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前言

工业互联网是中国的新基建之一，那数据采集就一定是工业互联网的基建之一，不管你能想出多少高大上的东西，什么数字孪生、数字化管理、预测性维护等等等等，都离不开一个词：数据！

数据这个量级很大，包含人、机、物、系统等全价值链、全产业链的数据；缩小点，只看车间级里机器的数据，那数据采集的对象就可以枚举了：PLC、CNC、ROBOT、智能仪表/传感器、工控机。

所以笔者打算近期先针对PLC的数采方案出一个系列文章，欢迎关注、交流！

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一、车间级数采系统架构

目前数采有两种方式：①“边缘网关”一对一采集，再将数据传回服务器汇总；②“服务器采集包”一对N采集，一个采集包实现一个车间的数采。

这两种方式各有利弊。第一种硬件成本极高，但稳定性好，即便车间网络故障也不会影响本地采集；第二种则成本极低，“数采包+落地方案”就能实现整个车间的设备数采，但过度依赖车间网络的稳定性，网络故障便会导致大面积甚至整个车间的数采中断。

车间级数采系统架构图：

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二、欧姆龙PLC介绍

• PLC种类： NX/NJ系列、CP系列、CJ/CS系列、C/CPM系列
• 官网： OMRON工业自动化
• 样本下载目录：全部样本目录
• 手册下载目录：全部手册目录
• 说明书下载目录：全部说明书目录

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三、NX/NJ系列产品说明

欧姆龙的NX/NJ系列PLC是新款PLC，是集逻辑、运动、安全在一个软件Sysmac Studio下的控制器。

可查看样本手册：《NX/NJ系列样本》

3.1. CPU规格

NX/NJ系列PLC的CPU种类如下：

3.2. 内部寄存器

NX/NJ系列采用变量编程，但可将全局变量“分配到”CJ系列的内存地址，可分配的区域类型：CIO、WR、HR、DM、EM。

CJ系列的内存地址结构：

*1 通过修改分配给指定单元的首字可将 I/O 区扩展到 CIO 0160 ～ CIO 0999。可使用 CX-Programmer 进行首字的设定，以在I/O 表中设定首字。首字的设定范围是 CIO 0 ～ CIO 900。
*2 如果 I/O 存储器保持标志（A500.12）为 ON，当运行模式改变时，存储器的值将被保持。此外，如果 PLC 设置被设为在启动时保持 I/O 存储器保持标志的状态 （IOM 保持位参数），电源打开时，存储器的值将被保持。
*3 H512 ～ H1535 只能设为用于功能块存储器或 SFC 存储器。
*4 通过强制置位 / 复位定时器完成标志可以间接更新定时器的当前值。
*5 通过强制置位 / 复位计数器完成标志可以间接更新计数器的当前值。
*6 变址寄存器和数据寄存器可以由一个任务单独使用，也可以由所有任务共同使用。
*7 如果以下字用于自动地址分配，它们可在 EM 区中被强制置位 / 复位。
CJ2H-CPU64/65-EIP：E03_00000 ～ E03_32767
CJ2H-CPU65-EIP： E06_00000 ～ E09_32767
CJ2H-CPU67-EIP：E07_00000 ～ E0E_32767
CJ2H-CPU68-EIP： E11_00000 ～ E18_32767

3.3. 支持协议

NX/NJ全系的CPU均配备2个及以上的以太网口，分别支持两种总线协议EtherNet/IP、EtherCAT；单一以太网口仅支持一种总线协议，在以太网口上有标注。

数采用的是EtherNet/IP网口，其支持协议如下：

TIPS：NX102的Port1和Port2的IP不能为同一网段

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四、数采方案

数采原则： 用最低的成本实现车间设备联网！
这个最低成本怎么理解？不影响功能情况下尽可能减少硬件、尽可能不改动现场控制器的配置等。

4.1. 选择协议

NX/NJ系列支持FINS、Socket、OPC UA协议，通过下表对比发现，最优采集协议：FINS TCP/UDP，其默认端口均为9600。

4.2. 硬件架构

1）确认通讯口

因为NX/NJ全系的CPU均配备EtherNet/IP以太网口，因此通讯口肯定用网口。

2）确认通讯线

网线：标准的RJ45口网线。

3）确认硬件架构

为便于展示硬件架构，这里约定车间网络为：以太网，采集方式为：“服务器采集包”一对N采集。

4.3. 方案实施SOP

1）CheckList

过程调试工具CheckList：

• 笔记本电脑一台
• Sysmac Studio安装包，并安装在笔记本电脑上；安装包下载路径：工业软件下载大全202108【良心收藏！】，安装方法这里不介绍
• 调试通讯线：网线一根

软件物料CheckList：

• 采集包软件，包括部署SOP
• 客户网络信息：IP、服务器账户密码、防火墙权限等

硬件物料CheckList：

• 采集服务器一台
• 网络模块：设备端交换机一台（现场有则忽略）
• 通讯线：网线一根

2）实施SOP

1. 确认采集服务器硬件安装工作完成，且能接进车间局域网
2. 确认被采集设备端硬件安装工作完成（参考4.2 硬件架构），且能接进车间局域网
3. 确认车间网络环境OK：包括防火墙设置、ping测试
4. 采集服务器上部署自己家的采集包软件和相关软件产品，完成相关配置
5. 完成PLC端设置，详见：4.3. 方案实施SOP -> 3）PLC端设置教学
6. 采集测试，若采集失败，自行排障

3）PLC端设置教学

1. 将自己笔记本电脑用调试通讯线接到PLC上
2. 打开Sysmac Studio软件，搜索到目标PLC，上载原PLC程序
3. 保存原PLC程序：
   以防修改后的程序出错且解决不了，可以复原。（注意：Sysmac Studio的“保存”是直接将程序保存在软件内部，而不是另存为工程文件；需要先离线再“导出”工程文件，否则“导出”是灰色不可选）
   
4. IP设置：
   如下图位置设置IP信息；一般只有一个端口，若有两个端口（NX102）用端口2，若端口1已被使用，端口2的IP不能设置与端口1的IP为同一网段，否则报错。
   
5. 内存设置（仅限NX系列，NJ系列直接下一步）：
   如下图位置勾选自己用的到的寄存器区域类型，支持CIO、WR、HR、DM、EM。这里需要勾选CIO和DM（大小填最大值），下面案例用的是这两个区域。
   
6. 全局变量做地址映射【IO数据】：
   IO数据的变量定义不是在“全局变量”中，而是在“I/O映射”中；变量定义后，“全局变量”会自动显示其接线位置；根据IO模块类型的不同，IO数据地址映射的方式也不同，如下说明：
   
   
   ①确认IO模块类型：如下图查看CPU机架，确认IO模块是CJ系列模块还是NX系列模块
   
   ②IO模块为CJ系列模块：则所有IO数据自动存储CIO寄存器，存储地址根据模块位置从CIO0.00开始递增。案例说明如下图：
   a. 单元1为输入模块，则其第6个输入点（变量：X00_0005）地址为CIO0.05
   b. 单元4为输出模块，则其第9个输出点（变量：Y00_0308）地址为CIO3.08
   
   
   ③IO模块为NX系列模块：IO数据不会自动存储CIO寄存器，且全局变量中的“分配到”位置也被占用无法进行地址映射，因此只能通过新建中间变量并做地址映射（方法同下一步），再用MOVE指令将IO数据变量的值传给新建的中间变量。案例说明如下图：
   a. 单元3为输出模块，其第6个输出点的变量为Y00_0205，“全局变量”中新建中间变量IOT_Y00_0205，并映射地址到D10001.01（分配到：%D10001.01），再在程序中用MOVE指令，如下图；此时D10001.01的值即是Y00_0205的值。
   
   
7. 全局变量做地址映射【非IO数据】：
   “全局变量”的“分配到”中填需要映射的地址：%地址。（注意：①使用DM区域，“保持”必须打钩，否则报错；②地址要根据数据类型填：下表做了4种案例说明）

序号	变量	数据类型	分配到	备注
1	Data1	BOOL	%D10000.00	用BIT地址，用INT也不会报错
2	Data2	INT	%D10001
3	Data3	DINT	%D10002	此时数据会存储在D10002和D10003中
4	Data4	ARRAY[1…32] OF DINT	%D10004	数组类型，表示从D10004开始顺延32个双字地址

8. 程序下载：
   所有提示弹框注意查看，基本都是默认确认即可。（注意：①“选项”默认如下图一即可；②若如下图二弹框报错“传送程序大小超过上限”，可“工程 -> 内存使用”查看，如下图三，基本都是因为第5步内存设置的寄存器大小过大导致，改小点试试。）
   
   
   

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