S7-1200 與KUKA 機器人的PROFIBUS IO 通信

黃楷歌，郭樹青，文 猛，岳玲玲

（1.河南機電職業學院，河南鄭州 451192；2.宇通客車股份有限公司，河南鄭州 450000）

0 引言

工業機器人作為主控制系統，需要與底層設備PLC 進行通信，目前智能生產線控制的思路：主站通過PLC 向工業機器人發送信號，工業機器人接收信號并執行任務，完成任務后向PLC發送反饋信息。PROFINET 通信依靠自身優勢，有效保證了PLC與工業機器人之間的數據傳輸的高效性和穩定性。

1 PROFINET IO 通信介紹

PROFINET 是一種基于以太網標準的工業通信模式，具有可靠的實時性、強大的抗干擾性、高速低成本等優點，是極具競爭力的自動化現場總線。PROFINET 分為PROFINET IO 和PROFINET CBA 兩種。其中，PROFINET IO 用于分布式IO 自動化控制系統，有效實現多個節點之間并行傳輸數據，大大提高了傳輸速率。

PROFINET IO 系統由IO 控制器、IO 設備及IO 監視器3個部分組成：①IO 控制器：PROFINET IO 系統的主站，執行自動化控制任務，同時與連接的現場IO 設備通過輸入和輸出信號實現數據交換；②IO 設備：PROFINET IO 系統的從站，指一個或多個分布式現場設備，例如：遠程IO、機器人等；③IO 監視器：用于調試、監視及診斷的編程設備、HMI 設備及PC 機。

2 S7-1200 與KUKA 通信配置

智能生產線基料上料站，通過西門子PLC S7-1200（CPU 1215C）主站發送信號，KUKA 機器人（KR3 R540）接收信號，將物料從基料盤搬運至AGV 小車送往下一站，等待接收PLC 信號。闡述S7-1200 與KUKA 機器人之間的PROFINET IO 通信配置。

2.1 S7-1200 通信配置

PROFINET IO 總線通信時，組態第三方設備時需要安裝對應設備的GSD 文件。生產商基于標準通信接口開發對應的GSD文件，包括生產廠商和設備的名稱、硬件和軟件的版本狀況等，保證了不同設備之間可以靈活進行PROFINET 通信。

（1）在博途軟件中新建一個項目并打開，點擊上方的菜單欄中的“選項”>“管理通用站描述文件”安裝KUKA 機器人GSD 文件（圖1）。

圖1 安裝GSD 文件

（2）安裝成功后，在右側的“硬件目錄”>“其他現場設備”>“PROFINET IO”>“I/O”>“KUKA Roboter GmbH”選擇“KRC4-ProfiNet_3.3”雙擊添加到“網絡視圖”界面。

3)聯合速度控制能夠有效降低車輛制動的熱量集聚和工作溫度，防止制動器的熱衰退和高溫磨損，有效保護車輛制動器，延長剎車片更換里程，降低了人員的工作強度。

（3）先點擊剛添加的“KRC4”的圖標，然后點擊下方菜單欄中的“屬性”>“PROFINET 接口［X1］”>“以太網地址”將KUKA硬件組件分配到PROFINET 子網中。

（4）修改下面的“IP 協議”中的IP 地址，保證和PLC 地址在同一子網且不沖突。在“PROFINET”中選擇“自動生成PROFINET設備名稱”，自動生成的設備名稱為“KPC4”，修改IP 地址（圖2）。

圖2 修改IP 地址

（5）雙擊“KRC4”的圖標進入KUKA 硬件組件的“設備視圖”，點擊右側的“設備數據”并展開。在這里可以設置PLC 與KUKA機器人之間PROFINET 通信IO 地址。

（6）刪除64 個安全IO。按照以上步驟設置完成后重新編譯下載到PLC。這時下載完成后PLC 因為機器人端的PROFINET通信配置還沒有完成，提示下位組件錯誤而亮紅燈報錯。

2.2 KUKA 機器人通信配置

KUKA 機器人的PROFINET 通信配置需要借助KUKA 的線下編程軟件WorkVisual，它集合了配置、編程、調試和診斷等多種功能。

（1）將編程的電腦、PLC、機器人設置成同一網段。雙擊WorkVisual 圖標，在彈出的“WorkVisual 項目瀏覽器”中點擊“搜索”，搜索到項目后點擊右下角“打開”。

（2）打開項目后，在左側的“項目結構”中選擇打開的項目右鍵“設為激活的控制系統”，在展開的目錄中右鍵“總線結構”點添加，在彈出的窗口里選擇“PROFINET”點擊“OK”。

（3）雙擊左側剛添加的“PROFINET”。因為在PLC 添加的KUKA 硬件組件中刪除了安全IO，所以“Number of safe I/Os”中選擇“0”，下面的“Number of IOs”與PLC 中保持一致為“256”。按照說明對PROFINET 進行設置，其他保持默認。最后點擊“OK”。

（4）在界面的左側欄中選擇“數字輸入端”或者“數字輸出端”，右側欄中點擊上方的“現場總線”然后選擇“PROFINET”進行信號的映射，注意輸入（IN）對輸入（Input）、輸出（OUT）對輸出（Output）。

（5）映射完信號后，首先點擊右上方功能欄中的“生產代碼”，接著點擊“安裝”下載到機器人。

2.3 通信調試

完成S7-1200 與KUKA 機器人之間的PROFINET IO 通信配置，然后進行通信信號的確認工作，保證PLC 與機器人之間能正常實現數據交換。

（1）PLC 的輸出（OUT）對應機器人側的輸入（IN），PLC 輸入（IN）對應機器人側的輸出（OUT）。機器人的信號按照順序依次排列，PLC 側的信號給定的地址頭自動生成地址尾一共256位（bit）。假設給定的PLC 這邊的輸入、輸出地址頭都是22（即從I22.0、Q22.0 開始），則機器人輸入信號$IN［1］～$IN［7］分別對應PLC 輸出信號Q22.0～Q22.6，則PLC 輸入信號I22.0～I22.6 分別對應機器人輸出信號$OUT［1］～ $OUT［7］，以此類推。

（2）在機器人示教器上，可以在主菜單中選擇“顯示”>“輸入/輸出端”>選擇“數字輸入”或者“輸出端”來監控、置位/復位輸入輸出。

首先KUKA 機器人需要安裝PROFINET 軟件包，然后完成PLC 與機器人的通信配置。設置完成后將配置文件下載到機器人柜進行更新，然后對PLC 和機器人進行通信測試。根據設置的映射地址，機器人強制輸入信號IN［1］在博圖中在線查看PLC輸出信號Q22.0 是否接收到，反過來PLC 強制輸入信號I22.0 看機器人端輸出信號OUT［1］能否接收到，收發測試正常說明組態成功，通信調試完成。

3 機器人與PLC 通信實現

案例：某智能生產線基料上料站，料盤在伸出位時按下設備上的“啟動”按鈕，PLC 給機器人$IN［7］“機器人取料”信號，機器人先去料盤利用氣爪上的物料傳感器$IN［11］檢測取料位是否有料，檢測到物料并取料放到一個固定位置，未檢測到物料機器人移動至下一位置取料檢測，直到檢測到物料或者料盤無料縮回。

3.1 PLC 程序設計

PLC 程序設計是在博圖V15 環境下完成，PLC 給機器人取料信號（$IN［7］），當機器人抓取物料快上到安全點后，發送取料完成信號（$OUT［7］），將PLC 給的取料信號復位掉，S7-1200 LAD 程序如圖3 所示。

圖3 S7-1200 LAD 程序

3.2 機器人程序設計

在編寫類似的程序時，根據程序的功能和機器人的動作可以將程序劃分成一個個子程序，方便編寫和調取。料盤上一共有12 個取料位置。將1 號位置取料的子程序命名為Pos_1（）、2 號位置取料的子程序命名為Pos_2（），以此類推12 號位置取料的子程序命名為Pos_12（）。

機器人等待PLC 發送的取料信號$IN［7］，若傳感器$IN［11］檢測到有料，則通過發送有料信號，機器人進行取料，完成后向PLC反饋取料完成信號$OUT［7］；若物料，則運動到下一個取料位置。根據程序設置取料順序進行取料，取料位置1 為例，主要代碼如下：

編寫好程序邏輯架構，然后通過示教器對取料、等待、放料等工位逐一示教，示教完成后在低速空載下對自動程序進行驗證，保證PLC 與機器人之間的信號正常通信和示教點的合理性，并隨時修改不合適的示教點。反復測試無誤后帶載測試，料盤各取料位置都帶料測試，驗證無誤后調試完成。

4 結束語

PROFINET 通信具有實時性、安全性、低故障的特性，廣泛運用于環境惡劣的工業現場。基于智能生產線基料上料站，介紹了西門子PLC S7-1200 與KUKA 機器人之間的PROFINET 通信配置與調試方法。