劉涵茜

（蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，蘇州 215000）

0 引言

傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境已經(jīng)不能適應(yīng)生產(chǎn)力的需求，各自獨(dú)立的生產(chǎn)檢測系統(tǒng)會造成系統(tǒng)資源分配不合理的問題，于是出現(xiàn)了分布式系統(tǒng)，但是，大部分分布式系統(tǒng)都在同一個(gè)生產(chǎn)現(xiàn)場，還僅僅限于局域網(wǎng)之內(nèi)具有一定的地域局限性，而通過采用以太網(wǎng)訊的方式，就可以對遠(yuǎn)端的現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)視和控制。在“工業(yè)4.0”的發(fā)展趨勢下，未來的生產(chǎn)模式需要高度靈活的個(gè)性化和數(shù)字化，而工業(yè)機(jī)器人是制造業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化和信息化的重要載體。未來時(shí)代，工程師不管身處何地，都將能夠通過網(wǎng)絡(luò)能夠監(jiān)視、控制、診斷、修復(fù)生產(chǎn)現(xiàn)場的設(shè)備。本文通過以Internet網(wǎng)絡(luò)連接為基礎(chǔ)的通訊方式，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場機(jī)械手的遠(yuǎn)程操控和監(jiān)視。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

愛普生機(jī)械手的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)兩大功能，一是可以通過管理計(jì)算機(jī)對機(jī)械手進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，二是可以通過網(wǎng)絡(luò)攝像頭對機(jī)械手進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視。本次項(xiàng)目中選用了賽遠(yuǎn)S302系列通訊模塊作為遠(yuǎn)程通訊的媒介，將現(xiàn)場攝像頭、西門子S7-1200 PLC以及監(jiān)控端的管理計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接，網(wǎng)絡(luò)連接成功后，監(jiān)控端的計(jì)算機(jī)可呈現(xiàn)機(jī)械手的現(xiàn)場畫面并對其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。該監(jiān)視系統(tǒng)自帶的軟體可以對攝像頭進(jìn)行云臺控制，實(shí)現(xiàn)攝像頭的旋轉(zhuǎn)、鏡頭的拉伸和對焦等功能。我們通過“易控”軟件設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)械手的控制界面，通過PLC程序的編寫，間接控制機(jī)械手的上電、急停、復(fù)位、開始等功能。至于機(jī)械手的運(yùn)動軌跡，則是用EPSON RC+5.0專用軟體進(jìn)行程序的編制。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

1.2 系統(tǒng)控制要求

1）管理員通過遠(yuǎn)程管理計(jì)算機(jī)可以對現(xiàn)場機(jī)械手的運(yùn)作進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并可對攝像頭的角度、焦距等進(jìn)行調(diào)節(jié)；

2）點(diǎn)擊遠(yuǎn)程管理計(jì)算機(jī)操作畫面的“上電”按鈕，控制現(xiàn)場的機(jī)械手控制器上電開機(jī)；

3）在機(jī)械手上電的情況下，點(diǎn)擊遠(yuǎn)程管理計(jì)算機(jī)操作畫面的“復(fù)位”按鈕，機(jī)械手進(jìn)行回原點(diǎn)動作；

4）在任何情況下點(diǎn)擊遠(yuǎn)程管理計(jì)算機(jī)操作畫面的“急?！卑粹o，機(jī)械手控制器立即斷電，機(jī)械手立即停止動作。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)的硬件選型

2.1 工業(yè)機(jī)器人本體

本項(xiàng)目采用了愛普生C3機(jī)器人，該系列的機(jī)器人無論是在循環(huán)時(shí)間、重復(fù)定位精度和運(yùn)動范圍方面都有著不俗的表現(xiàn)，EPSON-C3手臂采用纖細(xì)線性設(shè)計(jì)，使其能柔和動作，能在有限工作空間多角度作業(yè)。C3具有纖細(xì)的機(jī)身和緊湊的手腕，能確保其達(dá)到最大的運(yùn)動范圍。較少的機(jī)械限制則使此款機(jī)器人適合應(yīng)用于輕工業(yè)、低負(fù)載場合。

2.2 機(jī)器人控制器

RC-180控制器屬于緊湊型控制器，占用工廠空間小，機(jī)器人循環(huán)及響應(yīng)時(shí)間快，能夠?qū)崿F(xiàn)伺服平滑地啟動停止，保證了運(yùn)動精度。

此外它還擁有著靈活的拓展性—可用作單機(jī)、PLC從站或與PC搭配使用，能控制愛普生G系列和RS SCARAS以及C3/PS/S系列6軸機(jī)器人，完全集成選項(xiàng)包括：圖像處理、網(wǎng)絡(luò)連接性、以太網(wǎng)/IP和更多選項(xiàng)。

2.3 可編程控制器（PLC）

西門子S7-1200 PLC是一款將微處理器、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)緊湊的外殼中來形成功能強(qiáng)大的控制器。在下載用戶程序后，CPU將包含監(jiān)控應(yīng)用中的設(shè)備所需的邏輯。CPU根據(jù)用戶程序邏輯監(jiān)視輸入并更改輸出，用戶程序可以包含布爾邏輯、計(jì)數(shù)、定時(shí)、復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算以及與其他智能設(shè)備的通信。CPU提供一個(gè)PROFINET端口用于通過PROFINET網(wǎng)絡(luò)通信。還可使用附加模塊通過PROFIBUS、GPRS、RS485或RS232網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。

2.4 網(wǎng)絡(luò)攝像頭

SY-CMI工業(yè)攝像頭是賽遠(yuǎn)根據(jù)工業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)控需要而開發(fā)的一款具有以太網(wǎng)、無線WIFI、報(bào)警輸入輸出、紅外、可遠(yuǎn)程操控的高清晰攝像頭，配合賽遠(yuǎn)的SYRSCM設(shè)備，可以組成遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)。

3 組建網(wǎng)絡(luò)通訊

3.1 設(shè)置IP地址

1）RS通訊模塊IP地址設(shè)置

本文采用了賽遠(yuǎn)自主研發(fā)的SY-RSCM302通訊模塊，專用于PLC等控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程通訊。該產(chǎn)品的默認(rèn)IP地址是：WAN口IP：192.168.0.254 LAN口IP：192.168.1.254，本文采用了該默認(rèn)地址，未作改動。

2）管理計(jì)算機(jī)IP設(shè)置

管理計(jì)算機(jī)需要的IP地址需設(shè)置為與RS-302LAN口同網(wǎng)段的IP，例如：192.168.1.256。

3.2 配置界面設(shè)置

通過RS-302的LAN口，訪問配置界面。按照“網(wǎng)絡(luò)配置→網(wǎng)絡(luò)接口→WAN→編輯” 進(jìn)行操作。接入方式選擇為“靜態(tài)IP”，IP地址定義為該局域網(wǎng)中分配給RS-302通訊模塊的局域網(wǎng)IP，如“192.168.x.y”。掩碼設(shè)為“255，255，255，0”。默認(rèn)網(wǎng)關(guān)即為局域網(wǎng)默認(rèn)網(wǎng)關(guān)。其他無需修改，點(diǎn)擊確認(rèn)，設(shè)備將會自動重啟，修改配置參數(shù)，等待1分鐘后，才可以再次進(jìn)行通訊。如圖2所示。

圖2 網(wǎng)絡(luò)配置界面

3.3 系統(tǒng)連接測試

在目標(biāo)地址中輸入“www.baidu.com”，點(diǎn)擊“PING”，如果有返回值，則表示RS-302通訊模塊已經(jīng)正確連入Internet，否則請檢查參數(shù)，重新配置。如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)連接測試

3.4 現(xiàn)場設(shè)備連接

將攝像頭、PLC、管理計(jì)算機(jī)分別用網(wǎng)線接入現(xiàn)場配置好的通訊模塊的LAN口，此時(shí)，LAN口的IP即為現(xiàn)場設(shè)備的IP地址，使用管理計(jì)算機(jī)即可以進(jìn)入監(jiān)控畫面，還可以對攝像頭角度、光線等進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且可以通過管理計(jì)算機(jī)上組態(tài)好的按鈕給PLC信號，用于觸發(fā)機(jī)械手動作。

4 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 PLC輸入輸出地址分配表

本文中共有“上電”、“開始”、“復(fù)位”、“急停”4個(gè)輸入信號，以及對應(yīng)的四個(gè)輸出信號，具體的地址分配如表1所示。

表1 PLC輸入/輸出地址分配表

4.2 PLC外部接線圖

圖4 PLC外部接線圖

4.3 PLC組態(tài)

西門子S7-1200PLC采用了博途（TIA Portal V14）編程軟件。首先打開軟件，點(diǎn)擊“創(chuàng)建新項(xiàng)目”，隨后添加設(shè)備型號為“CPU1212C DC/DC/Rly ”訂貨號為“6ES7 212-1HE40-0XB0”的CPU，然后添加“PC station”作為管理計(jì)算機(jī)。點(diǎn)擊“PC station”的1號插槽，添加通信模塊“PROFINET/Internet”（選擇常規(guī)IE）并為其設(shè)置IP地址（即PLC的IP地址），設(shè)置完成后點(diǎn)擊“保存&編譯”，并下載，完成后如圖5所示。

圖5 PLC組態(tài)

4.4 PLC程序設(shè)計(jì)

圖6 PLC梯形圖程序

5 遠(yuǎn)程控制界面制作

在遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)上通過“易控”軟件完成遠(yuǎn)程控制界面的制作。首先在工程欄里右擊I/O通信，在新建通訊窗口中選擇西門子S7系列。其次在工程欄中右擊“變量”，選擇新建變量組，在新建的變量組欄中，我們可以對變量進(jìn)行命名以及設(shè)置其初始值、數(shù)據(jù)類型等等。變量建立之后在工程欄中右擊“IO通信”打開數(shù)據(jù)庫變量，右擊新建。在數(shù)據(jù)庫變量欄中點(diǎn)擊“…”打開變量瀏覽器。最后選中所需的變量組，將本地變量組和數(shù)據(jù)庫變量建立聯(lián)系。圖7所示為建立聯(lián)系后的變量。圖8為控制界面的制作。

圖7 建立變量聯(lián)系

圖8 控制界面的制作

6 愛普生機(jī)械手的設(shè)計(jì)

6.1 建立電腦與控制器的通訊

打開EPSON RC+5.0專用編程軟件，在設(shè)置中選擇“電腦與控制器的通信”，選擇“通過以太網(wǎng)連接控制器”，并在IP地址欄輸入你所要連接的機(jī)器人驅(qū)動器的IP地址。點(diǎn)擊“應(yīng)用”確認(rèn)連接。如圖9所示。

圖9 建立RC180驅(qū)動器與計(jì)算機(jī)的通訊

6.2 RC180輸入針腳定義

打開EPSON RC+5.0編程軟件，在“設(shè)置”—“控制器”—“遠(yuǎn)程通訊”—“輸入”，將所需要的功能定義到自己選擇的輸入針腳。本文中將控制器的1號針腳定義為“開始”，2號針腳定義為“復(fù)位”，如圖10所示。

圖10 RC180輸入引腳定義

6.3 坐標(biāo)點(diǎn)的示教及編寫程序

在“機(jī)器人管理器”界面，我們可以選擇不同的示教模式，如：“本地模式”、“工具模式”、“坐標(biāo)模式”等，還可以選擇不同的速度、步進(jìn)距離等。將機(jī)械手運(yùn)行至所需的點(diǎn)位置時(shí)，先將點(diǎn)命名，如：P0、P1……然后點(diǎn)擊“示教”，確認(rèn)完成保存后再進(jìn)行下一個(gè)點(diǎn)的示教。如圖11所示。示教完成后可根據(jù)不同的控制要求進(jìn)行程序的編寫。

圖11 點(diǎn)示教

7 結(jié)語

經(jīng)過現(xiàn)場測試，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可以對愛普生機(jī)械手現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，也可以對攝像頭進(jìn)行角度和焦距的調(diào)節(jié)；通過遠(yuǎn)程界面上的“上電”、“復(fù)位”、“開始”、“急?！钡劝粹o可對機(jī)器人完成遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)上電、回原點(diǎn)，急停等功能。測試結(jié)果完全符合控制要求。