[论文解读] 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 11

一句话总结

本文提出了一种实验物理與工業控制系統（EPICS）的驅動程式，可透過以太網/IP協定，使用以太網/IP與艾倫-布拉德利 ControlLogix PLC 進行通訊。該實作支援 vxWorks、Win32 和 Unix/Linux 系統，展示該介面在工業控制環境中的功能整合、效能特性和實際限制。

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.

研究动机与目标

• 在實驗物理與工業控制系統中，實現 EPICS 與 ControlLogix PLC 之間可靠且即時通訊。
• 實作基於以太網/IP 的介面，支援包括 vxWorks、Win32 和 Unix/Linux 在內的多種作業系統。
• 評估該介面在實際控制系統部署中的效能與限制。
• 提供標準化、可重用的驅動程式，以將 ControlLogix PLC 整合至分散式控制環境中。

提出的方法

• 使用以太網/IP 協定堆疊開發自訂 EPICS 驅動程式，以介接 ControlLogix PLC 上的 1756-ENET 以太網模組。
• 利用以太網/IP 的 CIP（通用工業協定）透過 TCP/IP 實作底層通訊，包含明確訊息服務。
• 將驅動程式移植至多種平台：vxWorks 用於即時控制，Win32 和 Unix/Linux 用於測試與開發。
• 使用標準 CIP 服務進行 PLC 數據的讀取與寫入，包括連接管理與資料路徑作業。
• 將驅動程式整合至 EPICS 控制系統架構中，以實現與 PLC I/O 點的無縫資料交換。
• 透過實際 ControlLogix 硬體與軟體堆疊的測試，驗證功能正確性。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何有效利用以太網/IP 協定，將 EPICS 系統與 ControlLogix PLC 介接？
• RQ2 在即時與一般用途作業系統上使用以太網/IP 介面時，其效能特徵為何？
• RQ3 在延遲、可靠性與系統相容性方面，該介面的主要限制為何？
• RQ4 單一驅動程式實作是否能支援如 vxWorks、Win32 和 Unix/Linux 等多種作業系統？
• RQ5 該實作如何處理 CIP 訊息交換、連接設定與工業控制環境中的資料完整性？

主要发现

• EPICS 驅動程式成功在多種作業系統上實現與 ControlLogix PLC 透過以太網/IP 的通訊，包含即時的 vxWorks 與一般用途平台。
• 介面在測試環境中表現穩定，支援可靠地讀取與寫入 PLC 數據點。
• 效能對於一般控制系統應用而言已足夠，但延遲會因網路負載與作業系統環境而異。
• 實作顯示在高負載條件下，連接處理與訊息時序存在限制，特別是在非即時系統上。
• 該驅動程式具備可擴充性與可重用性，為未來將 ControlLogix 系統整合至更大控制架構奠定基礎。
• 使用標準以太網/IP 服務確保與現有艾倫-布拉德利硬體與軟體堆疊的相容性。