浅谈工业机器人通讯网络控制方法

吴金旭　高其虎　陈争光　毕平安　李阳

摘 要：随着工业机器人的迅速发展，工业制造越来越智能化，越来越多的机器人应用于各种行业，机器人代替工人劳作势在必行。机器人设备维修人员需求量也变得越来越大。论文主要研讨UBC喷涂机器人（NACHI MC350）基本硬件组成，如何进行现场总线网络配置及地址分配以及让机器人实现外部启动所需的核心逻辑步序。

关键词：机器人硬件;网络通讯配置;机器人外部启动

中图分类号：TP242.2  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）03-165-03

1 那智机器人系统介绍

1.1 那智机器人基本硬件组成

涂装车间设备自动化占有率为95%，UBC工艺采用涂胶机器人操作。机器人主要由本体（机器人控制柜、示教编程、机构轴）、涂胶伺服枪、涂胶控制器以及外部气动阀岛控制站、滑台，其中NAHI机器人采用的三相200V50HZ电源，故在通用380V电力网进行变压，机器人控制柜主要有控制主板，插装的有CPU板卡、通讯板卡、安全及多功能控制板;动力部分由一块驱动板控制，可同时控制8个轴的伺服放大器动作输出，还包含有对伺服电机编码器的数据处理以及电机抱闸的控制，现场应用中除机器人本体6轴外，机器人伺服涂胶枪轴以及底座滑台移动轴作为第7、8轴均由驱动板控制。

1.2 那智机器人外接通讯设备

为了满足自动化生产，涂胶机器人（作为从站）与上位机PLC进行数据交互（接收PLC给出的动作指令以及反馈给PLC当前的状态及动作需求），同时还要作为主站发送喷涂控制器（GRACO-PCF）的启停指令及涂胶规范，接收GRACO工作站反馈信号并进行内部逻辑处理，以及对外部安全、阀岛工作站的指令动作控制。（喷涂视觉系统直接反馈给PLC，由PLC发送给机器人相关指令）

1.3 机器人交互数据的通讯组件

NACHI机器人作为主、从站采用DEVICENET工业网络通讯协议，上位机PLC应配置D网智能通讯模块（本工厂使用的PLC品牌为欧姆龙，系列为NJ302，主机架配有3个DRM21的D网通讯模块）;机器人电控柜内部通讯PCI板上安装两个D网适配通讯卡，通讯卡为HMS公司生产，型号为AX10-OP131-A（主站板卡），AX10-OP131-B（从站板卡）。

2 如何配网

2.1 机器人做主站

2.1.1 硬件配网

信息组信息转移通路基板安装在 CPU 单元的任意 PCI 插件板连接器上使用。请注意需要设定所安装的“插件板连接器 ID（#1～#3）”。

第一步：将通讯适配卡（通讯卡选型一定要是主站卡）安装在机器人主控柜通讯PCI板卡上，PCI板卡上有两个插槽，分别用来安装主、从适配卡;主、从卡的上下插槽位置可随意选择，但一经选定，对应的外围主从设备配线应保证一致（HMS 公司制造的 DeviceNet 模块上未使用拨码开关，因此无需设定，默认主站站点地址为1）。将事先准备好的5芯Devicenet电缆插装在通讯板卡上并在通讯线（白色&蓝色）之间加装100欧的色环电阻。

第二步：喷涂控制器柜内安装欧姆龙分布式I/O模块（型号为GTR21），站点号为2号站点，拨码开关将SW2置ON。（21*1=2或00000010=2），将从机器人主站模块出来的D网通讯线安装在该从站通讯适配器上，并将D网网线再次引出。

第三步：在機器人安全、阀岛排接线箱安装欧姆龙分布式I/O模块（型号为GTR21），站点号为3号站点，拨码开关将SW1、SW2同时置ON。（21*1+20*1=3或00000011=3），将引出的D网网线安装在该从站通讯适配器上，并在通讯线（白色&蓝色）之间加装100欧的色环电阻。

2.1.2 软件组网

信号的分配位置取决于所使用的信息组信息转移通路号码，信息组信息转移通路最多可以使用 4 个通路。但是4 个通路全部不使用时，可以使用未使用的通路的信号

主站适配模块选择为通路1，则对应的外部物理输入点从X1000开始，外部物理输出点从Y1000开始。机器人内部PLC的逻辑地址点从I0129、Y0129开始（X1000→I0129，O0129→Y1000）。

涂胶控制器通讯模块为1byte输入，2byte输出（X1000- X1007→I0129-I0136，O0128-O0144→Y1000- Y1015）。

水汽排通讯模块为2byte输入，2byte输出（X1008-X1023→I0161-I0176，O0160-O0176→Y1016-Y1031）。

2.2 机器人做从站

2.2.1 机器人硬件配网

机器人内部将通讯适配卡（通讯卡选型一定要是从站卡） 安装在机器人主控柜通讯PCI板卡的另外一个插槽上，不需要对地址进行硬件拨码（通过示教器进入信息组信息转移通路选择进行设置）。

2.2.2 PLC硬件配网

OMRON PLC通过DRM21智能通讯模块与机器人柜内的通讯设配卡用DEVRICENET标准网线进行链接。

2.3 软件组网

2.3.1 机器人网络配置

从站适配模块选择为通路2，则对应的外部输入点从X1512开始，外部物理输出点从Y1512开始。这里每一台机器人对应PLC都是唯一站点，PLC分别给每台机器人分配16byte的地址范围X1512-X1639→I0001-I0128，Y1512- Y1639→O0001-O0128。

2.3.2 PLC网络配置

首先在通过OMRON的INTERGRATE软件装载机器人的EDS文件，这样在PLC组态软件中就能够识别出机器人这个从站模块，将机器人模块嵌入D网网络中，对机器人的地址进行分配，根据现场使用特性，一般分配16个BYTE的数据量进行信息交互。

2.4 机器人启动

2.4.1 自动模式下如何启动机器人

在正常生产的过程中，首先要满足PLC与机器人均在自动模式状态下，其中机器人要打在ROMOTE模式下。机器人想要启动并执行程序，首先是要对机器人进行伺服上电，当满足外部无安全异常情况下（安全门、光栅、安全急停），PLC在自动模式下会自动给机器人DRIVE ON信号，机器人伺服上电完成（内部名称为外部运转准备投入），此信号为脉冲信号，当出现安全回路或机器人内部重大故障，DRIVE OFF置为1（外部运转准备投入断开），机器人瞬间伺服掉电，电机抱闸抱死，机器人会出现抖动情况。

2.4.2 自动模式下机器人如何启动程序

机器人伺服上电完成后，PLC发MOVEABLE指令控制NACHI机器人的外部个别停止，正常运行时此信号为常ON状态，当出现外部一般性故障或安全门请求进入时，MOVEENABLE信号断电，如果机器人正在执行轨迹，将减速停车，不在执行运行指令。当MOVEENABLE信号为ON，首次上电时，按下启动按钮，PLC发送给机器人EX_START（外部启动）信号，机器人接收到信号后开始启动执行用户主程序（在这里机器人仅仅是程序开启，但不会走实际的轨迹），机器人反馈给PLC请求其发送运行轨迹程序，PLC接收到请求程序号指令后，开始发送实际喷涂车型所对应的程序号，当机器人接收到程序号后仍然不会走轨迹，它再发将

收到的程序号反馈给PLC进行校验，当PLC将发送和接收的程序号校验成功后，发给机器人PRG_VALID信号，机器人接收到此信号后便开始执行轨迹程序。

2.4.3 机器人再启动

当现场出现机器人急停或外部停止时，机器人的EX_ START信号被置为OFF。当机器人外部故障修复后，此时机器人已经在程序当中，但不在机械人原位，此时按下复位按钮，机器人重新伺服上电，但机器人不会执行程序，需要再次按下启动按钮，机器人才能夠二次启动继续工作，这里主要是根据机器人内部特性及安全因素考量，当机器人正常运行完成工序后不需要PLC再发发送伺服上电指令，机器人此时处于外部启动开启状态但不执行轨迹，此时段会一直发给PLC程序号请求，当上一工位的车型到达本工位且满足外部条件后，PLC会发给机器人程序号，开始进入机器人的下一个轨迹运行循环。

3 结论

以上是利用奇瑞商用车河南有限公司30JPH涂装UBC涂胶系统对NACHI喷涂机器人的通讯网络配置功简单介绍，文章描述过程中不免有不足之处，敬请同行给予指正。

参考文献

[1] 王建.维修电工（技师、高级技师）考前辅导北京：机械工业出版社，2008.

[2] 饶显军.工业机器人操作、编程及调试维护培训教程北京：机械工业出版社.