羅淼， 鞏虎軍， 金書騁

(浙江吉利控股集團杭州灣公司，浙江 寧波 315336)

0 引 言

ABB機器人作為主流的工業(yè)機器人，提供了標準的專業(yè)接口，這讓集成工作變得簡單[1]。IRB6640是六軸大型機器人，其擁有較高的承重能力，是眾多重型物料搬運應用的理想之選，并繼承了優(yōu)異的慣性曲線特性，融合了第二代TrueMoveTM和QuickMoveTM技術，運動精度更高，進一步縮短了編程時間、優(yōu)化了工藝效果[2]。

S7-300是模塊化的中型PLC，適用于中等控制要求的場合。種類繁多的CPU模塊、信號模塊、功能模塊等能滿足各種自動化領域的控制要求。型號中帶PN的CPU模塊帶有集成的現(xiàn)場總線PROFINET接口，可以直接與觸摸屏、計算機或其他CPU通信，而不需要額外的通信模塊[3]。

PROFINET是基于工業(yè)以太網(wǎng)的開放式現(xiàn)場總線，與PROFIBUS相比，具有傳輸速率高、功能更完善、抗干擾能力更強、使用更方便等優(yōu)點[4]。由于PROFINET可以全面的支持IT技術，能夠更好地融入到企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)中，這為工業(yè)控制領域提供了一個完整的網(wǎng)絡化的解決方案[5]。

1 系統(tǒng)簡介

為了有效利用資源，利用閑置設備組建一個新的工件搬運系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要是為了將焊接好的地板搬運至總拼工位，讓其與機艙進行搭接。前后地板焊接完成之后，夾具打開，PLC根據(jù)夾具打開到位信號和地板在該工位的物料檢測信號，給機器人發(fā)送開始指令，讓機器人進行搬運。機器人運動至搬運位置，抓具上的物料檢測傳感器感應到后，通過EX245控制抓具上的氣缸動作，抓具夾緊，對地板開始進行搬運。待總拼工位放料架上的物料檢測傳感器檢測不到工件后，機器人運動至放料架附近釋放工件。隨后，機器人返回原點位置，等待下一次搬運。其設計流程如圖1所示。在搬運過程中，可以通過觸摸屏對整個搬運過程進行監(jiān)控。

圖1 機器人運動流程圖

該系統(tǒng)中PLC(CPU315-2PN/DP)與機器人(IRB6640)、PLC與觸摸屏(MP377 12 Touch)、機器人與EX6245之間都是采用Profinet總線進行通信的，從而達到機器人與周圍設備之間進行相互協(xié)作的目的，從而更好地完成搬運地板的工作任務。

為了使機器人能進行Profinet通信，在機器人主計算機PCI插槽中，安裝有DSQC678(CP1616)通信板。本系統(tǒng)采用Step7對PLC、觸摸屏、機器人(CP1616)、EX245進行硬件組態(tài)，并通過PLC程序和觸摸屏界面對整個系統(tǒng)運行情況進行監(jiān)控，利用Robot.studio5.15對機器人信號進行配置、程序進行編寫。

2 系統(tǒng)設計

2.1 硬件組態(tài)

2.1.1PLC端的硬件組態(tài)

在Step7中插入S7-300PLC站點，在硬件組態(tài)界面以CP1616作為Profinet I/O從站，PLC作為主站，PLC的IP地址設為192.168.0.1。并將CP1616設備名稱改為Robot，其固件版本號可在機器人示教器中的系統(tǒng)信息中找到，也可詢問廠家相關人員[6]。本系統(tǒng)中采用的是V2.2版本，并加入了相應的字節(jié)數(shù)，如圖2所示。待編譯保存后，將組態(tài)下載到PLC中。

圖2 PLC端硬件組態(tài)圖

2.1.2機器人主計算機端的硬件組態(tài)

在Step7中插入SIMATIC PC站點，拽入CP1616作為Profinet I/O主站，控制抓具的EX245為Profinet I/O從站。導入EX245的支持Profinet的GSD文件，設置CP1616的IP地址為192.168.0.2，EX245的IP地址為192.168.0.3，將CP1616的設備名稱改成與PLC中的一致，為Robot。在EX245中，加入所需的輸入輸出字節(jié)，具體如圖3所示。待組態(tài)編譯保存后，通過網(wǎng)線，一端插入計算機網(wǎng)口，一端插入CP1616的網(wǎng)口，下載到機器人中。

圖3 機器人端硬件組態(tài)圖

2.1.3觸摸屏端的硬件組態(tài)

在Step7軟件中插入HMI站點，在網(wǎng)絡視圖中對其進行組態(tài)，連接到Profinet網(wǎng)絡中，編譯保存后將HMI站點下載到觸摸屏中。 組態(tài)完成后的網(wǎng)絡視圖如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)設備網(wǎng)絡視圖

2.2 系統(tǒng)信號設置

系統(tǒng)中，信號的交互存在于PLC與機器人、PLC與觸摸屏、機器人與EX245之間；其中與機器人有關的交互信號如表1、表2所示。機器人的輸入對應著PLC的輸出，機器人的輸出對應著PLC的輸入，根據(jù)組態(tài)時的地址，進行一一對應。

表1 機器人與PLC的交互信號表

表2 機器人與EX245的交互信號表

2.3 程序編寫

2.3.1觸摸屏界面設計

利用觸摸屏能很好的對整個系統(tǒng)進行監(jiān)控，實時了解系統(tǒng)運行情況。機器人處于正常的運行狀態(tài)下，界面上相應的監(jiān)控點會顯示綠色。當出現(xiàn)異常時，對應的監(jiān)控點會出現(xiàn)紅色，起到提示作用。圖5展示的是機器人在原點，焊接(搬運)工位正在焊接，總拼工位物料架上放有工件時的監(jiān)控界面。

圖5 觸摸屏監(jiān)控界面

2.3.2PLC程序設計

PLC程序控制著整個系統(tǒng)的運行，是系統(tǒng)集成化的核心，其主要通過信號來控制機器人的運動，相關控制流程如圖6所示。在系統(tǒng)中，通過單擊觸摸屏上的啟動按鈕，系統(tǒng)開始自動運行，并給機器人發(fā)送系統(tǒng)輸入上電信號motor_on，機器人上電后，給PLC發(fā)送系統(tǒng)輸出信號motor_on_state，反饋其已在上電狀態(tài)。當機器人處在自動模式時，給PLC發(fā)送系統(tǒng)輸出信號auto_on。觸摸屏上的停止按鈕能停止系統(tǒng)的運行，使機器人掉電，中斷機器人的運行。單擊觸摸屏上的復位按鈕，能對機器人發(fā)送錯誤復位信號，方便對機器人進行處理。

圖6 PLC控制流程圖

2.3.3機器人程序設計

在機器人上裝好抓具并將各線路連接好以后，采用RobotStudio軟件建立系統(tǒng)，注意勾選“Profinet I/O”。建立好坐標系之后，就開始進行信號的配置。首先進行“Unit”配置，建立與PLC通信的單元時，選擇的單元類型為“PN_INTERNAL_SLAVE”，選擇的總線類型為“Profinet1”。建立與EX245通信的單元時，選擇的單元類型為“PN_GENERIC”，選擇的總線類型為“Profinet1”，其“PROFINET Address”值應與組態(tài)時的設備編號一致。根據(jù)表1和表2，對相關信號進行配置。選取空間某一點作為機器人原點，新建例行程序，在例行程序中以此點為中心定義一個球形安全區(qū)，當機器人進入該球形區(qū)域便會向PLC發(fā)出do_02，并在Event Routine中進行關聯(lián)設置。機器人主程序如圖7所示。

PROC main()

InitAll;

WHILE TRUE DO

VelSet 80, 4000;

AccSet 80, 80;

Reset do_05;

IF di_07 = 1 THEN

grip_worker;

move_routine1;

WaitUntil di_08;

move_routine2;

release_worker;

move_routine3;

TPErase;

PulseDOPLength:=2, do_05;

WaitTime 0.5;

ENDIF

ENDWHILE

ENDPROC

圖7機器人主程序圖

InitAll是初始化例行程序，對相關信號和機器人位置進行初始化。grip_worker是抓件例行程序，用于工件的抓取。move_routine1、move_routine2和move_routine3是機器人移動例行程序，從抓件位置運動到放件位置，到最后回到原點。release_worker是放件例行程序，用于進行工件的放置。

3 結束語

Profinet能夠快速、安全地傳輸大量的數(shù)據(jù)信息，非常適合工業(yè)現(xiàn)場的使用[7]。文中重點介紹了基于Profinet的機器人與PLC、PLC與觸摸屏、機器人與EX245之間的通信配置和信號交互。該系統(tǒng)經(jīng)過現(xiàn)場實踐，能夠很好地完成搬運任務，也能廣泛應用于機器人與PLC的交互系統(tǒng)中。