基于Profinet的ABB機(jī)器人與S7-300的信號(hào)交互

羅淼， 鞏虎軍， 金書騁

(浙江吉利控股集團(tuán)杭州灣公司，浙江 寧波 315336)

0 引 言

ABB機(jī)器人作為主流的工業(yè)機(jī)器人，提供了標(biāo)準(zhǔn)的專業(yè)接口，這讓集成工作變得簡(jiǎn)單[1]。IRB6640是六軸大型機(jī)器人，其擁有較高的承重能力，是眾多重型物料搬運(yùn)應(yīng)用的理想之選，并繼承了優(yōu)異的慣性曲線特性，融合了第二代TrueMoveTM和QuickMoveTM技術(shù)，運(yùn)動(dòng)精度更高，進(jìn)一步縮短了編程時(shí)間、優(yōu)化了工藝效果[2]。

S7-300是模塊化的中型PLC，適用于中等控制要求的場(chǎng)合。種類繁多的CPU模塊、信號(hào)模塊、功能模塊等能滿足各種自動(dòng)化領(lǐng)域的控制要求。型號(hào)中帶PN的CPU模塊帶有集成的現(xiàn)場(chǎng)總線PROFINET接口，可以直接與觸摸屏、計(jì)算機(jī)或其他CPU通信，而不需要額外的通信模塊[3]。

PROFINET是基于工業(yè)以太網(wǎng)的開放式現(xiàn)場(chǎng)總線，與PROFIBUS相比，具有傳輸速率高、功能更完善、抗干擾能力更強(qiáng)、使用更方便等優(yōu)點(diǎn)[4]。由于PROFINET可以全面的支持IT技術(shù)，能夠更好地融入到企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)中，這為工業(yè)控制領(lǐng)域提供了一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)化的解決方案[5]。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

為了有效利用資源，利用閑置設(shè)備組建一個(gè)新的工件搬運(yùn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要是為了將焊接好的地板搬運(yùn)至總拼工位，讓其與機(jī)艙進(jìn)行搭接。前后地板焊接完成之后，夾具打開，PLC根據(jù)夾具打開到位信號(hào)和地板在該工位的物料檢測(cè)信號(hào)，給機(jī)器人發(fā)送開始指令，讓機(jī)器人進(jìn)行搬運(yùn)。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)至搬運(yùn)位置，抓具上的物料檢測(cè)傳感器感應(yīng)到后，通過EX245控制抓具上的氣缸動(dòng)作，抓具夾緊，對(duì)地板開始進(jìn)行搬運(yùn)。待總拼工位放料架上的物料檢測(cè)傳感器檢測(cè)不到工件后，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)至放料架附近釋放工件。隨后，機(jī)器人返回原點(diǎn)位置，等待下一次搬運(yùn)。其設(shè)計(jì)流程如圖1所示。在搬運(yùn)過程中，可以通過觸摸屏對(duì)整個(gè)搬運(yùn)過程進(jìn)行監(jiān)控。

圖1 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)流程圖

該系統(tǒng)中PLC(CPU315-2PN/DP)與機(jī)器人(IRB6640)、PLC與觸摸屏(MP377 12 Touch)、機(jī)器人與EX6245之間都是采用Profinet總線進(jìn)行通信的，從而達(dá)到機(jī)器人與周圍設(shè)備之間進(jìn)行相互協(xié)作的目的，從而更好地完成搬運(yùn)地板的工作任務(wù)。

為了使機(jī)器人能進(jìn)行Profinet通信，在機(jī)器人主計(jì)算機(jī)PCI插槽中，安裝有DSQC678(CP1616)通信板。本系統(tǒng)采用Step7對(duì)PLC、觸摸屏、機(jī)器人(CP1616)、EX245進(jìn)行硬件組態(tài)，并通過PLC程序和觸摸屏界面對(duì)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控，利用Robot.studio5.15對(duì)機(jī)器人信號(hào)進(jìn)行配置、程序進(jìn)行編寫。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 硬件組態(tài)

2.1.1PLC端的硬件組態(tài)

在Step7中插入S7-300PLC站點(diǎn)，在硬件組態(tài)界面以CP1616作為Profinet I/O從站，PLC作為主站，PLC的IP地址設(shè)為192.168.0.1。并將CP1616設(shè)備名稱改為Robot，其固件版本號(hào)可在機(jī)器人示教器中的系統(tǒng)信息中找到，也可詢問廠家相關(guān)人員[6]。本系統(tǒng)中采用的是V2.2版本，并加入了相應(yīng)的字節(jié)數(shù)，如圖2所示。待編譯保存后，將組態(tài)下載到PLC中。

圖2 PLC端硬件組態(tài)圖

2.1.2機(jī)器人主計(jì)算機(jī)端的硬件組態(tài)

在Step7中插入SIMATIC PC站點(diǎn)，拽入CP1616作為Profinet I/O主站，控制抓具的EX245為Profinet I/O從站。導(dǎo)入EX245的支持Profinet的GSD文件，設(shè)置CP1616的IP地址為192.168.0.2，EX245的IP地址為192.168.0.3，將CP1616的設(shè)備名稱改成與PLC中的一致，為Robot。在EX245中，加入所需的輸入輸出字節(jié)，具體如圖3所示。待組態(tài)編譯保存后，通過網(wǎng)線，一端插入計(jì)算機(jī)網(wǎng)口，一端插入CP1616的網(wǎng)口，下載到機(jī)器人中。

圖3 機(jī)器人端硬件組態(tài)圖

2.1.3觸摸屏端的硬件組態(tài)

在Step7軟件中插入HMI站點(diǎn)，在網(wǎng)絡(luò)視圖中對(duì)其進(jìn)行組態(tài)，連接到Profinet網(wǎng)絡(luò)中，編譯保存后將HMI站點(diǎn)下載到觸摸屏中。 組態(tài)完成后的網(wǎng)絡(luò)視圖如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)視圖

2.2 系統(tǒng)信號(hào)設(shè)置

系統(tǒng)中，信號(hào)的交互存在于PLC與機(jī)器人、PLC與觸摸屏、機(jī)器人與EX245之間；其中與機(jī)器人有關(guān)的交互信號(hào)如表1、表2所示。機(jī)器人的輸入對(duì)應(yīng)著PLC的輸出，機(jī)器人的輸出對(duì)應(yīng)著PLC的輸入，根據(jù)組態(tài)時(shí)的地址，進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)。

表1 機(jī)器人與PLC的交互信號(hào)表

表2 機(jī)器人與EX245的交互信號(hào)表

2.3 程序編寫

2.3.1觸摸屏界面設(shè)計(jì)

利用觸摸屏能很好的對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)時(shí)了解系統(tǒng)運(yùn)行情況。機(jī)器人處于正常的運(yùn)行狀態(tài)下，界面上相應(yīng)的監(jiān)控點(diǎn)會(huì)顯示綠色。當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)，對(duì)應(yīng)的監(jiān)控點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)紅色，起到提示作用。圖5展示的是機(jī)器人在原點(diǎn)，焊接(搬運(yùn))工位正在焊接，總拼工位物料架上放有工件時(shí)的監(jiān)控界面。

圖5 觸摸屏監(jiān)控界面

2.3.2PLC程序設(shè)計(jì)

PLC程序控制著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，是系統(tǒng)集成化的核心，其主要通過信號(hào)來控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，相關(guān)控制流程如圖6所示。在系統(tǒng)中，通過單擊觸摸屏上的啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)開始自動(dòng)運(yùn)行，并給機(jī)器人發(fā)送系統(tǒng)輸入上電信號(hào)motor_on，機(jī)器人上電后，給PLC發(fā)送系統(tǒng)輸出信號(hào)motor_on_state，反饋其已在上電狀態(tài)。當(dāng)機(jī)器人處在自動(dòng)模式時(shí)，給PLC發(fā)送系統(tǒng)輸出信號(hào)auto_on。觸摸屏上的停止按鈕能停止系統(tǒng)的運(yùn)行，使機(jī)器人掉電，中斷機(jī)器人的運(yùn)行。單擊觸摸屏上的復(fù)位按鈕，能對(duì)機(jī)器人發(fā)送錯(cuò)誤復(fù)位信號(hào)，方便對(duì)機(jī)器人進(jìn)行處理。

圖6 PLC控制流程圖

2.3.3機(jī)器人程序設(shè)計(jì)

在機(jī)器人上裝好抓具并將各線路連接好以后，采用RobotStudio軟件建立系統(tǒng)，注意勾選“Profinet I/O”。建立好坐標(biāo)系之后，就開始進(jìn)行信號(hào)的配置。首先進(jìn)行“Unit”配置，建立與PLC通信的單元時(shí)，選擇的單元類型為“PN_INTERNAL_SLAVE”，選擇的總線類型為“Profinet1”。建立與EX245通信的單元時(shí)，選擇的單元類型為“PN_GENERIC”，選擇的總線類型為“Profinet1”，其“PROFINET Address”值應(yīng)與組態(tài)時(shí)的設(shè)備編號(hào)一致。根據(jù)表1和表2，對(duì)相關(guān)信號(hào)進(jìn)行配置。選取空間某一點(diǎn)作為機(jī)器人原點(diǎn)，新建例行程序，在例行程序中以此點(diǎn)為中心定義一個(gè)球形安全區(qū)，當(dāng)機(jī)器人進(jìn)入該球形區(qū)域便會(huì)向PLC發(fā)出do_02，并在Event Routine中進(jìn)行關(guān)聯(lián)設(shè)置。機(jī)器人主程序如圖7所示。

PROC main()

InitAll;

WHILE TRUE DO

VelSet 80, 4000;

AccSet 80, 80;

Reset do_05;

IF di_07 = 1 THEN

grip_worker;

move_routine1;

WaitUntil di_08;

move_routine2;

release_worker;

move_routine3;

TPErase;

PulseDOPLength:=2, do_05;

WaitTime 0.5;

ENDIF

ENDWHILE

ENDPROC

圖7機(jī)器人主程序圖

InitAll是初始化例行程序，對(duì)相關(guān)信號(hào)和機(jī)器人位置進(jìn)行初始化。grip_worker是抓件例行程序，用于工件的抓取。move_routine1、move_routine2和move_routine3是機(jī)器人移動(dòng)例行程序，從抓件位置運(yùn)動(dòng)到放件位置，到最后回到原點(diǎn)。release_worker是放件例行程序，用于進(jìn)行工件的放置。

3 結(jié)束語(yǔ)

Profinet能夠快速、安全地傳輸大量的數(shù)據(jù)信息，非常適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的使用[7]。文中重點(diǎn)介紹了基于Profinet的機(jī)器人與PLC、PLC與觸摸屏、機(jī)器人與EX245之間的通信配置和信號(hào)交互。該系統(tǒng)經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，能夠很好地完成搬運(yùn)任務(wù)，也能廣泛應(yīng)用于機(jī)器人與PLC的交互系統(tǒng)中。