摘要：本文對(duì)ABB IRB120系列工業(yè)機(jī)器人與西門子S7-1200系列PLC之間進(jìn)行PROFINET通訊的配置過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。重點(diǎn)介紹了通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的硬件組成、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及通訊兩端設(shè)備中相關(guān)參數(shù)設(shè)置等關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。

　　0 引言

　　IRB 120是ABB Robotics最新一代6軸工業(yè)機(jī)器人中的一員，有效載荷達(dá) 3 kg，專為使用基于機(jī)器人的柔性自動(dòng)化的制造行業(yè)(例如 3C 行業(yè))而設(shè)計(jì)。該機(jī)器人為開放式結(jié)構(gòu)，特別適合于柔性應(yīng)用，并且可以與外部系統(tǒng)進(jìn)行廣泛通信[1]。

　　西門子S7-1200系列PLC使用靈活、功能強(qiáng)大，可用于控制各種各樣的設(shè)備以滿足自動(dòng)化需求。S7-1200設(shè)計(jì)緊湊、組態(tài)靈活且具有功能強(qiáng)大的指令集，其中CPU將微處理器、集成電源、輸入和輸出電路、內(nèi)置PROFINET、高速運(yùn)動(dòng)控制 I/O以及板載模擬量輸入組合到一個(gè)設(shè)計(jì)緊湊的外殼中來(lái)形成功能強(qiáng)大的控制器[2]。S7-1200集成的PROFINET接口用于與編程計(jì)算機(jī)、HMI(人機(jī)界面)、其他PLC或者設(shè)備通訊，還可以作PROFINET IO系統(tǒng)張總的IO控制器和IO設(shè)備[3]。

　　1 通訊系統(tǒng)組成

　　本系統(tǒng)采用西門子S7-1200系列PLC為控制系統(tǒng)核心，CPU為1214C DC\DC\DC。PLC與ABB公司的IRB 120系列工業(yè)機(jī)器人通過(guò)PROFINET通訊協(xié)議進(jìn)行通訊，可直接使用工業(yè)以太網(wǎng)線通過(guò)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)連接到PLC本體模塊上的PROFINET接口和ABB機(jī)器人側(cè)IRC5 Compact(簡(jiǎn)稱IRC5C)控制器上的通訊接口X5(LAN3 10/100/1000)。在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中還連接了一臺(tái)PC，用來(lái)對(duì)PLC和機(jī)器人控制器進(jìn)行參數(shù)配置、網(wǎng)絡(luò)設(shè)置、程序編寫及監(jiān)控等功能，在整個(gè)通訊系統(tǒng)中PLC為控制器，機(jī)器人為從站設(shè)備，該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如下圖1所示。

　　圖1 通訊系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組成

　　2 PROFINET通訊協(xié)議的應(yīng)用配置

　　2.1 PLC端設(shè)置

　　西門子S7-1200系列PLC的硬件組態(tài)以及編程調(diào)試軟件為TIA Portal，在進(jìn)行通訊系統(tǒng)配置參數(shù)之前需要導(dǎo)入ABB Robot的GSD文件。GSD文件(Generic Station Description file)是通用站點(diǎn)描述文件的簡(jiǎn)稱，顧名思義，只有涉及到PROFIBUS DP或者PROFINET IO通訊才使用GSD文件。本系統(tǒng)由于使用PROFINET通訊，因此需要在PLC硬件組態(tài)中添加ABB工業(yè)機(jī)器人的GSD文件，該GSD文件可以在ABB官方網(wǎng)站以及設(shè)備供應(yīng)商處獲得。在硬件目錄里找到Robot 設(shè)置，如下圖2所示。

　　圖2 添加Robot模塊

　　接著繼續(xù)添加I/O模塊，默認(rèn)配置中是不分配實(shí)際地址的，待配置完成后，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)分配地址，在這里要選擇DI 128 bytes和DO 128bytes，也就是配置的輸入和輸出通訊數(shù)量為128個(gè)字節(jié)，如下圖3所示。

　　圖3 配置機(jī)器人IO模塊

　　然后將ABB Robot PNIO設(shè)置分配到網(wǎng)絡(luò)中，給Robot分配到主控制器PLC的通訊網(wǎng)絡(luò)中：

　　(1)分配 PROFINET name，記得要與Robot端配置的一致;

　　(2)配置PROFINET IP Address，記得要與Robot端配置的保持一致，如下圖4所示。

　　圖4 分配Robot地址

　　接著，右鍵機(jī)器人圖標(biāo)選擇將IO設(shè)備名稱定入到MMC卡中，如下圖5所示。

　　圖5 分配Robot設(shè)備

　　然后，為網(wǎng)絡(luò)中的Robot分配設(shè)備名稱，如下圖6所示。

　　圖6 設(shè)置Robot名稱

　　需要注意的是必須在網(wǎng)絡(luò)中找到一樣的設(shè)備，才能分配名稱。最后，將該硬件配置下載到PLC中，如果PLC ERROR燈不報(bào)錯(cuò)，說(shuō)明配置成功，如下圖7所示。

　　圖7 下載配置文件

　　最后，可以在PLC端監(jiān)視Robot PROFINET上分配的I/O地址，在本系統(tǒng)中是I68至195(128個(gè)字節(jié));Q5至132(128個(gè)字節(jié))，要與Robot中的地址相對(duì)應(yīng); 即PLC中IB68對(duì)應(yīng)的Robot中的模擬量輸出8至15;PLC中IB69對(duì)應(yīng)的Robot中的模擬量輸出0至7(因?yàn)楦叩臀诲e(cuò)位)，其它的以此類推。

　　另外，可以能過(guò)RDREC和 WRREC指令來(lái)診斷PROFINET通訊的連接狀態(tài)。關(guān)于這二個(gè)指令的用法，請(qǐng)參考手冊(cè)。

　　2.2 ABB Robot通訊配置。

　　ABB工業(yè)機(jī)器人飛編程和調(diào)試以及虛擬仿真的軟件是RobotStudio，本文將在該軟件中對(duì)機(jī)器人進(jìn)行相關(guān)配置。在PC端打開RobotStudio軟件，連接到Robot中，先配置“Unit Type”，如下圖7所示。注意：在這里配置與PLC通訊時(shí)的Input size和Output size，這里是128個(gè)byte。如下圖8、圖9所示。

　　圖8 配置Robot Unit type參數(shù)

　　圖9 Robot IO模塊容量

　　接著，配置“Unit”，如下圖10、圖11所示。注意：需要用到“Unit Type”里配置的參數(shù)。

　　圖10 配置Unit

　　圖11 Unit type

　　接著配置“Bus”，如下圖12、圖13所示。

　　注意：在這里PROFINET通訊使用的是Robot控制器中的LAN3網(wǎng)絡(luò)口;所以在配置時(shí)需要選擇Lan Port口;如果單獨(dú)配置PROFINET通訊卡，需要另外選擇通訊通道。在這里IP Address地址一定要注意，不能和Robot里L(fēng)an Port口己有的地址沖突，如Robot Lan口配置的IP Address是192.168.10.1(可以在示教器里看到，也就是RobotStudio軟件里連接的Robot主機(jī)地址)，因此，我們給PROFINET配置的IP Address是192.168.10.199，這個(gè)地址為Robot PROFINET Address;也就是說(shuō)Robot Lan port上配置有兩個(gè)地址;一個(gè)是編程和調(diào)試用的(如192.168.10.1，一個(gè)PROFINET地址,如192.168.10.199);這二個(gè)IP address不能一樣，否則通訊會(huì)報(bào)錯(cuò)，連接不到主機(jī)。

　　“Station name”這個(gè)選項(xiàng)是用來(lái)與PLC通訊時(shí)的PROFINET I/O子站的名稱，必須與PLC配置的一樣。

　　完成以上的配置后，Robot端的通訊的參數(shù)設(shè)置基本完成。

　　圖12 配置 Bus

　　圖13 配置Robot的IP地址

　　下面是設(shè)置PROFINET 通訊的I/O地址;就DI/DO/AI/AO來(lái)分別設(shè)置，如下圖14所示。

　　注意：Robot PROFINET通訊地址為一個(gè)WORD，但高8位與低8位是錯(cuò)位的，即如果Robot的地址0至15位與PLC的地址IW68是對(duì)應(yīng)的，但實(shí)際是0至7位對(duì)應(yīng)的是IB69;8~15位對(duì)應(yīng)的是IB68;因此，需要PLC端對(duì)高低位進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這一點(diǎn)在進(jìn)行配置時(shí)需要特別注意，否則會(huì)出現(xiàn)通訊數(shù)據(jù)錯(cuò)亂的問題。

　　圖14 添加Robot IO映射配置

　　3 結(jié)束語(yǔ)

　　PLC和工業(yè)機(jī)器人采用了PROFINET通訊控制網(wǎng)絡(luò)形式之后，整個(gè)系統(tǒng)不僅接線變簡(jiǎn)單，而且運(yùn)行穩(wěn)定，通訊速度快，操作配置參數(shù)簡(jiǎn)單，反饋的信息全面，可以實(shí)時(shí)掌握機(jī)器人的各種狀態(tài)信息。本系統(tǒng)還可以用于西門子S7-1500系列PLC和ABB其他系列工業(yè)機(jī)器人的通訊測(cè)試實(shí)驗(yàn)，不需要任何附加的設(shè)備即可對(duì)西門子PLC和機(jī)器人的通訊功能進(jìn)行測(cè)試，節(jié)省了成本和工作量，具有一定的實(shí)際意義，可用于實(shí)際工程中。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] ABB.產(chǎn)品規(guī)格-IRB120 IRC5.[Z]. 3HAC035960-010 修訂：W，2022:9-10.

　　[2] 西門子.西門子S7-1200可編程控制器系統(tǒng)手冊(cè)[Z].V4.2, 09/2016，2016:29.

　　[3] 廖常初.S7-1200/1500 PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2017:1-220.

　　作者簡(jiǎn)介：崔文(1987-)，男，河北省唐山市，碩士，自動(dòng)控制工程師，助教，研究方向?yàn)楣I(yè)控制與智能制造。

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