ABB機(jī)器人與西門子S7-1200 PLC的TCP/IP通信應(yīng)用研究

林景山

關(guān)鍵詞：ABB機(jī)器人；西門子S7-1200；數(shù)據(jù)傳輸；TCP/IP；配置

中圖分類號：TN915.04 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0引言

在智能制造、工業(yè)4.0的產(chǎn)業(yè)背景下，工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場各生產(chǎn)設(shè)備之間要實(shí)現(xiàn)信息的交換互通，才能構(gòu)成一個(gè)協(xié)調(diào)的整體，完成相應(yīng)的生產(chǎn)任務(wù)。本文依托的智能制造單元系統(tǒng)集成應(yīng)用平臺(tái)，是以汽車輪轂零件生產(chǎn)加工為實(shí)踐對象的實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。平臺(tái)由總控、執(zhí)行、工具、數(shù)控加工、打磨、檢測、分揀、倉儲(chǔ)等8個(gè)模塊組成。在該平臺(tái)上可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人相應(yīng)的工作任務(wù)：執(zhí)行單元沿第七軸移動(dòng)，工具單元取放工具，倉儲(chǔ)單元取放輪轂零件，檢測單元做視覺檢測處理，數(shù)控加工單元完成機(jī)床上下料和輪轂零件的數(shù)控加工，打磨單元完成輪轂表面的打磨加工，分揀單元完成輪轂的分揀和上料。平臺(tái)帶有3個(gè)西門子S7-1200 CPU 1212C DC/DC/DC控制器，其中PLC 1作為主控制器，連接各模塊的電氣元件以及接收和反饋機(jī)器人信號，PLC 3控制機(jī)器人第七軸的移動(dòng)。在應(yīng)用中根據(jù)實(shí)際需要，把ABB機(jī)器人作為整個(gè)生產(chǎn)流程的主控，通過各個(gè)模塊間的信號交互，實(shí)現(xiàn)汽車輪轂零件的智能化生產(chǎn)。其中，ABB機(jī)器人、PLC（可編程邏輯控制器）、機(jī)器視覺之間要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)傳輸，三者之間如何實(shí)現(xiàn)信息穩(wěn)定、有效互通是本文重點(diǎn)介紹的內(nèi)容。

1數(shù)據(jù)傳輸方式的選擇

實(shí)現(xiàn)ABB機(jī)器人與西門子S7-1200 PLC之間數(shù)據(jù)的正常傳輸，通常有3種方式：I/O連接傳輸方式、Profinet通信傳輸方式、TCP/IP通信傳輸方式。I/O連接傳輸方式實(shí)時(shí)性好、穩(wěn)定性強(qiáng)、通信簡單直觀，但連接費(fèi)時(shí)、場地大、后期維護(hù)麻煩，更重要的是數(shù)據(jù)傳輸容量小，適用于數(shù)據(jù)傳輸量小、實(shí)時(shí)性要求高的項(xiàng)目。Profinet通信傳輸方式實(shí)時(shí)性好，數(shù)據(jù)傳輸量比I/O連接傳輸方式大，通過網(wǎng)線傳輸接線簡單易維護(hù)，但硬件要求高，適用于具備Profinet通信功能且實(shí)時(shí)性要求高的項(xiàng)目。TCP/IP通信傳輸方式數(shù)據(jù)傳輸量大、接線簡單易維護(hù)、硬件要求簡單，特別適用于數(shù)據(jù)傳輸量大且實(shí)時(shí)性要求不高的項(xiàng)目。

本項(xiàng)目中，ABB機(jī)器人要與外界設(shè)備進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)交換，根據(jù)應(yīng)用情況采用了不同的通信方式。

（1）與第七軸控制器PLC 3通信用I/O連接傳輸方式。

（2）與下位控制器PLC 1之間有兩種通信方式：①下發(fā)指令與接收PLC 1反饋信號，因?yàn)閿?shù)據(jù)傳輸量小、實(shí)時(shí)性要求高，采用I/O連接傳輸方式，但需要在機(jī)器人上配置基于DeviceNet的擴(kuò)展I/O模塊；②輪轂信息傳輸，因數(shù)據(jù)量大和對實(shí)時(shí)性要求不高，選用TCP/IP通信傳輸方式。

（3）與機(jī)器視覺系統(tǒng)通信采用TCP/IP通信傳輸方式。

2硬件配置

硬件選用：ABB機(jī)器人IRB120（系統(tǒng)要安裝616-1 PC interface選項(xiàng)），TP-LINK的8口交換機(jī)，控制器是S7-1200 CPU 1212C DC/DC/DC，機(jī)器視覺系統(tǒng)采用歐姆龍F(tuán)H-L550型號控制器。

上述設(shè)備之間的以太網(wǎng)連接：ABB機(jī)器人的WAN口、機(jī)器視覺系統(tǒng)的Ethemet口、PLC的Profinet網(wǎng)口都直連交換機(jī)，并采用相同網(wǎng)段。本項(xiàng)目采用192.168.0網(wǎng)段，具體網(wǎng)絡(luò)連接如圖1所示。

3參數(shù)配置

3.1 PLC參數(shù)配置

本項(xiàng)目PLC采用西門子S7-1200系列，在西門子博途編程軟件里，創(chuàng)建tong函數(shù)塊，在函數(shù)塊里調(diào)用兩個(gè)開放式通信指令，發(fā)送指令TSEND C與接收指令TRCV C，如圖2所示。

當(dāng)機(jī)器人發(fā)送數(shù)據(jù)過來，TRCV C執(zhí)行完成，輸出DONE端的Zl為1時(shí)，接通TSEND C指令。“TX”.RB變量是PLC用來存儲(chǔ)ABB機(jī)器人發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，“TX”.PB變量是PLC用來存儲(chǔ)發(fā)送給機(jī)器人的數(shù)據(jù)，兩個(gè)變量均為數(shù)組類型，分別存儲(chǔ)200個(gè)byte類型數(shù)據(jù)。將ADHOC設(shè)定為1，以接收不定長度數(shù)據(jù)。指令組態(tài)如圖3所示。本地端點(diǎn)選PLC 1，網(wǎng)址是192.168.0.1，本地端口號采用2000。伙伴是機(jī)器人，網(wǎng)址是192.168.0.100，本項(xiàng)目是機(jī)器人主動(dòng)建立連接。

3.2 ABB機(jī)器人參數(shù)配置

機(jī)器人與PLC、機(jī)器視覺的通信參數(shù)配置步驟如下：由機(jī)器人示教器菜單進(jìn)入，選控制面板—配置—主題（選Communication）—IP Setting—添加名稱為TX的通信，網(wǎng)址設(shè)為192.168.0.100，如果通信網(wǎng)口用WAN口，就選WAN口，如圖4所示。

4機(jī)器人通信程序編寫

本項(xiàng)目中ABB機(jī)器人需要分別與PLC和機(jī)器視覺實(shí)現(xiàn)通信，但同一個(gè)時(shí)間段內(nèi)只能連接一個(gè)，所以需創(chuàng)建機(jī)器人與PLC通信程序lj、中斷程序zd、中斷開關(guān)程序zdkg和機(jī)器人與機(jī)器視覺通信程序jc。另外需分別創(chuàng)建能存儲(chǔ)200個(gè)byte類型數(shù)據(jù)的數(shù)組變量send（發(fā)送數(shù)據(jù)變量）和recv（接收數(shù)據(jù)變量），兩種數(shù)組變量與PLC處的傳輸數(shù)據(jù)大小、類型一致。

4.1機(jī)器人與PLC通信程序

機(jī)器人在開始運(yùn)行時(shí)，首先要執(zhí)行l(wèi)j程序，用來與PLC建立連接，并且每隔0.2 s連接一次zd程序。zd程序用來向PLC定時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，當(dāng)與PLC通信連接發(fā)生錯(cuò)誤（ERROR）時(shí)，執(zhí)行zdkg2和zdkg1程序，再執(zhí)行TRYNEXT（故障處理指令）語句來嘗試重新連接。通過以上3個(gè)程序機(jī)器人實(shí)現(xiàn)每隔0.2 s定時(shí)向PLC發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。具體程序如圖5所示。

ITimer是定時(shí)中斷指令，設(shè)定為每隔0.2s執(zhí)行一次intnol中斷。CONNECT指令將intnol與中斷程序zd相連。SocketCreate指令用來連接相應(yīng)的IP地址。ISleep指令解除一個(gè)中斷。IWatch指令激活一個(gè)中斷。

4.2機(jī)器人與機(jī)器視覺通信程序

本項(xiàng)目中，機(jī)器人需要與機(jī)器視覺通信，其通信采用無協(xié)議TCP方式。機(jī)器人執(zhí)行jc程序，該程序里先執(zhí)行zdkg 2指令，該條指令實(shí)現(xiàn)ISleepintnol解除中斷intnol，SocketClose sockitl關(guān)閉套接字1，也就是暫時(shí)斷開機(jī)器人與PLC的連接。jc程序的zdkg2指令執(zhí)行后，連接套接字2，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后再關(guān)閉套接字sockit2。最后執(zhí)行jc程序的zdkg1，重新連接套接字1，IWatch intnol激活中斷。具體程序如圖6所示。

5結(jié)語

采用TCP/IP通信傳輸方式，給工程帶來了很多便利，在項(xiàng)目中不需要配置額外的I/O硬件。另外，相較于Profinet通信傳輸方式，TCP/IP通信傳輸方式雖然在實(shí)時(shí)性上稍差，但卻在大容量數(shù)據(jù)傳輸上有著明顯優(yōu)勢。本項(xiàng)目中，機(jī)器人采用一根網(wǎng)線通過交換機(jī)分別與多個(gè)現(xiàn)場設(shè)備（如工業(yè)相機(jī)、PLC等）實(shí)現(xiàn)通信，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，接線簡單，故值得推薦應(yīng)用。