S7-1200与KUKA机器人的PROFIBUS IO通信.pdf

设备管理与维修2023 翼11（上）0引言传统的工业机器人与控制器之间的点对点硬件接线方式，在信号较多时，存在布线麻烦、维修困难等缺陷1。而现场总线是一种具有全数字、双向性、多站点等特点的工业总线，可有效解决上述问题。常用的现场总线包含 PROFINET、MPI、PROFIBUS等。但是由于生产厂家众多，每个厂家所应用的通信协议也是不相同的，为了解决通信的兼容性问题，诞生了符合国际统一标准的总线系统，PROFINET 就是其中运用较为广泛的一种。工业机器人作为主控制系统，需要与底层设备 PLC 进行通信，目前智能生产线控制的思路：主站通过 PLC 向工业机器人发送信号，工业机器人接收信号并执行任务，完成任务后向PLC发送反馈信息。PROFINET 通信依靠自身优势，有效保证了 PLC与工业机器人之间的数据传输的高效性和稳定性。1PROFINET IO 通信介绍PROFINET 是一种基于以太网标准的工业通信模式，具有可靠的实时性、强大的抗干扰性、高速低成本等优点，是极具竞争力的自动化现场总线。PROFINET 分为 PROFINET IO 和PROFINET CBA 两种。其中，PROFINET IO 用于分布式 IO 自动化控制系统，有效实现多个节点之间并行传输数据，大大提高了传输速率。PROFINET IO 系统由 IO 控制器、IO 设备及 IO 监视器 3个部分组成：淤IO 控制器：PROFINET IO 系统的主站，执行自动化控制任务，同时与连接的现场 IO 设备通过输入和输出信号实现数据交换；于IO 设备：PROFINET IO 系统的从站，指一个或多个分布式现场设备，例如：远程 IO、机器人等；盂IO 监视器：用于调试、监视及诊断的编程设备、HMI 设备及 PC 机。2S7-1200 与 KUKA 通信配置智能生产线基料上料站，通过西门子 PLC S7-1200（CPU1215C）主站发送信号，KUKA 机器人（KR3 R540）接收信号，将物料从基料盘搬运至 AGV 小车送往下一站，等待接收 PLC 信号。阐述 S7-1200 与 KUKA 机器人之间的 PROFINET IO 通信配置。2.1S7-1200 通信配置PROFINET IO 总线通信时，组态第三方设备时需要安装对应设备的 GSD 文件。生产商基于标准通信接口开发对应的 GSD文件，包括生产厂商和设备的名称、硬件和软件的版本状况等，保证了不同设备之间可以灵活进行 PROFINET 通信。（1）在博途软件中新建一个项目并打开，点击上方的菜单栏中的“选项”“管理通用站描述文件”安装 KUKA 机器人 GSD 文件（图 1）。（2）安装成功后，在右侧的“硬件目录”“其他现场设备”“PROFINET IO”“I/O”“KUKA Roboter GmbH”选择“KRC4-ProfiNet_3.3”双击添加到“网络视图”界面。（3）先点击刚添加的“KRC4”的图标，然后点击下方菜单栏中的“属性”“PROFINET 接口 X1”“以太网地址”将 KUKA硬件组件分配到 PROFINET 子网中。（4）修改下面的“IP 协议”中的 IP 地址，保证和 PLC 地址在同一子网且不冲突。在“PROFINET”中选择“自动生成 PROFINET设备名称”，自动生成的设备名称为“KPC4”，修改 IP地址（图 2）。（5）双击“KRC4”的图标进入 KUKA 硬件组件的“设备视图”，点击右侧的“设备数据”并展开。在这里可以设置 PLC 与 KUKA机器人之间 PROFINET 通信 IO 地址。（6）删除 64 个安全 IO。按照以上步骤设置完成后重新编译下载到 PLC。这时下载完成后 PLC 因为机器人端的 PROFINET通信配置还没有完成，提示下位组件错误而亮红灯报错。图 1安装 GSD 文件S7-1200 与 KUKA 机器人的 PROFIBUS IO 通信黄楷歌1，郭树青1，文猛2，岳玲玲1（1.河南机电职业学院，河南郑州451192；2.宇通客车股份有限公司，河南郑州450000）摘要：随着现场总线技术的发展，PROFINET IO 通信受到广泛关注。从实际应用角度出发，基于 PROFINET 通信模型、通信协议和参数配置方法，实现了西门子 PLC S7-1200 与 KUKA 机器人之间的 PROFINET IO 通信。关键词：西门子 S7-1200；KUKA 机器人；PROFINET 通信中图分类号：TP273文献标识码：BDOI：10.16621/ki.issn1001-0599.2023.11.31图 2修改 IP 地址輬輳设备管理与维修2023 翼11（上）2.2KUKA 机器人通信配置KUKA 机器人的 PROFINET 通信配置需要借助 KUKA 的线下编程软件 WorkVisual，它集合了配置、编程、调试和诊断等多种功能。（1）将编程的电脑、PLC、机器人设置成同一网段。双击WorkVisual 图标，在弹出的“WorkVisual 项目浏览器”中点击“搜索”，搜索到项目后点击右下角“打开”。（2）打开项目后，在左侧的“项目结构”中选择打开的项目右键“设为激活的控制系统”，在展开的目录中右键“总线结构”点添加，在弹出的窗口里选择“PROFINET”点击“OK”。（3）双击左侧刚添加的“PROFINET”。因为在 PLC 添加的KUKA 硬件组件中删除了安全 IO，所以“Number of safe I/Os”中选择“0”，下面的“Number of IOs”与 PLC 中保持一致为“256”。按照说明对 PROFINET 进行设置，其他保持默认。最后点击“OK”。（4）在界面的左侧栏中选择“数字输入端”或者“数字输出端”，右侧栏中点击上方的“现场总线”然后选择“PROFINET”进行信号的映射，注意输入（IN）对输入（Input）、输出（OUT）对输出（Output）。（5）映射完信号后，首先点击右上方功能栏中的“生产代码”，接着点击“安装”下载到机器人。2.3通信调试完成 S7-1200 与 KUKA 机器人之间的 PROFINET IO 通信配置，然后进行通信信号的确认工作，保证 PLC 与机器人之间能正常实现数据交换。（1）PLC 的输出（OUT）对应机器人侧的输入（IN），PLC 输入（IN）对应机器人侧的输出（OUT）。机器人的信号按照顺序依次排列，PLC 侧的信号给定的地址头自动生成地址尾一共 256位（bit）。假设给定的 PLC 这边的输入、输出地址头都是 22（即从I22.0、Q22.0 开始），则机器人输入信号$IN 1$IN 7 分别对应PLC 输出信号 Q22.0Q22.6，则 PLC 输入信号 I22.0I22.6 分别对应机器人输出信号$OUT 1$OUT 7，以此类推。（2）在机器人示教器上，可以在主菜单中选择“显示”“输入/输出端”选择“数字输入”或者“输出端”来监控、置位/复位输入输出。首先 KUKA 机器人需要安装 PROFINET 软件包，然后完成PLC 与机器人的通信配置。设置完成后将配置文件下载到机器人柜进行更新，然后对 PLC 和机器人进行通信测试。根据设置的映射地址，机器人强制输入信号 IN 1 在博图中在线查看PLC输出信号 Q22.0 是否接收到，反过来 PLC 强制输入信号 I22.0 看机器人端输出信号 OUT 1 能否接收到，收发测试正常说明组态成功，通信调试完成。3机器人与 PLC 通信实现案例：某智能生产线基料上料站，料盘在伸出位时按下设备上的“启动”按钮，PLC 给机器人$IN 7“机器人取料”信号，机器人先去料盘利用气爪上的物料传感器$IN 11 检测取料位是否有料，检测到物料并取料放到一个固定位置，未检测到物料机器人移动至下一位置取料检测，直到检测到物料或者料盘无料缩回。3.1PLC 程序设计PLC 程序设计是在博图 V15 环境下完成，PLC 给机器人取料信号（$IN 7），当机器人抓取物料快上到安全点后，发送取料完成信号（$OUT 7），将 PLC 给的取料信号复位掉，S7-1200LAD 程序如图 3 所示。3.2机器人程序设计在编写类似的程序时，根据程序的功能和机器人的动作可以将程序划分成一个个子程序，方便编写和调取。料盘上一共有12 个取料位置。将 1 号位置取料的子程序命名为 Pos_1（）、2 号位置取料的子程序命名为 Pos_2（），以此类推 12 号位置取料的子程序命名为 Pos_12（）。机器人等待 PLC 发送的取料信号$IN 7，若传感器$IN 11 检测到有料，则通过发送有料信号，机器人进行取料，完成后向 PLC反馈取料完成信号$OUT 7；若物料，则运动到下一个取料位置。根据程序设置取料顺序进行取料，取料位置 1为例，主要代码如下：DEF Pos_1（）INIWAIT FOR（IN 7）；等待取料信号IF$IN 11=TRUE THENPULSE（$OUT 25，TRUE，1）；发送 1 号位有料信号 1 sPULSE（$OUT 7，TRUE，1）；发送取料完成信号 1 sELSEPULSE（$OUT 38，TRUE，1）；发送 1 号位无料信号 1 sENDIFEND编写好程序逻辑架构，然后通过示教器对取料、等待、放料等工位逐一示教，示教完成后在低速空载下对自动程序进行验证，保证 PLC 与机器人之间的信号正常通信和示教点的合理性，并随时修改不合适的示教点。反复测试无误后带载测试，料盘各取料位置都带料测试，验证无误后调试完成。4结束语PROFINET 通信具有实时性、安全性、低故障的特性，广泛运用于环境恶劣的工业现场。基于智能生产线基料上料站，介绍了西门子 PLC S7-1200 与 KUKA 机器人之间的 PROFINET 通信配置与调试方法。参考文献1王琳，李星鑫.基于 Profibus-DP 总线下的自动化设备系统集成 J.自动化应用，2019（3）：11-13援编辑毕来金图 3S7-1200 LAD 程序輬輴