智能制造生產(chǎn)線技術(shù)及應(yīng)用 教案 6 生產(chǎn)線設(shè)備數(shù)據(jù)交互

XXXXX學(xué)院單元教學(xué)設(shè)計XXXX—XXX學(xué)年第X學(xué)期課程名稱：授課班級：任課教師：所在系部及教研室：

本單元標題生產(chǎn)線設(shè)備數(shù)據(jù)交互教學(xué)目的掌握智能產(chǎn)線數(shù)據(jù)交互建立方法，實現(xiàn)互聯(lián)互通。教學(xué)目標能力（技能）目標知識目標（1）能正確使用軟件完成MB_CLIENT指令相關(guān)參數(shù)設(shè)置。（2）能正確完成FANUC機器人與西門PLC通訊建立。（1）掌握MODBUS/TCP通訊協(xié)議相關(guān)指令參數(shù)含義。（2）掌握FANUC機器人與西門PLC通訊建立的方法。重點難點及解決方法重難點：產(chǎn)線設(shè)備間數(shù)據(jù)交互方法和操作步驟解決方法：理論講解，通過多媒體等手段解讀任務(wù)，實操演練，提示學(xué)生如何攻破討論的問題。在學(xué)習(xí)過程中，緊密結(jié)合課程上機、實驗或者實踐環(huán)節(jié)加深對產(chǎn)線設(shè)備間數(shù)據(jù)交互方法的練習(xí)和理解。參考資料[1]汪勵,陳小艷.工業(yè)機器人工作站系統(tǒng)集成[M].機械工業(yè)出版社,2014.[2]李志謙.精通FANUC機器人編程、維護與外圍集成[M].機械工業(yè)出版社,2020[3]陳曉明,霍永紅,項萬明.工業(yè)機器人應(yīng)用編程(FANUC)初級[M].機械工業(yè)出版社,2022.[4]王哲祿,何紅軍.工工業(yè)機器人應(yīng)用編程與集成技術(shù)[M].機械工業(yè)出版社,2022.[5]廖常初.S7-1200PLC應(yīng)用教程[M].機械工業(yè)出版社,2020.[6]鄉(xiāng)碧云.自動化生產(chǎn)線組建與調(diào)試(第2版)—以亞龍YL-335B為例（三菱PLC版本）[M].機械工業(yè)出版社,2023.單元教學(xué)設(shè)計第一部分：復(fù)習(xí)上次課主要內(nèi)容第二部分：新課導(dǎo)入及學(xué)習(xí)新內(nèi)容（45min理論）【步驟一】新課導(dǎo)入引導(dǎo)練習(xí)熟悉使用博途軟件進行項目新建，硬件添加，指令添加等基本操作，并簡單記錄操作步驟?！静襟E二】新知識的講授一、Modbus協(xié)議介紹針對S7-1200PLC的MODBUS/TCP通訊方式，其中主要使用“MB_CLIENT”指令，負責(zé)作為MODBUS/TCP客戶端，通過S7-1200CPU的PROFINET連接工業(yè)機器人。使用“MB_CLIENT”指令，可以在客戶端和服務(wù)器之間建立連接、發(fā)送Modbus請求、接收響應(yīng)并控制ModbusTCP客戶端的連接終端。圖6-1“MB_CLIENT”指令MODBUS/TCP“MB_CLIENT”指令結(jié)構(gòu)如圖6-1所示。指令參數(shù)說明詳見表6-1。表6-1“MB_CLIENT”指令的參數(shù)參數(shù)聲明數(shù)據(jù)類型說明REQInputBOOL對ModbusTCP服務(wù)的Modbus查詢REQ參數(shù)受到等級控制。這意味著只要設(shè)置了輸入(REQ=true)，指令就會發(fā)送通信請求。Modbus查詢開始后，背景數(shù)據(jù)塊將鎖定，其它客戶端無法使用。在服務(wù)器進行響應(yīng)或輸出錯誤消息之前，對輸入?yún)?shù)的更改不會生效。如果在請求期間再次設(shè)置了參數(shù)REQ，此后將不會進行任何其它傳輸。DISCONNECTInputBOOL通過該參數(shù)，可以控制與Modbus服務(wù)器建立和終止連接：0：與通過CONNECT參數(shù)組態(tài)的連接伙伴（請參見CONNECT參數(shù)）建立通信連接。1：斷開通信連接。在終止連接的過程中，不執(zhí)行任何其它功能。成功終止連接后，STATUS參數(shù)將輸出值0003。而如果在建立連接的過程中設(shè)置了參數(shù)REQ，將立即發(fā)送Modbus請求。MB_MODEInputUSINT選擇Modbus的請求模式（讀取、寫入或診斷）或直接選擇Modbus功能MB_DATA_ADDRInputUDINT取決于MB_MODEMB_DATA_LENInputUINT數(shù)據(jù)長度：數(shù)據(jù)訪問的位數(shù)或字數(shù)。MB_DATA_PTRInOutVARIANT指向?qū)腗odbus服務(wù)器接收數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)或指向待發(fā)送到Modbus服務(wù)器的數(shù)據(jù)所在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的指針。CONNECTInOutVARIANT指向連接描述結(jié)構(gòu)的指針可以使用以下結(jié)構(gòu)（系統(tǒng)數(shù)據(jù)類型）：TCON_IP_v4：包括建立指定連接時所需的所有地址參數(shù)。使用TCON_IP_v4時，可通過調(diào)用指令“MB_CLIENT”建立連接。TCON_Configured：包括所組態(tài)連接的地址參數(shù)。使用TCON_Configured時，將使用下載硬件配置后由CPU創(chuàng)建的已有連接。重點介紹各參數(shù)使用方法。（一）PLC側(cè)MB_CLIENT功能塊編寫步驟機器人與PLC通訊采用博途（TIAPortal）V15軟件進行編寫。詳細設(shè)計步驟如下：1、打開博途V15軟件，點擊【創(chuàng)建新項目】，在右側(cè)填寫相應(yīng)信息創(chuàng)建項目，單擊左下角【項目視圖】。2、雙擊左側(cè)項目樹中的【添加新設(shè)備】，彈出對話框，選擇PLC型號為SIMATICS7-1200。如果可以使用電腦在線連接S7-1200CPU，且CPU的外展模板已經(jīng)接插完畢，后續(xù)可以使用自動檢測完成設(shè)備硬件配置。如果已知CPU型號，則可根據(jù)型號對應(yīng)選擇。3、點擊左側(cè)項目樹中【程序塊】-【添加新塊】，選擇FB塊進行添加。為了后續(xù)便于區(qū)分，名稱可命名為“PLC與機器人間通訊”。4、在“PLC與機器人間通訊”FB塊中，點擊右側(cè)垂直項目欄【指令】-【通信】，下拉菜單選擇【其他】，找到【MODBUS_TCP】，雙擊【MB_CLIENTDB】指令，進行MB_CLIENT功能塊添加。如需具體了解該功能指令詳細信息，可將鼠標置于功能塊上方，按下F1進入信息系統(tǒng)查詢相關(guān)參數(shù)含義。5、添加功能塊信號。在【Static】下創(chuàng)建DONE、BUSY、ERROR和STATUS信號各兩個（有添加個數(shù)與MB_CLIENT個數(shù)相對應(yīng)）。STATUS信號數(shù)據(jù)類型設(shè)置為【W(wǎng)ord】，其余均為【Bool】。MB_CLIENT_DB塊【DONE】處單擊，彈出框中選擇【#DONE1】，其余信號同理選擇設(shè)置。為保證同一時間只有一個MB_CLIENT功能塊的DISCONNECT處于OFF，在REQ參數(shù)前添加DONE和BUSY的常閉開關(guān)作為分斷信號，如圖6-8所示。6、MB_CLIENT指令【DISCONNECT】輸入0，即與通過CONNECT參數(shù)組態(tài)的連接伙伴建立通信連接。輸入MB_MODE=0、MB_DATA_ADDR=1、DATA_LEN=40組合，即指定MODBUS功能代碼為01，從遠程地址0讀取40個位。7、添加MB_DATA_FIR數(shù)據(jù)緩存區(qū)。單擊左側(cè)項目樹【添加新塊】，選擇創(chuàng)建【DB數(shù)據(jù)塊】，可命名為“MB_CLIENT_DATA”。右擊新建的塊，點擊【屬性】，新彈出的窗口中點擊【屬性】，將右側(cè)【優(yōu)化的塊訪問】的勾選取消。在“MB_CLIENT_DATA”DB塊中添加DO和DI信號數(shù)組，分別用于讀取機器人DO數(shù)據(jù)，寫入機器人DI數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)類型選擇Bool，數(shù)組長度設(shè)置為0-64，添加后的信號數(shù)組如圖（a），點擊對應(yīng)信號數(shù)組拓展鍵，數(shù)組內(nèi)的信號如圖6-11（b）所示。圖6-11數(shù)據(jù)緩存區(qū)點擊MB_DATA_FIR參數(shù)處，選擇【MB_CLIENT_DATA】-【DO[]】-【無】，其中選擇“無”即選擇對應(yīng)數(shù)組內(nèi)的所有信號地址。8、建立MB_CLIENT_IP【DB】數(shù)據(jù)塊用于設(shè)置通信連接結(jié)構(gòu)和參數(shù)。單擊左側(cè)項目樹【添加新塊】，選擇創(chuàng)建【DB數(shù)據(jù)塊】，可命名為“MB_CLIENT_IP”。右擊新建的塊，點擊【屬性】，新彈出的窗口中點擊【屬性】，將右側(cè)【優(yōu)化的塊訪問】的勾選取消。名稱可自行定義，數(shù)據(jù)類型需要手動輸入，輸入內(nèi)容為“TCON_IP_v4”，回車確定后出現(xiàn)下拉內(nèi)容。其中，“InterfaceID”和“ID”分別設(shè)置為“16#40”和“16#2”。“ActiveEstablished”需要主動連接建立，選擇TRUE或輸入1。“ADDR”下拉為IP地址設(shè)置，需與機器人的主機通訊IP一致，以192.168.8.13為例，由于此處設(shè)置為16進制，因此分別輸入16#CO.16#A8.16#8.16#OD?！癛emotePort”端口號設(shè)置為502，此處設(shè)置的值要和機器人變量中設(shè)置的值保持一致。點擊CONNECT參數(shù)處，選擇【MB_CLIENT_IP】-【AA】-【無】。9、繼續(xù)添加【MB_CLIENT】指令作為寫入塊，連接方式如圖6-14所示，需要注意的是。寫入塊命名需要和前一個讀取塊名稱保持一致。參數(shù)設(shè)置具體步驟方法同上。不同設(shè)置點如下REQ參數(shù)前添加“#DONE1”信號，當(dāng)上一個指令完成后再進行啟動。輸入MB_MODE=1、MB_DATA_ADDR=40041、DATA_LEN=3組合，即指定MODBUS功能代碼為16，從遠程地址100寫入3個保持型寄存器。MB_DATA_PTR參數(shù)選擇“MB_CLIENT_DATA.DI”信號。圖6-14MB_CLIENT數(shù)據(jù)塊（寫入功能）參數(shù)設(shè)置10、調(diào)用功能塊。在Main主程序中添加調(diào)用“PLC與機器人間通訊_DB”功能塊，如圖6-15所示。圖6-15PLC與機器人間通訊_DB功能塊調(diào)用（二）機器人側(cè)設(shè)置步驟1.機器人IP設(shè)置。點擊示教器上【MENU】按鈕，選擇【主機通訊】進入。進入畫面后，光標移到TCP/IP上點擊詳細，在畫面上設(shè)置IP地址，此處以192.168.8.13為例。子網(wǎng)掩碼設(shè)置為255.255.255.0，路由器IP地址設(shè)置為192.168.8.1（可以不設(shè)）。此處IP需與PLC側(cè)【MB_CLIENT_DATA】中的IP地址一致。2.機器人側(cè)I/O地址分配。點擊示教器【MENU】→下一頁【系統(tǒng)】→【配置】，如圖6-16所示。光標移動到第44項【UOP自動分配】下，點擊【選擇】→【全部】。確定后出現(xiàn)“清楚所有I/O分配，應(yīng)用該設(shè)置”，點擊【是】。當(dāng)看到“重新啟動，應(yīng)用新的UOP分配？”，將示教器斷電重啟。DI/DO信號地址分配步驟如下：點擊示教器【MENU】→【IO】→【數(shù)字】進入IO數(shù)字信號地址界面，點擊【IN/OUT】可進行DI信號和DO信號的切換。選擇【分配】，設(shè)置DO地址開始點為41，DI地址開始點為1。注意DO和DI信號地址不要有重疊，需要錯開使用，如上設(shè)置使用的信號地址為DI[1]-DI[40],DO[41]以后。設(shè)置完成后重新啟動，如圖6-18所示，狀態(tài)為ACTIV，說明設(shè)置生效。（a）DO信號地址分配（b）DI信號地址分配圖6-18數(shù)字信號地址分配3.機器人側(cè)變量設(shè)置。①$SNPX_PARAM設(shè)置點擊示教器【MENU】按鍵→【系統(tǒng)】→【變量】,找到系統(tǒng)變量641$SNPX_PARAM。注意：不同版本型號機器人變量序號可能不同。點擊詳細，進入系統(tǒng)變量畫面。$MODBUS_ADR是從動裝置地址，標準情況下已被設(shè)定為1。要使用Ethernet連接，需要在系統(tǒng)變量$NUM_MODBUS（標準值:0）中設(shè)定同時連接的外部觸摸屏數(shù)，此處設(shè)定為2。$MODBUS_PORT變量設(shè)置的是端口，此處設(shè)定為502，需與PLC處端口設(shè)置一致。①$SNPX_ASG設(shè)置點擊示教器【MENU】按鍵→【系統(tǒng)】→【變量】,找到系統(tǒng)變640$SNPX_ASG。注意：不同版本型號機器人變量序號可能不同。點擊詳細，進入畫面，系統(tǒng)變量$SNPX_ASG是$SNPX_ASG[1]～[80]的80個排列變量。排列的各要素，由如下變量構(gòu)成。通過設(shè)定這些變量，即可將各種各樣的數(shù)據(jù)分配給保持寄存器。DI地址$SNPX_ASG[1]設(shè)置如下。$ADDRESS設(shè)置41。$SIZE設(shè)置3，$VAR_NAME設(shè)置DI[41]，$MULTIPLY設(shè)置0，即不做乘數(shù)變化。DO地址$SNPX_ASG[2]設(shè)置如下。設(shè)置內(nèi)容同DI地址變量，其中$ADDRESS設(shè)置1，$SIZE設(shè)置2，$VAR_NAME設(shè)置DO[1]，$MULTIPLY設(shè)置0，不做乘數(shù)變化。需要注意，$ADDRESS的開始地址定義需要和MB_CLIENT指令中的MB_DATA_ADDR參數(shù)尾數(shù)保持一致，且要求各信號的$ADDRESS地址不能重復(fù)。（三）PLC側(cè)與機器人側(cè)信號關(guān)系對應(yīng)1.DO信號轉(zhuǎn)換使用“移動值MOVE”指令，將IN輸入處操作數(shù)中的內(nèi)容傳送給OUT1輸出的操作數(shù)中。PLC編程程序如圖6-22所示，定義PLC信號M200.0對應(yīng)機器人DO[1]信號，對應(yīng)PLC中數(shù)據(jù)DO[0]信號，以此類推對應(yīng)關(guān)系。例：當(dāng)DO[2]值1，對應(yīng)M200.2信號會被接通，可使用該信號進行相關(guān)PLC程序編寫。圖6-22DO信號轉(zhuǎn)換程序2.DI信號轉(zhuǎn)換使用“交換SWAP”指令更改輸入IN中字節(jié)的順序，并在輸出OUT中查詢結(jié)果。PLC編程程序如圖6-23所示，PLC信號M100.0對應(yīng)機器人DI[40]信號，對應(yīng)PLC中數(shù)據(jù)DI[0]，以此類推對應(yīng)關(guān)系。例：當(dāng)DI[2]值1，對應(yīng)M100.2信號會被接通，可使用該信號進行相關(guān)PLC程序編寫。圖6-23DI信號轉(zhuǎn)換程序【步驟二】任務(wù)實施