自动化PLC控制FAUNC机器人的两种流程！

机器人概述

工作原理

该项目中使用

M251 dPAC控制FAUNC机器人 用于电池的组盘和拆盘的两种流程，FANUC机器人M-20iD-25作为设备的执行层，M251 dPAC用于调度FAUNC的内部的执行程序，两者之间使用的是Ethernet IP通讯 ，设备架构图如图1：

图1

机器人将从堆垛机中取出的装满电池的托盘，通过有两个抓手的夹具进行抓取，将电池抓取到拉带线上，当所有的电池抓取完成后，机器人发送完成信号给输送线，输送线将空托盘排出，该流程我们称之为拆盘流程 ，如图2：

图2

机器人将拉带线上的电池取出，放进在输送线上等待的空托盘中，等待12组电池放入，将装满电池的电池托盘排出，根据输送线发来的指令来确定组完盘的装满电池的托盘流入堆垛机还是流入输送线的拆盘位置，该流程我们称之为组盘流程 ，如图3：

图3

机器人控制系统

1.PLC与机器人控制器数据交互

PLC与机器人通讯主要通过SYMLINKMULTIVARDST和SYMLINKMULTIVARSRC这两个功能块进行通讯 ，SYMLINKMULTIVARDST功能块用于处理输入变量，该功能块需要将初始化事件链接到INIT，然后将INITO链接到REQ上，如图4：

图4

SYMLINKMULTIVARSRC功能块用于处理输出变量，该功能块需要将初始化事件链接到INIT,然后将INITO链接到REQ上，如图5：

图5

IW1一共16个位，详细介绍见表1：

表1

IW2一共16个位，详细介绍见表2：

表2

IW3一共16个位（仅使用7个位），详细介绍见表3：

表3

IW4,IW5,IW6都是一个字，详细介绍见表4：

表4

QW1一共16个位，详细介绍见表5：

表5

QW2一共16个位（仅使用14个位），详细介绍见表6：

表6

QW3,QW4,QW5都是一个字，详细介绍见表7：

表7

QW6-QW12都是一个字，主要用于和MET的数据交互，详细介绍见表8：

表8

2.PLC与TM3模块通讯

变量主要分为输入变量和输出变量，输入变量见表9，输出变量见表10：

表9

表10

3.机器人EDS配置

01

添加FANUC的EDS文件，确保Catalog里存在FANUC ROBOT R30iB，如图6：

图6

02

添加完EDS后，添加设备FANUC Robot R30iB Plus这个文件，如图7：

图7

03

添加完成后，修改Input size和Output size为48，点击“应用”确保设置完成，如图8：

图8

04

点击TCP，修改成IP地址如图9：

图9

05

修改Items Management为手动，如图10：

图10

06

修改IP地址为如图11：

图11

07

设置输入输出点，如图12：

图12

08

确认设置完成，如图13：

图13

完成设置之后将配置好的配置文件导入到Ethernet IP Scanner中，机器人的EDS配置就完成了。

机器人控制CAT设计与开发

程序的设计主要分为7个部分

1

第一部分为Robot_to_PLC,用于处理机器人到PLC的通讯变量；

2

第二部分为HMI，用于处理人机交互界面的一些数据；

3

第三部分为手动，该部分用于调试使用，来确认夹爪和气缸的动作；

4

第四部分为PLC_to_Robot,用于处理PLC到机器人的通讯变量；

5

第五部分为自动流程，拆盘和组盘的流程在该程序在实现；

6

第六部分是叠料检测，用于防止下方有电池时继续下放；

7

第七部分为读取机器人实际位置，用于读取机器人六关节的角度值，可以和仿真软件通讯实现数字孪生等功能。

程序如图14：

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软PLC技术的流行必将带来控制方式的变革

PLC 从硬件的结构上来区分可分为硬PLC和软PLC。

所谓硬PLC 从严格意义上来说是由硬件或者一块专用的ASIC 芯片来实现PLC 指令的执行．而软PLC（即SoftPLC，也称为软逻辑SoftLogic）是使用PC 机或嵌入式控制器作为硬件支撑平台，利用软件实现硬PLC 的基本功能。或者说，将PLC 的控制功能封装在软件内，运行于PC 或嵌入式控制器的环境中。

随着二十世纪计算机技术的快速发展，硬PLC 的通用性及兼容性差等弊端愈来愈明显。而计算机标准化的通信协议和成熟的局域网技术使组网十分简便，还可以通过Intemet 与外界相连。一个具有开放性的系统可以和任何遵守相同标准的其它设备或系统相连。那么能不能将PC 开放性和PLC 的可靠性等优点结合在一起呢？国际电工委员会于在IEC61131-3 的标准中提到，充分利用工业控制计算机（IPC）或嵌入式控制器（EPC）的硬件和软件资源，全部用软件来实现硬PLC 能实现的功能。这就是国际上出现的高新技术一软PLC 技术。

软件PLC 综合了计算机和PLC 的开关量控制、模拟量控制、数学运算、数值处理、网络通信、PID 调节等功能，通过一个多任务控制内核，提供强大的指令集、快速而准确的扫描周期、可靠的操作和可连接各种I/O 系统及网络的开放式结构。所以，软件PLC 提供了与硬PLC 同样的功能，

同时又提供了PC 环境。软PLC 与硬PLC 相比，还具有如下的优点：

1) 具有开放的体系结构。软PLC 具有多种I/O 端口和各种现场总线接口，可在不同的硬件环境下使用，突破传统PLC 对硬件的高度依赖，解决了传统PLC 互不兼容的问题。

2) 开发方便，可维护性强。软PLC 是用软件形式实现硬PLC 的功能，软PLC 可以开发更为丰富的指令集，以方便实际工业的应用；并且软PLC 遵循国际工业标准，支持多种编程语言，开发更加规范方便，维护更简单。

3) 能充分利用PC 机的资源。现代PC 机的强大的运算能力和飞速的处理速度，使得软PLC 能对外界响应能迅速作出反应，在短时间内处理大量的数据。利用PC 机的软件平台，软PLC 能处理一些比较复杂的数据和数据结构，如浮点数和字符串等。PC 机大容量的内存，使得开发几千个I/O端口简单方便。

4) 降低对使用者的要求，方便用户使用。由于各厂商推出的传统PLC 的编程方法差别很大，并且控制功能的完成需要依赖具体的硬件，工程人员必须经过专业的培训，掌握各个产品的内部接线和指令的使用。软PLC 不依赖具体硬件，编程界面简洁友好，降低了使用者的入门门槛，节约培训费用。

5) 打破了几大家垄断的局面。有利于降低成本，促进软PLC 技术的发展。

1.1 软PLC控制方案

要实现软PLC 控制功能，必须具有三个主要部分，即开发系统、对象控制器系统及I/O 模块。

++开发系统主要负责编写程序，对软件进行开发。

++ 对象控制器及I/O 模块是软PLC 的核心，主要负责对采集的I/O 信号进行处理，逻辑控制及信号输出的功能。

1. 开发系统

软PLC 开发系统实际上就是带有调试和编译功能的PLC 编程软件，此部分具备如下功能：编程语言标准化，遵循IEC61131-3 标准，支持多编程语言（共有5 种编程方式：IL、ST、LD、FBD和SFC），各编程语言之间可以相互转换；丰富的控制模块，支持多种PID 算法（如常规PID 控制算法、自适应PID 控制算法、模糊PID 控制算法及智能PID 控制算法等），还包括目前流行的一些控制算法，如神经网络控制；开放的控制算法接口，支持用户嵌入自己的控制算法模块；仿真运行，实时在线监控，在线修改程序和编译；网络功能。支持基于TCP/IP 网络，通过网络实现PLC 远程监控， 远程程序修改等。

2. 对象控制器系统及I/O 模块

这两部分是软PLC 的核心，完成输入处理、程序执行、输出处理等工作。通常由I/O 接口、通信接口，系统管理器、错误管理器、调试内核和编译器组成。

++I/O 接口：可与任何I/O 信号连接，包括本地I/O 和远程I/O，远程I/O 主要通过现场总线如InterBus，ProfiBus，CANopen 等实现；

++通信接口：通过此接口使运行系统可以和开发系统或HMI 按照各种协议进行通信，如下载PLC 程序或进行数据交换；

++系统管理器：处理不同任务和协调程序的执行；

++错误管理器：检测和处理程序执行期间发生的各种错误；

++调试内核：提供多个调试函数，如强制变量、设置断点等；

++ 编译器：通常开发系统将编写的PLC 源程序编译为中间代码，然后运行系统的编译器将中间代码翻译为与硬件平台相关的机器码存入控制器。

3. 综合控制方案

软PLC 控制器的硬件平台主要可以分为如下三部分：

1)基于嵌入式控制器的控制系统：嵌入式控制器是一种超小型计算机系统，一般没有显示器，软件平台是嵌入式操作系统（如Win CE、VxWorks 或QNX 等）。软PLC 的实时控制核被安装到嵌入式控制系统中，以保证软PLC 的实时性，开发完的系统通过串口或以太网将转换后的二进制码写入到对象控制器中，

其结构如图 所示。

2) 基于工控机（IPC ）或嵌入式控制器（EPC ）的控制系统：该方案的软件平台可以采用

Windows 操作系统（Windows XP Embedded，Windows 7 等），通用I/O 总线卡将远程采集的I/O信号传至控制器中进行处理，软PLC 可以充当开发系统的角色及对象控制器的角色。目前市场上越来越多的用户更倾向于直接使用面板型工控机进行控制的方案，这样的方案直接集成了HMI，开发系统及对象控制器的功能，大大降低了成本，其控制方案结构图如图 所示。

3) 基于传统硬PLC 的控制系统：此方案中，PLC 开发系统一般在普通PC 机上运行，而传统硬PLC 只是作为一个硬件平台，将软PLC 的实时核安装在传统硬PLC 中，将开发系统编写的系统程序下载到硬PLC 中，其控制系统图，区别是将图中的嵌入式控制器替换成传统硬PLC。

1.2 软PLC的发展方向

1. 硬件/ 系统平台

软PLC 采用开放式结构的软件控制技术，将一台标准的工业控制计算机改变为一个具有PLC全部功能的过程控制器。可以想象，微处理等硬件的快速发展（如Intel 等处理器生产厂家）和操作系统等软件的快速发展（如Microsoft 操作系统提供商等）势必也会带动软PLC 的快速发展，并使其技术和产品日趋完善。

当IEC 61131-3 编程标准问世及在其影响下的开放式结构，使得通用PC 或嵌入式系统有可能代替传统PLC，成为新型PLC----软PLC。其典型的系统结构是工控机或嵌入式系统+I/O 接口+软PLC 软件包。软PLC 产品是基于PC 或嵌入式系统开放结构的控制装置，它具有硬PLC 在功能、可靠性、速度等方面的特点，利用软件技术可将标准的工业PC 或嵌入式系统转换成全功能的PLC过程控制。

2. 编程语言

以往各个PLC 生产厂家的产品不仅硬件各异，其编程方法也是五花八门，如三菱，西门子，欧姆龙等都有自己独立的编程软件，其I/O 映射的方法也有所不同，用户每使用一种PLC 时，不但要重新了解其硬件结构，此外还需要重新学习编程方法及其规定。为减轻用户学习负担，也为了统一行业内的编程规范，IEC 于1993 年发布了IEC 61131-3 有关可编程序控制器编程的标准。以往各个PLC 生产厂家的产品互不开放，要将几个PLC 厂家的产品连接在同一个网络里是很困难的，而以通用的PC 或嵌入式控制器取代各制造厂专用PLC，可使系统从封闭走向开放_。

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