1 引言

隨著中國(guó)工業(yè)的崛起，對(duì)工業(yè)設(shè)備的生產(chǎn)效率和焊接質(zhì)量，以及焊接設(shè)備的可靠性、穩(wěn)定性提出了更高的要求。裝配焊接線是生產(chǎn)線上最重要的一部分，焊接分為人工焊接和機(jī)器人焊接兩種方式。為了提高焊接效率和產(chǎn)品質(zhì)量，設(shè)備的關(guān)鍵部位通常采用焊接機(jī)器人操作，機(jī)器人定位準(zhǔn)確、焊接和沖孔精度高、質(zhì)量穩(wěn)定，而且可在人工難以操作的部位出色地完成焊接。

焊接機(jī)器人生產(chǎn)線早期只是把多臺(tái)工作站（單元）用工件輸送線連接起來(lái)組成一條生產(chǎn)線。這種生產(chǎn)線仍然保持單站的特點(diǎn)，即每個(gè)站只能用焊接機(jī)器人的程序來(lái)焊接預(yù)定的工件，在更改程序的一段時(shí)間內(nèi)，這條線是不能焊其他工件的，從而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)復(fù)用率低、布線復(fù)雜、調(diào)試和維護(hù)系統(tǒng)的成本高等缺點(diǎn)。CAN總線的推出使得系統(tǒng)布線得到最大程度的改善，基于CAN總線應(yīng)用層的DeviceNet協(xié)議更是改變了設(shè)備與控制系統(tǒng)之間的通信方式，提高生產(chǎn)線的復(fù)用率、減少設(shè)備維護(hù)成本。

本期文章將介紹如何利用XGate-DVN10模塊設(shè)計(jì)一款基于DeviceNet從站協(xié)議的焊接機(jī)器人通信模塊。

2 XGate-DVN10簡(jiǎn)介

廣州致遠(yuǎn)電子有限公司長(zhǎng)期致力于DeviceNet產(chǎn)品的研發(fā)，推出了一款非常易于使用、穩(wěn)定可靠的DeviceNet從站協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊——XGate-DVN10。圖1所示為XGate-DVN10應(yīng)用簡(jiǎn)圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。作為通用DeviceNet從站設(shè)備，其內(nèi)部已經(jīng)集成了從站協(xié)議棧代碼，且所有功能均通過(guò) ODVA的一致性測(cè)試軟件（A21）的測(cè)試，保證了與其他DeviceNet設(shè)備的良好兼容性。

圖1 XGate-DVN10應(yīng)用簡(jiǎn)圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

XGate-DVN10為DIP24封裝，擁有較小的占位面積(6 cm2)，使其更容易集成到用戶設(shè)備中。其硬件設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，用戶只需要將模塊嵌入到焊接機(jī)器人中，與CPU的串口連接即可完成設(shè)計(jì)。

3 使焊接機(jī)器人具有DeviceNet功能

現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的焊接機(jī)器人絕大部分不具有現(xiàn)場(chǎng)總線接口（DeviceNet），有些設(shè)備雖然在性能及價(jià)格上都優(yōu)于國(guó)外的同類產(chǎn)品，但是都無(wú)法替代它們，歸根結(jié)底就是在設(shè)備的通信方式上未跟上國(guó)外的步伐。以下提供一種在現(xiàn)有焊接機(jī)器人控制部分不變的情況下，使焊接機(jī)器人快速實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的DeviceNet從站通信能力的方法。

3.1 焊接機(jī)器人DeviceNet通信接口硬件設(shè)計(jì)

在機(jī)器人的控制系統(tǒng)中，用戶只需提供一路串口和XGate-DVN10進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)總線上機(jī)器人的I/O數(shù)據(jù)與控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互，其硬件設(shè)計(jì)框圖如圖2所示。

圖2 XGate設(shè)計(jì)框圖

下文主要介紹如何為焊接機(jī)器人添加總線接口，控制器選用經(jīng)典的51系列單片機(jī)P89V51RD2。

圖3所示為XGate-DVN10與MCU之間的連接原理圖，通常情況下只需要連接通信接口（UART）和 XGate-DVN10的中斷輸出信號(hào)，就可與模塊進(jìn)行正常的通信。在特殊情況下，可連接模塊的復(fù)位線至控制器的I/O端口，以方便控制XGate-DVN10復(fù)位。

圖3 控制器與XGate-DVN10連接電路設(shè)計(jì)

圖4所示為XGate-DVN10的CAN總線連接原理圖。為了使設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單，CAN收發(fā)器使用了CTM8251T模塊，該模塊集成了CAN收發(fā)器、電氣隔離、TVS總線保護(hù)等措施，從而使CAN總線通信更加穩(wěn)定可靠。

圖4 XGate-DVN10與CAN網(wǎng)絡(luò)連接電路設(shè)計(jì)

3.2 焊接機(jī)器人DeviceNet通信接口軟件設(shè)計(jì)

XGate-DVN10支持 DeviceNet規(guī)范的 4種連接類型（位選通、輪詢、狀態(tài)改變/循環(huán)），并為每種連接方式分配了最大I/O報(bào)文為128 B的內(nèi)存。內(nèi)存視圖如圖5所示。XGate-DVN10協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊的內(nèi)存區(qū)大小可由用戶自定義，用戶可以根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，選擇合適的連接類型和支持的I/O報(bào)文長(zhǎng)度。

圖5 XGate-DVN10內(nèi)存視圖

以輪詢連接方式為例，I/O數(shù)據(jù)生產(chǎn)消費(fèi)長(zhǎng)度都為8 B，I/O信息可包含電流值、電壓值、焊接時(shí)間、焊接坐標(biāo)等等，結(jié)構(gòu)定義如表1所示。用戶只需要把控制數(shù)據(jù)寫入到XGate-DVN10輪詢數(shù)據(jù)輸入存儲(chǔ)區(qū)，XGate-DVN10就會(huì)按照DeviceNet協(xié)議的定義對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析處理。同樣來(lái)自DeviceNet網(wǎng)絡(luò)中控制信息也會(huì)經(jīng)過(guò)解析之后存放于輪詢數(shù)據(jù)輸出區(qū)，用戶只需要讀出即可。

表1 輪詢I/O數(shù)據(jù)

為了方便用戶快速可靠地實(shí)現(xiàn)通信，廣州致遠(yuǎn)電子有限公司提供了XGate-DVN10串口協(xié)議的驅(qū)動(dòng)源碼。用戶程序軟件流程如圖6所示。當(dāng)XGate-DVN10的輸出內(nèi)存區(qū)接收到DeviceNet網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)之后就會(huì)立即向用戶MCU產(chǎn)生一個(gè)中斷，此時(shí)用戶可以通過(guò)UART發(fā)送相關(guān)命令字讀取輪詢連接的數(shù)據(jù)內(nèi)容。

圖6 XGate-DVN10軟件設(shè)計(jì)流程圖

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)以上步驟，我們快速地實(shí)現(xiàn)了對(duì)焊接機(jī)器人添加DeviceNet通信接口，輕松地實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)有的焊接機(jī)器人設(shè)備的升級(jí)，并能與國(guó)外同等設(shè)備進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)。相信在XGate-DVN10的幫助下，能使你獲得更大的成功。

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