焊接機器人如何快速實現(xiàn)DeviceNet通信——基于DeviceNet協(xié)議的XGate-DVN10應用

1 引言

隨著中國工業(yè)的崛起，對工業(yè)設備的生產效率和焊接質量，以及焊接設備的可靠性、穩(wěn)定性提出了更高的要求。裝配焊接線是生產線上最重要的一部分，焊接分為人工焊接和機器人焊接兩種方式。為了提高焊接效率和產品質量，設備的關鍵部位通常采用焊接機器人操作，機器人定位準確、焊接和沖孔精度高、質量穩(wěn)定，而且可在人工難以操作的部位出色地完成焊接。

焊接機器人生產線早期只是把多臺工作站（單元）用工件輸送線連接起來組成一條生產線。這種生產線仍然保持單站的特點，即每個站只能用焊接機器人的程序來焊接預定的工件，在更改程序的一段時間內，這條線是不能焊其他工件的，從而導致整個系統(tǒng)復用率低、布線復雜、調試和維護系統(tǒng)的成本高等缺點。CAN總線的推出使得系統(tǒng)布線得到最大程度的改善，基于CAN總線應用層的DeviceNet協(xié)議更是改變了設備與控制系統(tǒng)之間的通信方式，提高生產線的復用率、減少設備維護成本。

本期文章將介紹如何利用XGate-DVN10模塊設計一款基于DeviceNet從站協(xié)議的焊接機器人通信模塊。

2 XGate-DVN10簡介

廣州致遠電子有限公司長期致力于DeviceNet產品的研發(fā)，推出了一款非常易于使用、穩(wěn)定可靠的DeviceNet從站協(xié)議轉換模塊——XGate-DVN10。圖1所示為XGate-DVN10應用簡圖和內部結構示意圖。作為通用DeviceNet從站設備，其內部已經集成了從站協(xié)議棧代碼，且所有功能均通過 ODVA的一致性測試軟件（A21）的測試，保證了與其他DeviceNet設備的良好兼容性。

圖1 XGate-DVN10應用簡圖和內部結構圖

XGate-DVN10為DIP24封裝，擁有較小的占位面積(6 cm2)，使其更容易集成到用戶設備中。其硬件設計比較簡單，用戶只需要將模塊嵌入到焊接機器人中，與CPU的串口連接即可完成設計。

3 使焊接機器人具有DeviceNet功能

現(xiàn)階段國內生產的焊接機器人絕大部分不具有現(xiàn)場總線接口（DeviceNet），有些設備雖然在性能及價格上都優(yōu)于國外的同類產品，但是都無法替代它們，歸根結底就是在設備的通信方式上未跟上國外的步伐。以下提供一種在現(xiàn)有焊接機器人控制部分不變的情況下，使焊接機器人快速實現(xiàn)先進的DeviceNet從站通信能力的方法。

3.1 焊接機器人DeviceNet通信接口硬件設計

在機器人的控制系統(tǒng)中，用戶只需提供一路串口和XGate-DVN10進行通信，實現(xiàn)總線上機器人的I/O數(shù)據(jù)與控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互，其硬件設計框圖如圖2所示。

圖2 XGate設計框圖

下文主要介紹如何為焊接機器人添加總線接口，控制器選用經典的51系列單片機P89V51RD2。

圖3所示為XGate-DVN10與MCU之間的連接原理圖，通常情況下只需要連接通信接口（UART）和 XGate-DVN10的中斷輸出信號，就可與模塊進行正常的通信。在特殊情況下，可連接模塊的復位線至控制器的I/O端口，以方便控制XGate-DVN10復位。

圖3 控制器與XGate-DVN10連接電路設計

圖4所示為XGate-DVN10的CAN總線連接原理圖。為了使設計更加簡單，CAN收發(fā)器使用了CTM8251T模塊，該模塊集成了CAN收發(fā)器、電氣隔離、TVS總線保護等措施，從而使CAN總線通信更加穩(wěn)定可靠。

圖4 XGate-DVN10與CAN網(wǎng)絡連接電路設計

3.2 焊接機器人DeviceNet通信接口軟件設計

XGate-DVN10支持 DeviceNet規(guī)范的 4種連接類型（位選通、輪詢、狀態(tài)改變/循環(huán)），并為每種連接方式分配了最大I/O報文為128 B的內存。內存視圖如圖5所示。XGate-DVN10協(xié)議轉換模塊的內存區(qū)大小可由用戶自定義，用戶可以根據(jù)不同的應用場合，選擇合適的連接類型和支持的I/O報文長度。

圖5 XGate-DVN10內存視圖

以輪詢連接方式為例，I/O數(shù)據(jù)生產消費長度都為8 B，I/O信息可包含電流值、電壓值、焊接時間、焊接坐標等等，結構定義如表1所示。用戶只需要把控制數(shù)據(jù)寫入到XGate-DVN10輪詢數(shù)據(jù)輸入存儲區(qū)，XGate-DVN10就會按照DeviceNet協(xié)議的定義對數(shù)據(jù)進行解析處理。同樣來自DeviceNet網(wǎng)絡中控制信息也會經過解析之后存放于輪詢數(shù)據(jù)輸出區(qū)，用戶只需要讀出即可。

表1 輪詢I/O數(shù)據(jù)

為了方便用戶快速可靠地實現(xiàn)通信，廣州致遠電子有限公司提供了XGate-DVN10串口協(xié)議的驅動源碼。用戶程序軟件流程如圖6所示。當XGate-DVN10的輸出內存區(qū)接收到DeviceNet網(wǎng)絡中的實時數(shù)據(jù)之后就會立即向用戶MCU產生一個中斷，此時用戶可以通過UART發(fā)送相關命令字讀取輪詢連接的數(shù)據(jù)內容。

圖6 XGate-DVN10軟件設計流程圖

4 結語

經過以上步驟，我們快速地實現(xiàn)了對焊接機器人添加DeviceNet通信接口，輕松地實現(xiàn)了對現(xiàn)有的焊接機器人設備的升級，并能與國外同等設備進行競爭。相信在XGate-DVN10的幫助下，能使你獲得更大的成功。

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