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　　摘要：本文對ABB IRB120系列工業機器人與西門子S7-1200系列PLC之間進行PROFINET通訊的配置過程進行詳細說明。重點介紹了通訊網絡系統中的硬件組成、網絡結構以及通訊兩端設備中相關參數設置等關鍵技術環節。

　　0 引言

　　IRB 120是ABB Robotics最新一代6軸工業機器人中的一員，有效載荷達 3 kg，專為使用基于機器人的柔性自動化的制造行業(例如 3C 行業)而設計。該機器人為開放式結構，特別適合于柔性應用，并且可以與外部系統進行廣泛通信[1]。

　　西門子S7-1200系列PLC使用靈活、功能強大，可用于控制各種各樣的設備以滿足自動化需求。S7-1200設計緊湊、組態靈活且具有功能強大的指令集，其中CPU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[2]。S7-1200集成的PROFINET接口用于與編程計算機、HMI(人機界面)、其他PLC或者設備通訊，還可以作PROFINET IO系統張總的IO控制器和IO設備[3]。

　　1 通訊系統組成

　　本系統采用西門子S7-1200系列PLC為控制系統核心，CPU為1214C DC\DC\DC。PLC與ABB公司的IRB 120系列工業機器人通過PROFINET通訊協議進行通訊，可直接使用工業以太網線通過工業網絡交換機連接到PLC本體模塊上的PROFINET接口和ABB機器人側IRC5 Compact(簡稱IRC5C)控制器上的通訊接口X5(LAN3 10/100/1000)。在整個網絡中還連接了一臺PC，用來對PLC和機器人控制器進行參數配置、網絡設置、程序編寫及監控等功能，在整個通訊系統中PLC為控制器，機器人為從站設備，該系統的結構圖如下圖1所示。

　　圖1 通訊系統網絡組成

　　2 PROFINET通訊協議的應用配置

　　2.1 PLC端設置

　　西門子S7-1200系列PLC的硬件組態以及編程調試軟件為TIA Portal，在進行通訊系統配置參數之前需要導入ABB Robot的GSD文件。GSD文件(Generic Station Description file)是通用站點描述文件的簡稱，顧名思義，只有涉及到PROFIBUS DP或者PROFINET IO通訊才使用GSD文件。本系統由于使用PROFINET通訊，因此需要在PLC硬件組態中添加ABB工業機器人的GSD文件，該GSD文件可以在ABB官方網站以及設備供應商處獲得。在硬件目錄里找到Robot 設置，如下圖2所示。

　　圖2 添加Robot模塊

　　接著繼續添加I/O模塊，默認配置中是不分配實際地址的，待配置完成后，系統就會自動分配地址，在這里要選擇DI 128 bytes和DO 128bytes，也就是配置的輸入和輸出通訊數量為128個字節，如下圖3所示。

　　圖3 配置機器人IO模塊

　　然后將ABB Robot PNIO設置分配到網絡中，給Robot分配到主控制器PLC的通訊網絡中：

　　(1)分配 PROFINET name，記得要與Robot端配置的一致;

　　(2)配置PROFINET IP Address，記得要與Robot端配置的保持一致，如下圖4所示。

　　圖4 分配Robot地址

　　接著，右鍵機器人圖標選擇將IO設備名稱定入到MMC卡中，如下圖5所示。

　　圖5 分配Robot設備

　　然后，為網絡中的Robot分配設備名稱，如下圖6所示。

　　圖6 設置Robot名稱

　　需要注意的是必須在網絡中找到一樣的設備，才能分配名稱。最后，將該硬件配置下載到PLC中，如果PLC ERROR燈不報錯，說明配置成功，如下圖7所示。

　　圖7 下載配置文件

　　最后，可以在PLC端監視Robot PROFINET上分配的I/O地址，在本系統中是I68至195(128個字節);Q5至132(128個字節)，要與Robot中的地址相對應; 即PLC中IB68對應的Robot中的模擬量輸出8至15;PLC中IB69對應的Robot中的模擬量輸出0至7(因為高低位錯位)，其它的以此類推。

　　另外，可以能過RDREC和 WRREC指令來診斷PROFINET通訊的連接狀態。關于這二個指令的用法，請參考手冊。

　　2.2 ABB Robot通訊配置。

　　ABB工業機器人飛編程和調試以及虛擬仿真的軟件是RobotStudio，本文將在該軟件中對機器人進行相關配置。在PC端打開RobotStudio軟件，連接到Robot中，先配置“Unit Type”，如下圖7所示。注意：在這里配置與PLC通訊時的Input size和Output size，這里是128個byte。如下圖8、圖9所示。

　　圖8 配置Robot Unit type參數

　　圖9 Robot IO模塊容量

　　接著，配置“Unit”，如下圖10、圖11所示。注意：需要用到“Unit Type”里配置的參數。

　　圖10 配置Unit

　　圖11 Unit type

　　接著配置“Bus”，如下圖12、圖13所示。

　　注意：在這里PROFINET通訊使用的是Robot控制器中的LAN3網絡口;所以在配置時需要選擇Lan Port口;如果單獨配置PROFINET通訊卡，需要另外選擇通訊通道。在這里IP Address地址一定要注意，不能和Robot里Lan Port口己有的地址沖突，如Robot Lan口配置的IP Address是192.168.10.1(可以在示教器里看到，也就是RobotStudio軟件里連接的Robot主機地址)，因此，我們給PROFINET配置的IP Address是192.168.10.199，這個地址為Robot PROFINET Address;也就是說Robot Lan port上配置有兩個地址;一個是編程和調試用的(如192.168.10.1，一個PROFINET地址,如192.168.10.199);這二個IP address不能一樣，否則通訊會報錯，連接不到主機。

　　“Station name”這個選項是用來與PLC通訊時的PROFINET I/O子站的名稱，必須與PLC配置的一樣。

　　完成以上的配置后，Robot端的通訊的參數設置基本完成。

　　圖12 配置 Bus

　　圖13 配置Robot的IP地址

　　下面是設置PROFINET 通訊的I/O地址;就DI/DO/AI/AO來分別設置，如下圖14所示。

　　注意：Robot PROFINET通訊地址為一個WORD，但高8位與低8位是錯位的，即如果Robot的地址0至15位與PLC的地址IW68是對應的，但實際是0至7位對應的是IB69;8~15位對應的是IB68;因此，需要PLC端對高低位進行轉換，這一點在進行配置時需要特別注意，否則會出現通訊數據錯亂的問題。

　　圖14 添加Robot IO映射配置

　　3 結束語

　　PLC和工業機器人采用了PROFINET通訊控制網絡形式之后，整個系統不僅接線變簡單，而且運行穩定，通訊速度快，操作配置參數簡單，反饋的信息全面，可以實時掌握機器人的各種狀態信息。本系統還可以用于西門子S7-1500系列PLC和ABB其他系列工業機器人的通訊測試實驗，不需要任何附加的設備即可對西門子PLC和機器人的通訊功能進行測試，節省了成本和工作量，具有一定的實際意義，可用于實際工程中。

　　參考文獻

　　[1] ABB.產品規格-IRB120 IRC5.[Z]. 3HAC035960-010 修訂：W，2022:9-10.

　　[2] 西門子.西門子S7-1200可編程控制器系統手冊[Z].V4.2, 09/2016，2016:29.

　　[3] 廖常初.S7-1200/1500 PLC應用技術[M].北京：機械工業出版社，2017:1-220.

　　作者簡介：崔文(1987-)，男，河北省唐山市，碩士，自動控制工程師，助教，研究方向為工業控制與智能制造。

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