基于FL-net网络的液晶面板模组生产线在线监控系统

崔志磊，王 琦，王金娥

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

（1.苏州市职业大学 计算机工程学院，苏州 215104；2.苏州大学，苏州 215021）

0 引言

液晶面板的制造包含三个主要工艺流程：阵列、成盒及组装。这些生产工艺流程被划分成4个不同的阶段：薄膜电晶体、彩色滤光片、成盒及模组。后段的模组工艺是将经过中段成盒工艺完成贴合、液晶注入并封口后的玻璃基板首先贴上偏光片，再依序贴上TAB及附有驱动IC的印刷电路板，并将背光板、光源组装上去，最后经老化测试及终检后，将合格产品打包入库。在液晶面板生产过程中，为了保证产品的质量，稳定产品的良品率，需要及时采集现场设备的运行状态及工艺参数信息，并对采集的信息进行分析处理。这种复杂的生产过程，传统的离散式控制系统已经满足不了要求，需要设计一套完善的在线监控系统。针对这一生产需要，本文提出了一种基于FL-net网络的模组生产线监控系统，阐述了监控系统的网络拓扑结构、硬件的选用以及通信协议。

1 系统的网络拓扑结构

由于被监控的设备和所需要采集的现场状态信息来自于不同楼层的多个区域，比较分散。经综合考虑，监控系统中使用7个PLC主站和143个PLC从站，以实现对整个车间生产线的监控。系统的网络拓扑结构如图1所示。分为车间管理层、控制层和设备层[1,2]。位于最上层的车间管理层采用以太网，负责对车间控制设备的监控和对生产管理信息、质量管理信息以及设备运转状态信息的管理，同时实现与Internet网的无缝连接。

控制层采用FL-net网络，主要负责对从站PLC控制器进行数据的传输与控制。设备层使用现场总线网络，负责对底层设备的状态信息采集、信息传送和控制。其中，车间管理层服务器选用惠普ProLiant DL385G5，其写入速率为max26MB/s，读取速率为max220MB/s；主站PLC选用欧姆龙公司的CS1系列可编程控制器，其组成包括型号为CS1W-BC053(5插槽)的机架，CPU模块CS1H-CPU63H，电源模块CS1W-PA204，以太网通信模块CS1W-ETN21和FLnet通信模块CS1W-FLN22。从站PLC则分别选用三菱公司的Q系列可编程控制器和欧姆龙公司的CS1系列可编程控制器， FL-net通讯模块选用QJ71FL71-T-F01。

图1 监控系统的网络拓扑结构

2 系统的网间通信设置

2.1 Ethernet网络的设置

主站PLC上需要安装Ethernet网络通信单元CS1W-ETN21，管理计算机上需要安装相应的网卡，以实现上位机和主站PLC之间的通信。每一个网络通信单元都有一个单元号，用一位十六进制数表示，范围是0～F，可通过Ethernet网络通信单元的开关设置。单元号决定了分配给以太网网通信单元的内存工作区域，即CIO区和DM区的范围。例如“4”号通信单元的范围是CIO：1600 ～1624，DM：30400～30499。每一个Ethernet网络节点又要分配一个节点号，该节点号用两位16进制数表示，范围是01～7E，节点号可通过Ethernet单元的节点号开关设定[3,4]。 此外，为了使上位机能够识别Ethernet网络中的各个节点，还需要为Ethernet节点设置本地IP地址。

在本文所述系统的Ethernet网络中，管理计算机的IP地址设置为172.18.200.2，1号PLC主站Ethernet通信单元的IP地址设置为172.18.200.1，2号PLC主站设置为172.18.200.3，其他PLC主站顺次设置即可，子网掩码均设为255.255.254.0。当PLC控制器处于编程模式时，将所设置的内容被分别下载至各主站PLC中。

表1 FINS命令帧格式

2.2 FL-net网络的设置

与Ethernet网络相似，FL-net网络也需要设置用于识别网络中每一个PLC通信单元的单元号，范围是0～F；设置每一个节点的节点地址，范围是1～249，以及各节点的IP地址。单元号和节点地址通过FL-net网络通信单元CS1W-FLN22的单元号开关以及节点地址开关设置即可。FL-net网络中各个节点的IP地址使用类别C。可连接的模块数最多为254个。此外，为了确定本地PLC经中继网络节点至最终节点通信的路径，必须对网络的每一个节点建立路由表，并为主站和从站的PLC设置公共存储区。图2为从站PLC公共存储区设置界面。

图2 从站PLC FL-net公共存储区设置

3 通信协议

由于FINS通信服务有它自己的寻址系统，不依赖于实际网络地址系统，本地PLC无论是位于Ethernet网还是其他的的FA网络，都可以使用相同的方法进行通信，因此本系统选用FINS通信协议。

在Ethernet网中，当上位机要与PLC进行FINS通信时，只需要向Ethernet网的FINS UDP端口发送包含FINS命令的数据报，就可以读写PLC的内存数据或控制PLC的运行。

FINS命令帧的帧格式分为FINS指令帧和FINS响应帧两种形式。指令帧用于发送FINS指令，而响应帧则用于收到FINS指令后的响应。FINS指令帧和FINS响应帧的帧格式如表1所示，包含FINS报头、FINS指令域和FINS参数/数据域。FINS报头用于存储传送的控制信息，指令域和参数/数据域则用于存储指令参数和发送响应数据[4]。

其中：

ICF为信息控制域，用于指明命令或响应；

RSV为系统保留；

GCT为网关允许数目；

DNS为目的网络号；

DA1为目的节点号；

DA2为目的单元号；

SNA为源网络号；

SA1为源节点号

SA2为源单元号；

SID为服务和响应标识号，可任意配置，指令和响应对应相同；

Command Code为FINS命令码；

TEXT为正文，用于标明所操作的数据地址、范围等。

表2 FL-net网络可靠性测试

4 系统测试

在对F L-n e t 网络进行测试时，借助于2 台FrameScope Pro在10M的端口上进行了端到端的吞吐量、延迟测试。带宽测试的基准值是10M，分别在64B，128B，256B，512B，768B，1024B，1280B和1518B条件下测试的吞吐量为100%，延时测试结果在3～5毫秒， FL-net网络的可靠性测试如表2所示，测试结果表明满足要求。

5 结束语

本监控系统自投入运行以来，经测试，性能稳定可靠，连接和维护方便。当系统出现故障时，可以在网络中的任何一个节点接入在线分析和诊断设备，快速排除故障，提高了生产的安全性和可靠性，同时大大降低了系统运行、维护费用，为后期建造生产线的高效稳定运行提供了重要的参考依据。

[1] 王卫兵.PLC系统通信、扩展与网络互连技术[M].北京：机械工业出版社,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网络通信技术研究及其在液晶面板企业的应用[D].苏州：苏州大学,2011.

[4] 欧姆龙(中国)有限公司.欧姆龙 SYSMAC CS/CJ系列通讯指令手册[M].欧姆龙(中国)有限公司,2003.

[5] 吴卓葵,许胜棋.基于LabVIEW的多点报警温度监测系统设计[J].制造业自动化,2014,36(1)：139-142.