置的正確性，希望能夠?yàn)槠渌詣?dòng)化人員應(yīng)用這2 種通信協(xié)議提供參考。