智能制造中S7-1200 Modbus/TCP與工業機器人通信應用

新鄉職業技術學院 翟秀麗 孫錫保

制造業正加快向數字化、智能化轉變，智能制造對制造業競爭力的影響越來越大。PLC和工業機器人是實現智能制造的最底層設計，兩者數據交換和控制特別重要，涉及到智能加工系統動作的協調一致性，務必保證所有動作同步和信息的實時傳輸交換。本文基于智能制造生產實踐應用上，研究了通過Modbus/TCP通信設置，實現了PLC對工業機器人在智能制造中應用控制。

智能制造切削加工單元采用西門子S7-1200系列PLC作為系統的中央控制器，型號CPU1215C，用于編程、HMI通訊以及設備間的通訊，通過電氣連接與數控車床、加工中心和立體倉庫實現控制。PLC作為底層設備的總控制器，它接收上位機的調度命令并進行解析和轉換，然后將對應的指令發送給底層執行設備。工業機器人作為底層執行設備，接收PLC發來的運行指令，執行相應的示教任務，并將自身的運行狀態信息返回至PLC，由PLC進行處理，以保證系統流程的正常運行。

1 PLC和工業機器人的調用交換數據

（1）機器人執行的工作

①工件出庫和入庫；②數控車床上下料；③加工中心上下料。

實現以上功能的機器人子程序如表1所示。

表1 機器人運行子程序

（2）PLC發送至ROBOT

為了實現表1所示各指令及信息的交互，PLC發送給機器人的關鍵數據有：

①機器人控制字：“通信全局數據塊”.“PLC-R寫”[1]；②機器人命令號：“通信全局數據塊”.“PLC-R寫”[2]。

還包括物料倉位信息，工件類型，機床卡盤和門的狀態等。

（3）ROBOT發送至PLC

機器人反饋給PLC的重要信息，機器人運行狀態字：“通信全局數據塊·PLC-R讀”[1]，100為空閑，200為忙碌，用于對各指令的響應和系統狀態信息的反饋，還包括機器人自身的運行狀態信息，如各軸角度、笛卡爾空間坐標、工作模式及運行速度等。

2 PLC程序設計

2.1 建立通信全局數據塊

以數組的形式建立16個寫地址和16個讀地址，用于PLC數據對ROBOT數據的寫和讀操作暫存，以及1個便捷的PLC給Robot命令，數據類型為Int型。

2.2 Modbus/TCP的PLC客戶端配置

設置REQ：與Modbus TCP服務器之間的通信請求，DISCONNECT：與Modbus服務器建立和終止連接。

設置客戶端的CONNECT_ID為1、機器人IP地址為192.168.8.103以及IP端口號（默認值：502），選擇請求模式（0讀取、1寫入或診斷）。

設置MB_MODE模式為寫或者讀，MB_DATA_PTR PLC客戶端數據保存的寫或讀首地址、DATA_LEN數據長度以及服務端的數據首地址MB_DATA_ADDR寫為40001（讀為40017）。

注意修改背景數據塊參數MB_UNIT_ID為1（與CONNECT_ID對應）。

2.3 設計PLC控制機器人控制程序

設計PLC梯形圖程序如圖1所示，當機器人處于空閑時并且條件M10.0滿足，將PLC給Robot命令號數據傳送給PLC-R寫2#通道數據，機器人處于忙碌時，將PLC-R寫2#通道數據清零，其中：機器人控制字數據和機器人命令號數據通過觸摸屏設置。

圖1 PLC程序

3 組態TP-700觸摸屏畫面

設計HMI人機界面如圖2所示，HMI做為上位機完成PLC控制機器人命令下達，機器人回安全點后顯示運行狀態為100時等待啟動機器人，在機器人控制字輸入100和機器人命令號輸入11、12、21、22、31和32等，然后點擊啟動機器人按鈕，正常情況下機器人開始執行相應的動作并且機器人運行狀態變為200表示忙碌時，機器人執行完相應的動作后機器人運行狀態變為100時，等待下一個啟動命令。

圖2 HMI界面

4 工業機器人主程序main

啟動工業機器人程序：手抓松開、回安全點，給PLC返回當前機器人空閑狀態數字100，當PLC發控制運行數字100時工業機器人進入條件判斷的重復循環過程中，PLC發命令號后工業機器人執行相應智能制造的動作：11-倉庫取料，12-倉庫放料，21-數控車床取料，22-數控車床放料，31-加工中心取料，32-加工中心放料。采用江蘇匯博機器人其參考機器人主程序如下：

結束語：通過Modbus/TCP協議工業以太網直接建立通信，設置簡單，傳輸數據量大，信號傳輸穩定，完全可以實現PLC對工業機器人在智能制造中進行自動上下料，極大的提高機床工件的裝夾效率，實現“機器換人”工作。