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        工業(yè)機(jī)器人與可編程控制器的I/O通信研究

        2022-11-23 02:37:08戴俊良伍耿民凌旭張冠勇
        河南科技 2022年21期
        關(guān)鍵詞:輸出模塊孔位遠(yuǎn)程

        戴俊良 伍耿民 凌旭 張冠勇

        (湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖南 株洲 412000)

        0 引言

        隨著智能制造的發(fā)展,工業(yè)機(jī)器人與可編程控制器已廣泛應(yīng)用于不同的生產(chǎn)線上。在生產(chǎn)過程中,工業(yè)機(jī)器人與可編程控制器的數(shù)據(jù)共享、信號互傳是不可避免的問題。因此,必須要實(shí)現(xiàn)二者通信[1?2]。

        目前,工業(yè)機(jī)器人與可編程控制器可通過工業(yè)以太網(wǎng)來建立通信,有以下2種實(shí)現(xiàn)方式:一是通過組態(tài)的方式進(jìn)行通信。硬件端通過以太網(wǎng)線將二者連接起來,軟件端通過可編程控制器編程軟件來完成組態(tài),實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人與可編程控制器的通信,但此種方式要由工業(yè)機(jī)器人廠商提供組態(tài)所需的GSD文件,而工業(yè)機(jī)器人的GSD文件要單獨(dú)購買,導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加;二是采用通信程序,即在可編程控制器編程軟件中編寫通信程序,同時工業(yè)機(jī)器人端也要編寫通信程序,這是因?yàn)楣I(yè)機(jī)器人與可編程控制器要實(shí)時傳遞數(shù)據(jù),通信程序就要一直運(yùn)行。因此,該方式要求工業(yè)機(jī)器人端能支持多任務(wù)同時運(yùn)行,保證通信程序和工作程序能并行執(zhí)行,而此部分功能也要單獨(dú)購買,此外提供可編程控制器和工業(yè)機(jī)器人的廠家不同,導(dǎo)致數(shù)據(jù)格式也不一致。因此,采用第二種方式通信時還要編寫數(shù)據(jù)解析程序,才能保證二者通信無誤,這就導(dǎo)致生產(chǎn)線的建設(shè)周期延長。

        目前,遠(yuǎn)程I/O的可靠性高、價格實(shí)惠,可編程控制器與遠(yuǎn)程I/O、工業(yè)機(jī)器人與遠(yuǎn)程I/O的單獨(dú)通信已廣泛應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中,實(shí)現(xiàn)方式也很簡單。可編程控制器與遠(yuǎn)程I/O的通信通過組態(tài)即可實(shí)現(xiàn),遠(yuǎn)程I/O的GSD文件也無須單獨(dú)購買;工業(yè)機(jī)器人與遠(yuǎn)程I/O的通信只用配置信號即可完成。因此,對基于遠(yuǎn)程I/O來實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人與可編程控制器的通信進(jìn)行研究是很有必要的。

        1 硬件架構(gòu)

        工業(yè)機(jī)器人采用ABB IRB120,其是ABB公司目前制造的最小機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人的控制器采用IRC5緊湊型控制器,其支持DEVICENET通信[3],借助DEVICENET接口來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與遠(yuǎn)程I/O的連接,滿足數(shù)字量輸入輸出和模擬量輸入輸出??删幊炭刂破鞑捎梦鏖T子公司生產(chǎn)的1212C DC/DC/DC,其 支持PROFINET通信,可借助PROFINET接口來實(shí)現(xiàn)可編程控制器與遠(yuǎn)程I/O的連接[4]。遠(yuǎn)程I/O采用南京華太公司生產(chǎn)的高性能總線FR系列模塊。其中,工業(yè)機(jī)器人端的遠(yuǎn)程I/O適配器選擇FR8030,通過DEVICENET總線與工業(yè)機(jī)器人連接;可編程控制器端的遠(yuǎn)程I/O適配器選擇FR8210,通過PROFINET通信線纜與可編程控制器進(jìn)行連接。通信實(shí)驗(yàn)平臺的硬件架構(gòu)圖如圖1所示。其中,F(xiàn)R1108為數(shù)字量輸入模塊,F(xiàn)R2108為數(shù)字量輸出模塊,F(xiàn)R3004為模擬量輸入模塊,F(xiàn)R4004為模擬量輸出模塊,①~⑧為各模塊上對應(yīng)的接線孔位,輸入輸出模塊通過電纜線進(jìn)行連接。

        2 遠(yuǎn)程I/O信號配置及組態(tài)

        2.1 機(jī)器人端遠(yuǎn)程I/O信號配置

        工業(yè)機(jī)器人端通過示教器在控制面板中配置I/O信號,包括8個數(shù)字量輸入信號、8個數(shù)字量輸出信號以及1個模擬量輸出信號,工業(yè)機(jī)器人端遠(yuǎn)程I/O信號的名稱、地址、信號類型及對應(yīng)的物理孔位詳見表1。

        表1 機(jī)器人端遠(yuǎn)程I/O信號表

        2.2 可編程控制器端遠(yuǎn)程I/O組態(tài)

        可編程控制器端在TIA Portal中完成對可編程控制器和遠(yuǎn)程I/O的硬件組態(tài),可編程控制器端遠(yuǎn)程I/O模塊的信號地址、信號類型以及對應(yīng)的物理模塊詳見表2,包括一組數(shù)字量輸入信號、一組數(shù)字量輸出信號及一組模擬量輸入信號。

        表2 可編程控制器端遠(yuǎn)程I/O模塊信號表

        3 試驗(yàn)驗(yàn)證

        按照三類情況分別驗(yàn)證工業(yè)機(jī)器人與可編程控制器的通信,即工業(yè)機(jī)器人向可編程控制器發(fā)送數(shù)字量信號、可編程控制器向工業(yè)機(jī)器人發(fā)送數(shù)字量信號及工業(yè)機(jī)器人向可編程控制器發(fā)送模擬量信號。

        3.1 工業(yè)機(jī)器人向可編程控制器發(fā)送數(shù)字量信號

        工業(yè)機(jī)器人通過數(shù)字量輸出模塊FR2108向可編程控制器數(shù)字量輸入模塊FR1108發(fā)送數(shù)據(jù),并監(jiān)視可編程控制器對應(yīng)地址的變量。試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示,機(jī)器人對FR2108_1~FR2108_8信號循環(huán)寫入0和1,機(jī)器人端的數(shù)字量輸出模塊FR2108對應(yīng)的物理孔位也會根據(jù)相應(yīng)的信號來斷開和接通,即信號值為0的孔位會斷開、信號值為1的孔位會接通。

        機(jī)器人端的數(shù)字量輸出模塊FR2108的物理孔位通過電纜線與可編程控制器端的數(shù)字量輸入模塊FR1108對應(yīng)的物理孔位進(jìn)連接。因此,可編程控制器端的數(shù)字量輸入模塊FR1108的對應(yīng)孔位也會相應(yīng)地斷開和接通,即可編程控制器端的數(shù)字量輸入模塊FR1108的每個點(diǎn)位也接收到0和1。可編程控制器端的數(shù)字量輸入模塊FR1108將接收到的值傳遞給可編程控制器對應(yīng)的I10.0~I10.7地址,即I10.0~I10.7地址也會相應(yīng)地接收到0和1。由圖2可知,可編程控制器對應(yīng)地址接收到的數(shù)據(jù)值與機(jī)器人對應(yīng)信號的發(fā)送值一致,這說明機(jī)器人傳遞給可編程控制器的數(shù)字量信號是正確的。

        3.2 可編程控制器向工業(yè)機(jī)器人發(fā)送數(shù)字量信號

        可編程控制器通過數(shù)字量輸出模塊FR2108向工業(yè)機(jī)器人數(shù)字量輸入模塊FR1108發(fā)送數(shù)據(jù),從而監(jiān)視工業(yè)機(jī)器人對應(yīng)地址的變量。試驗(yàn)結(jié)果見圖3、圖4。

        可編程控制器向QB10寫入0,即Q10.0~Q10.7地址的值都為0,也即可編程控制器端的數(shù)字量輸出模塊FR2108每個孔都是斷開的。而機(jī)器人端的數(shù)字量輸入模塊FR1108的物理孔位通過電纜線與可編程控制器端的數(shù)字量輸出模塊FR2108對應(yīng)的物理孔位連接在一起。因此,機(jī)器人端的數(shù)字量輸入模塊FR1108的所有孔位都處于斷開狀態(tài),與之對應(yīng)的FR1108_1~FR1108_8的信號值都為0。由圖3可知,工業(yè)機(jī)器人對應(yīng)的所有DI信號接收到的值都為0。

        可編程控制器向QB10寫入255,Q10.0~Q10.7地址對應(yīng)的值都變?yōu)?,即可編程控制器端的數(shù)字量輸出模塊FR2108的每個孔都為1,因此可編程控制器端的數(shù)字量輸出模塊FR2108的每個孔都變?yōu)榻油顟B(tài)。與之對應(yīng)的是,機(jī)器人端的數(shù)字量輸入模塊FR1108的所有孔位也處于接通狀態(tài),即FR1108_1~FR1108_8的信號值都為0。由圖4可知,工業(yè)機(jī)器人對應(yīng)的所有DI信號接收到的值都為1。

        由圖3和圖4的試驗(yàn)結(jié)果可以得出,工業(yè)機(jī)器人對應(yīng)地址接收到的數(shù)據(jù)值與可編程控制器的發(fā)送值一致,這說明可編程控制器傳遞給工業(yè)機(jī)器人的數(shù)字量信號是正確的。

        3.3 工業(yè)機(jī)器人向可編程控制器發(fā)送模擬量信號

        工業(yè)機(jī)器人通過模擬量輸出模塊FR4004向可編程控制器模擬量輸入模塊FR3004發(fā)送數(shù)據(jù),監(jiān)視可編程控制器對應(yīng)地址的變量。工業(yè)機(jī)器人通過程序循環(huán)發(fā)送變化的實(shí)數(shù)值,發(fā)送值從0開始,每次遞增8.2,遞增10次后,每次再遞減6.5。試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。由圖5可以看出,可編程控制器對應(yīng)地址接收到的數(shù)據(jù)值與工業(yè)機(jī)器人發(fā)送值一致,這說明機(jī)器人傳遞給可編程控制器的模擬量信號是正確的。

        4 結(jié)語

        通過硬件接線將工業(yè)機(jī)器人端的遠(yuǎn)程I/O點(diǎn)位與可編程控制器端對應(yīng)的遠(yuǎn)程I/O點(diǎn)位連接起來,同時在工業(yè)機(jī)器人端配置I/O信號,在可編程控制器端組態(tài)對應(yīng)遠(yuǎn)程I/O模塊,并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。試驗(yàn)證明工業(yè)機(jī)器人向可編程控制器發(fā)送數(shù)字量信號、可編程控制器向工業(yè)機(jī)器人發(fā)送數(shù)字量信號及工業(yè)機(jī)器人向可編程控制器發(fā)送模擬量信號都能正確傳遞,通過遠(yuǎn)程I/O通信實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人與可編程控制器的通信,完成二者的數(shù)據(jù)共享與信息傳遞,能有效解決通過工業(yè)以太網(wǎng)通信存在的GSD文件要單獨(dú)購買、多任務(wù)并行運(yùn)行模塊需單獨(dú)配置、不同廠家數(shù)據(jù)格式不一致的問題。

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