基于Internet的爱普生机械手远程控制系统设计

刘涵茜

（苏州工业园区职业技术学院，苏州 215000）

0 引言

传统的工业生产环境已经不能适应生产力的需求，各自独立的生产检测系统会造成系统资源分配不合理的问题，于是出现了分布式系统，但是，大部分分布式系统都在同一个生产现场，还仅仅限于局域网之内具有一定的地域局限性，而通过采用以太网讯的方式，就可以对远端的现场进行监视和控制。在“工业4.0”的发展趋势下，未来的生产模式需要高度灵活的个性化和数字化，而工业机器人是制造业实现数字化、智能化和信息化的重要载体。未来时代，工程师不管身处何地，都将能够通过网络能够监视、控制、诊断、修复生产现场的设备。本文通过以Internet网络连接为基础的通讯方式，实现对现场机械手的远程操控和监视。

1 系统总体方案设计

1.1 系统总体结构

爱普生机械手的远程控制系统可以实现两大功能，一是可以通过管理计算机对机械手进行远程控制，二是可以通过网络摄像头对机械手进行远程监视。本次项目中选用了赛远S302系列通讯模块作为远程通讯的媒介，将现场摄像头、西门子S7-1200 PLC以及监控端的管理计算机进行连接，网络连接成功后，监控端的计算机可呈现机械手的现场画面并对其进行实时监控。该监视系统自带的软体可以对摄像头进行云台控制，实现摄像头的旋转、镜头的拉伸和对焦等功能。我们通过“易控”软件设计一个机械手的控制界面，通过PLC程序的编写，间接控制机械手的上电、急停、复位、开始等功能。至于机械手的运动轨迹，则是用EPSON RC+5.0专用软体进行程序的编制。其系统结构图如图1所示。

1.2 系统控制要求

1）管理员通过远程管理计算机可以对现场机械手的运作进行实时监控，并可对摄像头的角度、焦距等进行调节；

2）点击远程管理计算机操作画面的“上电”按钮，控制现场的机械手控制器上电开机；

3）在机械手上电的情况下，点击远程管理计算机操作画面的“复位”按钮，机械手进行回原点动作；

4）在任何情况下点击远程管理计算机操作画面的“急停”按钮，机械手控制器立即断电，机械手立即停止动作。

图1 系统结构图

2 系统的硬件选型

2.1 工业机器人本体

本项目采用了爱普生C3机器人，该系列的机器人无论是在循环时间、重复定位精度和运动范围方面都有着不俗的表现，EPSON-C3手臂采用纤细线性设计，使其能柔和动作，能在有限工作空间多角度作业。C3具有纤细的机身和紧凑的手腕，能确保其达到最大的运动范围。较少的机械限制则使此款机器人适合应用于轻工业、低负载场合。

2.2 机器人控制器

RC-180控制器属于紧凑型控制器，占用工厂空间小，机器人循环及响应时间快，能够实现伺服平滑地启动停止，保证了运动精度。

此外它还拥有着灵活的拓展性—可用作单机、PLC从站或与PC搭配使用，能控制爱普生G系列和RS SCARAS以及C3/PS/S系列6轴机器人，完全集成选项包括：图像处理、网络连接性、以太网/IP和更多选项。

2.3 可编程控制器（PLC）

西门子S7-1200 PLC是一款将微处理器、集成电源、输入和输出电路、内置PROFINET、高速运动控制I/O以及板载模拟量输入组合到一个设计紧凑的外壳中来形成功能强大的控制器。在下载用户程序后，CPU将包含监控应用中的设备所需的逻辑。CPU根据用户程序逻辑监视输入并更改输出，用户程序可以包含布尔逻辑、计数、定时、复杂数学运算以及与其他智能设备的通信。CPU提供一个PROFINET端口用于通过PROFINET网络通信。还可使用附加模块通过PROFIBUS、GPRS、RS485或RS232网络进行通信。

2.4 网络摄像头

SY-CMI工业摄像头是赛远根据工业远程监控需要而开发的一款具有以太网、无线WIFI、报警输入输出、红外、可远程操控的高清晰摄像头，配合赛远的SYRSCM设备，可以组成远程诊断系统。

3 组建网络通讯

3.1 设置IP地址

1）RS通讯模块IP地址设置

本文采用了赛远自主研发的SY-RSCM302通讯模块，专用于PLC等控制系统的远程通讯。该产品的默认IP地址是：WAN口IP：192.168.0.254 LAN口IP：192.168.1.254，本文采用了该默认地址，未作改动。

2）管理计算机IP设置

管理计算机需要的IP地址需设置为与RS-302LAN口同网段的IP，例如：192.168.1.256。

3.2 配置界面设置

通过RS-302的LAN口，访问配置界面。按照“网络配置→网络接口→WAN→编辑” 进行操作。接入方式选择为“静态IP”，IP地址定义为该局域网中分配给RS-302通讯模块的局域网IP，如“192.168.x.y”。掩码设为“255，255，255，0”。默认网关即为局域网默认网关。其他无需修改，点击确认，设备将会自动重启，修改配置参数，等待1分钟后，才可以再次进行通讯。如图2所示。

图2 网络配置界面

3.3 系统连接测试

在目标地址中输入“www.baidu.com”，点击“PING”，如果有返回值，则表示RS-302通讯模块已经正确连入Internet，否则请检查参数，重新配置。如图3所示。

图3 系统连接测试

3.4 现场设备连接

将摄像头、PLC、管理计算机分别用网线接入现场配置好的通讯模块的LAN口，此时，LAN口的IP即为现场设备的IP地址，使用管理计算机即可以进入监控画面，还可以对摄像头角度、光线等进行调节，并且可以通过管理计算机上组态好的按钮给PLC信号，用于触发机械手动作。

4 PLC控制系统设计

4.1 PLC输入输出地址分配表

本文中共有“上电”、“开始”、“复位”、“急停”4个输入信号，以及对应的四个输出信号，具体的地址分配如表1所示。

表1 PLC输入/输出地址分配表

4.2 PLC外部接线图

图4 PLC外部接线图

4.3 PLC组态

西门子S7-1200PLC采用了博途（TIA Portal V14）编程软件。首先打开软件，点击“创建新项目”，随后添加设备型号为“CPU1212C DC/DC/Rly ”订货号为“6ES7 212-1HE40-0XB0”的CPU，然后添加“PC station”作为管理计算机。点击“PC station”的1号插槽，添加通信模块“PROFINET/Internet”（选择常规IE）并为其设置IP地址（即PLC的IP地址），设置完成后点击“保存&编译”，并下载，完成后如图5所示。

图5 PLC组态

4.4 PLC程序设计

图6 PLC梯形图程序

5 远程控制界面制作

在远程控制计算机上通过“易控”软件完成远程控制界面的制作。首先在工程栏里右击I/O通信，在新建通讯窗口中选择西门子S7系列。其次在工程栏中右击“变量”，选择新建变量组，在新建的变量组栏中，我们可以对变量进行命名以及设置其初始值、数据类型等等。变量建立之后在工程栏中右击“IO通信”打开数据库变量，右击新建。在数据库变量栏中点击“…”打开变量浏览器。最后选中所需的变量组，将本地变量组和数据库变量建立联系。图7所示为建立联系后的变量。图8为控制界面的制作。

图7 建立变量联系

图8 控制界面的制作

6 爱普生机械手的设计

6.1 建立电脑与控制器的通讯

打开EPSON RC+5.0专用编程软件，在设置中选择“电脑与控制器的通信”，选择“通过以太网连接控制器”，并在IP地址栏输入你所要连接的机器人驱动器的IP地址。点击“应用”确认连接。如图9所示。

图9 建立RC180驱动器与计算机的通讯

6.2 RC180输入针脚定义

打开EPSON RC+5.0编程软件，在“设置”—“控制器”—“远程通讯”—“输入”，将所需要的功能定义到自己选择的输入针脚。本文中将控制器的1号针脚定义为“开始”，2号针脚定义为“复位”，如图10所示。

图10 RC180输入引脚定义

6.3 坐标点的示教及编写程序

在“机器人管理器”界面，我们可以选择不同的示教模式，如：“本地模式”、“工具模式”、“坐标模式”等，还可以选择不同的速度、步进距离等。将机械手运行至所需的点位置时，先将点命名，如：P0、P1……然后点击“示教”，确认完成保存后再进行下一个点的示教。如图11所示。示教完成后可根据不同的控制要求进行程序的编写。

图11 点示教

7 结语

经过现场测试，本文设计的系统可以对爱普生机械手现场进行实时监控，也可以对摄像头进行角度和焦距的调节；通过远程界面上的“上电”、“复位”、“开始”、“急停”等按钮可对机器人完成远程控制，实现上电、回原点，急停等功能。测试结果完全符合控制要求。