基于Internet的愛普生機械手遠程控制系統設計

劉涵茜

（蘇州工業園區職業技術學院，蘇州 215000）

0 引言

傳統的工業生產環境已經不能適應生產力的需求，各自獨立的生產檢測系統會造成系統資源分配不合理的問題，于是出現了分布式系統，但是，大部分分布式系統都在同一個生產現場，還僅僅限于局域網之內具有一定的地域局限性，而通過采用以太網訊的方式，就可以對遠端的現場進行監視和控制。在“工業4.0”的發展趨勢下，未來的生產模式需要高度靈活的個性化和數字化，而工業機器人是制造業實現數字化、智能化和信息化的重要載體。未來時代，工程師不管身處何地，都將能夠通過網絡能夠監視、控制、診斷、修復生產現場的設備。本文通過以Internet網絡連接為基礎的通訊方式，實現對現場機械手的遠程操控和監視。

1 系統總體方案設計

1.1 系統總體結構

愛普生機械手的遠程控制系統可以實現兩大功能，一是可以通過管理計算機對機械手進行遠程控制，二是可以通過網絡攝像頭對機械手進行遠程監視。本次項目中選用了賽遠S302系列通訊模塊作為遠程通訊的媒介，將現場攝像頭、西門子S7-1200 PLC以及監控端的管理計算機進行連接，網絡連接成功后，監控端的計算機可呈現機械手的現場畫面并對其進行實時監控。該監視系統自帶的軟體可以對攝像頭進行云臺控制，實現攝像頭的旋轉、鏡頭的拉伸和對焦等功能。我們通過“易控”軟件設計一個機械手的控制界面，通過PLC程序的編寫，間接控制機械手的上電、急停、復位、開始等功能。至于機械手的運動軌跡，則是用EPSON RC+5.0專用軟體進行程序的編制。其系統結構圖如圖1所示。

1.2 系統控制要求

1）管理員通過遠程管理計算機可以對現場機械手的運作進行實時監控，并可對攝像頭的角度、焦距等進行調節；

2）點擊遠程管理計算機操作畫面的“上電”按鈕，控制現場的機械手控制器上電開機；

3）在機械手上電的情況下，點擊遠程管理計算機操作畫面的“復位”按鈕，機械手進行回原點動作；

4）在任何情況下點擊遠程管理計算機操作畫面的“急停”按鈕，機械手控制器立即斷電，機械手立即停止動作。

圖1 系統結構圖

2 系統的硬件選型

2.1 工業機器人本體

本項目采用了愛普生C3機器人，該系列的機器人無論是在循環時間、重復定位精度和運動范圍方面都有著不俗的表現，EPSON-C3手臂采用纖細線性設計，使其能柔和動作，能在有限工作空間多角度作業。C3具有纖細的機身和緊湊的手腕，能確保其達到最大的運動范圍。較少的機械限制則使此款機器人適合應用于輕工業、低負載場合。

2.2 機器人控制器

RC-180控制器屬于緊湊型控制器，占用工廠空間小，機器人循環及響應時間快，能夠實現伺服平滑地啟動停止，保證了運動精度。

此外它還擁有著靈活的拓展性—可用作單機、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軸機器人，完全集成選項包括：圖像處理、網絡連接性、以太網/IP和更多選項。

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、內置PROFINET、高速運動控制I/O以及板載模擬量輸入組合到一個設計緊湊的外殼中來形成功能強大的控制器。在下載用戶程序后，CPU將包含監控應用中的設備所需的邏輯。CPU根據用戶程序邏輯監視輸入并更改輸出，用戶程序可以包含布爾邏輯、計數、定時、復雜數學運算以及與其他智能設備的通信。CPU提供一個PROFINET端口用于通過PROFINET網絡通信。還可使用附加模塊通過PROFIBUS、GPRS、RS485或RS232網絡進行通信。

2.4 網絡攝像頭

SY-CMI工業攝像頭是賽遠根據工業遠程監控需要而開發的一款具有以太網、無線WIFI、報警輸入輸出、紅外、可遠程操控的高清晰攝像頭，配合賽遠的SYRSCM設備，可以組成遠程診斷系統。

3 組建網絡通訊

3.1 設置IP地址

1）RS通訊模塊IP地址設置

本文采用了賽遠自主研發的SY-RSCM302通訊模塊，專用于PLC等控制系統的遠程通訊。該產品的默認IP地址是：WAN口IP：192.168.0.254 LAN口IP：192.168.1.254，本文采用了該默認地址，未作改動。

2）管理計算機IP設置

管理計算機需要的IP地址需設置為與RS-302LAN口同網段的IP，例如：192.168.1.256。

3.2 配置界面設置

通過RS-302的LAN口，訪問配置界面。按照“網絡配置→網絡接口→WAN→編輯” 進行操作。接入方式選擇為“靜態IP”，IP地址定義為該局域網中分配給RS-302通訊模塊的局域網IP，如“192.168.x.y”。掩碼設為“255，255，255，0”。默認網關即為局域網默認網關。其他無需修改，點擊確認，設備將會自動重啟，修改配置參數，等待1分鐘后，才可以再次進行通訊。如圖2所示。

圖2 網絡配置界面

3.3 系統連接測試

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

圖3 系統連接測試

3.4 現場設備連接

將攝像頭、PLC、管理計算機分別用網線接入現場配置好的通訊模塊的LAN口，此時，LAN口的IP即為現場設備的IP地址，使用管理計算機即可以進入監控畫面，還可以對攝像頭角度、光線等進行調節，并且可以通過管理計算機上組態好的按鈕給PLC信號，用于觸發機械手動作。

4 PLC控制系統設計

4.1 PLC輸入輸出地址分配表

本文中共有“上電”、“開始”、“復位”、“急停”4個輸入信號，以及對應的四個輸出信號，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

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

圖5 PLC組態

4.4 PLC程序設計

圖6 PLC梯形圖程序

5 遠程控制界面制作

在遠程控制計算機上通過“易控”軟件完成遠程控制界面的制作。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，我們可以對變量進行命名以及設置其初始值、數據類型等等。變量建立之后在工程欄中右擊“IO通信”打開數據庫變量，右擊新建。在數據庫變量欄中點擊“…”打開變量瀏覽器。最后選中所需的變量組，將本地變量組和數據庫變量建立聯系。圖7所示為建立聯系后的變量。圖8為控制界面的制作。

圖7 建立變量聯系

圖8 控制界面的制作

6 愛普生機械手的設計

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，在設置中選擇“電腦與控制器的通信”，選擇“通過以太網連接控制器”，并在IP地址欄輸入你所要連接的機器人驅動器的IP地址。點擊“應用”確認連接。如圖9所示。

圖9 建立RC180驅動器與計算機的通訊

6.2 RC180輸入針腳定義

打開EPSON RC+5.0編程軟件，在“設置”—“控制器”—“遠程通訊”—“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“復位”，如圖10所示。

圖10 RC180輸入引腳定義

6.3 坐標點的示教及編寫程序

在“機器人管理器”界面，我們可以選擇不同的示教模式，如：“本地模式”、“工具模式”、“坐標模式”等，還可以選擇不同的速度、步進距離等。將機械手運行至所需的點位置時，先將點命名，如：P0、P1……然后點擊“示教”，確認完成保存后再進行下一個點的示教。如圖11所示。示教完成后可根據不同的控制要求進行程序的編寫。

圖11 點示教

7 結語

經過現場測試，本文設計的系統可以對愛普生機械手現場進行實時監控，也可以對攝像頭進行角度和焦距的調節；通過遠程界面上的“上電”、“復位”、“開始”、“急停”等按鈕可對機器人完成遠程控制，實現上電、回原點，急停等功能。測試結果完全符合控制要求。