谭维清
无锡大东机械制造有限公司
摘要：在现代化工业发展的今天，工业码垛机器人在很多食品化工生产企业中运用越来越广泛，工业码垛机器人的品牌种类也比较多，在使用、调试和数据修改中各不相同，通常都只能在工业码垛机器人配套的控制操作系统里进行启动、停止、报警复位和位置参数修改等操作，对现场操作人员的技能和素质要求高，操作不直观简明，修改参数操作复杂,对后期的维护维修基本只能依靠机器人厂家，即增加了使用成本又影响生产效率。本文应用S7-1200PLC系统通过工业总线PROFINET通讯把工业码垛机器人ABB-IRB660的控制操作和位置数据参数通过触摸屏KTP900制作的人机界面来显示操作和数据修改，即方便现场人员操作，又减少了错误，提高原有的使用和生产效率。
关键词：工业总线PROFINET；S7-1200PLC ；工业码垛机器人ABB-IRB660
正文：
近年来,我国现代工业得到了进一步发展,工业机器人在工业领域得到了广泛的应用,在焊接、搬运、喷涂等方面发挥着重要作用,有效减少了手工劳动,提高了工作效率。本文介绍了PLC系统在工业码垛机器人中的应用,利用S7-1200PLC系统通过工业总线PROFINET通讯把工业码垛机器人ABB IRB660的控制操作和位置数据参数通过HMI触摸屏制作的人机界面来显示操作和数据修改，对改善劳动条件、提高操作使用和生产效率具有十分重要的现实意义。
S7-1200 PLC小型可编程控制器充分满足中小型自动化的系统需求。在研发过程中充分考虑了系统、控制器、人机界面和软件的无缝整合和高效协调的需求。S7-1200 系列的问世，标志着西门子在原有产品系列基础上拓展了产品版图，代表了未来小型可编程控制器的发展方向，西门子也将一如既往开拓创新，引领自动化潮流。本文讨论了PLC系统在工业码垛机器人中的应用。
ABB IRB660是一款专用堆垛机器人，其速度，达到距离和有效载荷在同类产品的市场上一枝独秀。超高速4轴运行机构、3.15米达到距离加上250Kg的有效载荷，使IRB660成为袋、盒、板条箱盒瓶子等包装材料的理想堆垛工具。本文IRB660机器人使用在包装25Kg的淀粉行业，每层码垛5包，共码垛8层。
1 PLC系统的组成
PLC系统是由S7-1200 PLC、HMI触摸屏和ABB-IRB660码垛机器人控制系统通过工业总线PROFINET通讯相互连接组成的实时共享任务。
HMI触摸屏设计的人机界面把需要操作的启动程序、停止程序、报警复位、伺服电机使能、伺服电机静能、当前速度修改、位置坐标数据和需要监控显示的自动模式状态、电机使能状态、程序运行状态、急停指示状态、机械故障状态通过工业总线PROFINET通讯与PLC实时交换控制信号和监控显示信号并存储位置坐标数据 。
然后PLC通过工业总线PROFINET通讯与ABB-IRB660码垛机器人进行实时的信号和数据交换。
2 组态配置
2.1 S7-1200 PLC组态
2.1.1 组态硬件配置
打开TIA Portal软件，新建一个项目，填写项目名称及存储路径，鼠标左击“添加设备”，添加S7-1200设备，选择CPU1214C控制器，添加HMI设备，选择KTP900_PN触摸屏，并分别选择相应的设备和硬件版本。
在随后打开“设备和组态”在网络视图中为CPU1214C建立PROFINET网络，直接连接CPU1214C控制器和KTP900_PN触摸屏建立通讯网络，并从右侧的硬件目录路径“其他现场设备—PROFINET IO—IO—ABB Robotics—Robot Device”中选择“BASICV1.4”并将他拖拽到画面中连接到网络里，如下图。
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鼠标左击CPU1214C控制器，在其属性常规里的PROFINET接口设置为：子网为“PN/IE_1”、IP地址为“192.168.0.1”、子网掩码为“255.255.255.0”、PROFINET设备名称为“plc_1”、转换的名称为“plcxb1d0ed”、设备编号为“0”，如下图。
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鼠标左击KTP900的HMI触摸屏，在其属性常规里的PROFINET接口设置为：子网为“PN/IE_1”、IP地址为“192.168.0.2”、子网掩码为“255.255.255.0”、PROFINET设备名称为“hmi_1”、转换的名称为“hmixb110d0”，如下图。
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鼠标左击RobotBasicIO，在其属性常规里的PROFINET接口设置为：子网为“PN/IE_1”、IP地址为“192.168.0.3”、子网掩码为“255.255.255.0”、PROFINET设备名称为“robot”、转换的名称为“robot”、设备编号为“1”，如图。
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在网络视图打开RobotBasicIO设备视图，右侧模块目录中“DI256bytes_1”和“DO256bytes_1”模块拖到左侧的地址列表中。DI256bytes_1模块的I地址设置范围是68-323，DO256bytes_1模块的Q地址设置范围是60-315，如下图。
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2.2 ABB-IRB660码垛机器人控制器配置
2.2.1 ABB Robot Studio 介绍
ABB Robot Studio 软件是ABB机器人公司推出的一款机器人离线编程与仿真的计算机应用程序，其独特之处在于它下载到实际机器人控制器的过程中没有翻译阶段。它使用图形化编程、编辑、调试机器人系统来操作机器人，并模拟优化现有的机器人程序。它不仅可供学习机器人性能和应用的相关知识，还可用于远程维护和故障排除。
2.2.2 IRB660 机器人控制器配置
使用Robot Studio 软件软件，打开虚拟示教器对机器人控制器进行配置。
点击“ABB—控制面板—配置—I/O System—PROFINET Internal Devices—PN_internal_Device”中设置“Input Size”为“256”和“Output Size”为“256”，设置PROFINET接口输入和输出都是256个字节
点击“ABB—控制面板—配置—I/O System—Industrial Network—PROFINET”中设置“PROFINET Station Name”为“robot”，设置PROFINET接口名称是robot。
点击“ABB—控制面板—配置—Communiation—X5”中设置“Interface”为“LAN3”，设置PROFINET外部接口名称是LAN3口。
点击“ABB—控制面板—配置—Communiation—IP Setting —PROFINET Network”中设置“IP”为“192.168.0.3”、“Subnet”为“255.255.255.0”，设置PROFINET接口IP地址。全部设置好重启，更新到机器人控制器里。 机器人控制器里设置的IP地址和设备名称一定要和S7-1200项目中配置的相同。
3 PLC程序设计
3.1 I/O分配表设计
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3.2 程序编写
西门子TIA博图软件，它的编程语言主要有四种表示方法：LAD（梯形图）、FBD（功能块图）、STL（语句表）和SCL（结构化文本语言），本文采用了LAD（梯形图）编程语言，主要的程序设计包含了设备控制和监督反馈程序、速度存储修改和坐标位置存储修改程序。
3.2.1 设备控制和监督反馈程序
设备控制和监督反馈程序实现功能包含启动程序、停止程序、复位急停、复位报警、伺服电机使能静能等操作和自动模式状态、程序运行状态、机器人急停报警、机器人程序执行报警和电机使能状态等监控显示，有部分无需梯形图，人机界面直接添加变量执行操作和显示，剩下需要编写的梯形图如下：
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坐标数据位置显示功能以码垛机器人码垛第1层第1包数据为例：程序运行满足选择修改品种号变量为1、选择修改层数变量为1和选择修改袋数变量为1的条件后，1层1包.X坐标数据变量通过MOVE指令传送给触摸屏显示.X变量、1层1包.Y坐标数据变量通过MOVE指令传送给触摸屏显示.Y变量、1层1包.Z坐标数据变量通过MOVE指令传送给触摸屏显示.Z变量和1层1包.姿态坐标数据变量通过MOVE指令传送给触摸屏显示.X变量显示到人界界面上，程序如下图，其它包数的坐标数据位置显示程序结构一样不做详细介绍。
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坐标数据位置输出功能以码垛第1层第1包数据为例：程序运行满足选择修改品种号变量为1、当前袋数变量为0条件后，1层1包.X坐标数据变量通过MOVE指令传送给输出变量QW67(RgiplacePosX)、1层1包.Y坐标数据变量通过MOVE指令传送给输出变量QW69(RgiplacePosY)、1层1包.Z坐标数据变量通过MOVE指令传送给输出变量QW71(RgiplacePosZ)和1层1包.姿态坐标数据变量通过MOVE指令传送给输出变量QW78(RgiRobrot),码垛第一层第一包的数据就传送给机器人进行码垛放置，如下图，其他包数坐标数据位置传送程序结构一样不做详细介绍。
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5 控制效果
在设计的机器人操作界面里启动程序、停止程序、伺服电机使能、伺服电机静能、复位和回原点等操作，ABB机器人能根据执行的操作进行动作，并把自动模式状态、程序运行状态、机器人急停报警、机器人程序执行报警和电机使能状态等监控显示到人机界面。在微调垛型界面里修改对应的码垛坐标X、Y、Z、姿态数据传送到ABB机器人控制器里。
6 结语
本文应用西门子S71200PLC系统通过工业总线PROFINET通讯把工业码垛机器人ABBIRB660的控制操作和位置数据参数通过触摸屏KTP900制作的人机界面来显示、操作和码垛位置数据修改存储。本文的创新点，即方便现场人员操作，又减少了错误，提高了原有的使用和生产效率。目前有15台这样的设备在山东和河北某淀粉公司使用，效果良好，得到客户认可。
参考文献
[1]廖常初.S7-1200PLC编程及应用.机械工业出版社. 2010年
[2]吴中俊,黄永红. 可编程序控制器原理及应用.机械工业出版社. 2004年
[3]智通教育教材编写组. ABB工业机器人基础操作与编程.机械工业出版社.2019年
[4]上海ABB工程有限公司. ABB工业机器人实用配置指南.电子工业出版社.2019年