[論文レビュー] Interfacing the ControlLogix PLC over Ethernet/IP

Kay-Uwe Kasemir, Leo Dalesio|arXiv (Cornell University)|Oct 31, 2001

Smart Grid Security and Resilience参考文献 1被引用数 11

ひとこと要約

本論文では、イーサネット/IPプロトコルを介してアレン・ブラッドリーのControlLogix PLCと通信を可能にする、実験物理学および産業制御システム（EPICS）用ドライバを提示する。実装はvxWorks、Win32、Unix/Linuxシステムをサポートし、産業制御環境におけるインターフェースの機能的統合、性能特性、実用的制限要因を示している。

ABSTRACT

The Allen-Bradley ControlLogix line of pro-grammable logic controllers (PLCs) offers several in-terfaces: Ethernet, ControlNet, DeviceNet, RS-232 and others. The ControlLogix Ethernet interface module 1756-ENET uses EtherNet/IP, the ControlNet protocol, encapsulated in Ethernet packages, with specific service codes. A driver for the Experimental Physics and Industrial Control System (EPICS) has been developed that utilizes this EtherNet/IP protocol for controllers running the vxWorks RTOS as well as a Win32 and Unix/Linux test program. Features, per-formance and limitations of this interface are presented.

研究の動機と目的

• 実験物理学および産業制御システムにおけるEPICSとControlLogix PLC間の信頼性の高いリアルタイム通信を可能にすること。
• vxWorks、Win32、Unix/Linuxを含む複数のオペレーティングシステムをサポートするイーサネット/IPベースのインターフェースを実装すること。
• 実際の制御システム導入におけるインターフェースの性能と制限要因を評価すること。
• ControlLogix PLCを分散制御環境に統合するための標準的で再利用可能なドライバを提供すること。

提案手法

• ControlLogix PLCの1756-ENETイーサネットモジュールと通信するため、イーサネット/IPプロトコルスタックを用いたカスタムEPICSドライバの開発。
• TCP/IP上でのイーサネット/IPのCIP（共通産業プロトコル）を用いた低レベル通信の実装、特に明示的メッセージサービスのサポート。
• 複数のプラットフォームへのドライバ移植：リアルタイム制御用のvxWorks、およびテスト・開発用のWin32およびUnix/Linux。
• PLCデータの読み取り・書き込みに標準CIPサービスを用い、接続管理およびデータパス操作を実装。
• EPICS制御システムフレームワークへの統合により、PLC I/Oポイントとのシームレスなデータ交換を実現。
• 実際のControlLogixハードウェアおよびソフトウェアスタックを用いたテストを通じた機能検証。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 EPICSシステムは、イーサネット/IPプロトコルを用いて、どのようにしてControlLogix PLCと効果的にインターフェースできるか？
• RQ2 リアルタイムおよび一般用途のオペレーティングシステムで使用された場合の、イーサネット/IPインターフェースの性能特性は何か？
• RQ3 レイテンシ、信頼性、システム互換性の観点から、インターフェースの主な制限要因は何か？
• RQ4 vxWorks、Win32、Unix/Linuxといった多様なオペレーティングシステムをサポートする、単一のドライバ実装は可能か？
• RQ5 産業制御環境において、CIPメッセージ交換、接続設定、データ整合性の処理はどのように実装されているか？

主な発見

• EPICSドライバは、リアルタイムのvxWorksおよび一般用途プラットフォームを含む、複数のオペレーティングシステム上で、イーサネット/IPを介したControlLogix PLCとの通信を正常に実現した。
• テスト環境では安定した動作を示し、PLCデータポイントの信頼性の高い読み取り・書き込みが可能であった。
• 性能は一般的な制御システム応用に対して十分であったが、ネットワーク負荷やOSコンテキストの違いに応じてレイテンシにばらつきが見られた。
• 特に非リアルタイムシステムでは、高負荷条件下での接続処理およびメッセージタイミングに制限が生じた。
• ドライバは拡張性と再利用性に優れており、将来的にControlLogixシステムをより大規模な制御フレームワークに統合する基盤を提供した。
• 標準的なイーサネット/IPサービスの使用により、既存のアレン・ブラッドリーのハードウェアおよびソフトウェアスタックとの互換性が確保された。