智能制造生产管理与控制（中级）课件 项目六　 智能制造系统交互控制

智能制造系统交互控制PLC与工业机器人通信编程目录一、PLC与工业机器人通信接口二、工业机器人通信控制程序设计三、编写与工业机器人通信程序四、PLC与工业机器人交互及测试PLC与工业机器人通信接口一、PLC与工业机器人通信接口PLC通信指令PLC与工业机器人通信接口通信数据解析PLC通信指令TCP/IP通信PLC作为高度集成化的工业装备，通常都支持多种外部通信方式，需根据应用场景来选择。TCP/IP传输协议，是在网络的使用中的最基本的通信协议。使用TCP通讯建立连接时采用客户端服务器模式，这种模式又常常被称为主从式架构，属于一种网络通讯架构，将通讯的双方以客户端（Client）与服务器(Server)的身份区分开来。在本项目PLC与工业机器人的通信中，PLC作为服务器，工业机器人作为客户端主动建立连接，PLC及工业机器人通信地址如下表所示。单元名称IP地址端口连接方式工业机器人192.168.8.103无主动PLC192.168.8.102001被动PLC通信指令通信指令PLC与工业机器人通信使用开放式通信下的TSEND_C和TRCV_C指令。TSEND_C用来设置并建立通信连接并通过现有通信连接发送数据TRCV_C用来设置并建立通信连接并通过现有通信连接接收数据PLC通信指令TSEND_C和TRCV_C指令功能块参数及说明如下。TSEND_CTRCV_C参数名称说明参数名称说明EN功能块使能EN功能块使能REQ在上升沿启动发送作业EN_R在上升沿启动发送作业CONT0：断开通信连接

1：建立并保持通信连接CONT0：断开通信连接

1：建立并保持通信连接LEN通过作业发送的最大字节数LEN通过作业发送的最大字节数CONNECT指向连接描述结构的指针（此处单击功能块右上角的“开始组态”进入组态即可）ADHOCTCP协议选项使用点对点模式DATA指向发送区的指针，该发送区包含要发送数据的地址和长度CONNECT指向连接描述结构的指针（此处单击功能块右上角的“开始组态”进入组态即可）ADDR包含指向系统数据类型TADDR_Param的指针DATA指向发送区的指针，该发送区包含要发送数据的地址和长度COM_RST重置连接：0：不相关1：重置现有连接ADDR包含指向系统数据类型TADDR_Param的指针——COM_RST重置连接：0：不相关1：重置现有连接通信指令PLC与工业机器人通信接口在生产过程的实时交互系统中，工业数据的实时交互及其相关接口的设计尤为重要，PLC通过工业网络与机器人建立通信，通信接口是双方建立通信的重要窗口。PLC向机器人发送的信息及接收机器人的信息都需要通过接口来具体反映，数据接口的设计就成为建立通信过程中的重要步骤。数据接口的设计需要根据对象的功能需求来设计相应的接口。接口在实际使用中对于一些异常数据或者附加数据要能够一并处理，这就要求数据接口具有容错性以及灵活性。数据接口PLC与工业机器人通信接口PLC数据接口分为输入输出两类，输入数据包含机器人发送过来的运行状态等数据，输出数据包含PLC要发送的运行指令等数据。输入输出数据可在PLC中建立数据块来完成，分别存放PLC发送和接收的数据，可命名为DB_PLC_STATUS和DB_RB_CMD，对应输出状态和接收命令。DB_PLC_STATUS作为发送给工业机器人的数据块，包含对工业机器人的动作命令、仓库物料等信息。具体定义如表所示。数据接口定义名称数据类型说明RbtControlCmdInt工业机器人控制字RbtTeachNoInt示教号LoadAllowInt上料允许AssemblePos1Int装配位置1AssemblePos2Int装配位置2StorePosInt仓库位置DiviceNoInt取料设备编号WpTypeInt工件类型PLC自定义数据realArray[0..15]ofReal

预留16个real型自定义数据库位物料Array[0..5]ofUSInt

仓库料况库位信息Array[0..5]ofUSInt物料信息旋转供料系统状态

Int旋转供料系统状态旋转供料指令执行反馈

Int旋转供料指令反馈相机状态

Array[0..15]ofInt相机控制字相机数据

Array[0..15]ofReal相机数据信息RFID状态反馈IntRFID控制字RFID_SEARCHNOIntRFID搜寻序号RFID读取信息Array[0..31]ofCharRFID内容PLC与工业机器人通信接口DB_RB_CMD作为接收机器人控制命令的数据块，包含工业机器人运行状态反馈等信息，具体定义如表所示。数据接口定义名称数据类型说明RbtCurrentStateInt工业机器人状态字100为空闲，200为忙LoadAskInt上料请求RB自定义数据realArray[0..15]ofReal预留16个real型自定义数据库位物料Array[0..5]ofUSInt仓库料况库位信息Array[0..5]ofUSInt物料信息旋转供料命令Int旋转供料系统命令旋转供料运行指令Int旋转供料指令相机命令Array[0..15]ofInt相机控制字相机数值Array[0..15]ofReal相机数据信息RFID指令IntRFID控制字RFID_STEPNOIntRFID搜寻序号RFID待写入信息Array[0..31]ofCharRFID内容通信数据解析大小端是对于数据在内存地址中的不同的存放方式，不同的平台对于数据的存储方式会有所不同，实现跨平台通讯则大小端是不能忽视的问题。大端模式是指数据的高字节保存在内存的低地址中，而数据的低字节保存在内存的高地址中。小端模式是指数据的高字节保存在内存的高地址中，而数据的低字节保存在内存的低地址中。例如一个16进制数据：0x12345678，对应的内存地址为：0x00～0x03，在大小端的存储地址如表所示。数据存放方式——大小端大端模式小端模式地址0x000x010x020x030x000x010x020x03数据0x120x340x560x780x780x560x340x12通信数据解析由于大小端模式的不同，通信双方接收到的数据无法直接使用，需要对接收到的数据进行数据处理之后再使用。PLC在高低字节处理时，可使用SWAP指令更改字节的排列顺序，并将结果保存在指定的操作数中。SWAP指令支持的数据类型为WORD、DWORD和LWORD。Int型数据处理需要将SWAP指令的类型参数设置为Int型数据对应的长度WORD（16位）。例如一个16进制Int数据A=16#1234，使用梯形图编程对此数据处理的程序如图所示，转换前后的值如表所示。大小端数据处理转换前（A）转换后（B）16#123416#3412通信数据解析PLC接收到的Real型数据的原始数据为DWORD型，需要先使用SWAP指令将DWORD高低字节转换，再使用DWORD_TO_REAL指令将DWORD数据转换成REAL型数据。要发送的Real型数据则先将Real数据转换成DWORD数据，再SWAP指令处理。例如一个实数C=12.34，它的16进制表示为16#414570A3，在SCL语言中使用REAL_TO_DWORD和SWAP指令处理的程序如图所示，转换前后数据值如表所示。大小端数据处理发送的数据接收的数据转换前12.34转换前16#A3704541REAL_TO_DWORD转换后16#414570A3SWAP_DWORD转换后16#414570A3SWAP_DWORD转换后16#A3704541DWORD_TO_REAL转换后12.34通信数据解析PLC与机器人在通信中，使用了不同的大小端模式，PLC使用的是大端法，机器人使用的是小端法，由于机器人端仅提供通信数据接口，所以PLC端需要对输入输出数据同时做交换处理。将要发送的数据交换后发送至机器人，将接收到的机器人数据交换后使用。在PLC发送以及接收的数据块中，需要各添加一个数据区用于存放交换的数据和接收的数据，此处以结构体的形式来表现不同的数据区，如表所示。大小端数据处理数据块结构体说明DB_PLC_STATUSPLC_Send_Data数据处理后要发送的数据PLC_Status要发送的数据DB_RB_CMDPLC_RCV_Data接收的数据RB_CMD数据处理后接收的数据Thanks!感谢聆听智能制造系统交互控制PLC与工业机器人通信编程目录一、PLC与工业机器人通信接口二、工业机器人通信控制程序设计三、编写与工业机器人通信程序四、PLC与工业机器人交互及测试工业机器人通信控制程序设计二、工业机器人通信控制程序设计机器人工作流程PLC控制机器人动作程序设计步序控制编程机器人工作流程在智能制造生产过程中，工业机器人作为执行机构担任了上下料的工作任务。工业机器人从仓库取料，放料至加工设备，加工完成后从加工设备取料，放料至仓库，工作流程如下所示。开始机器人从仓库取料机器人放料至设备运行完成后机器人从设备取料机器人放料至仓库结束PLC控制机器人动作程序设计程序规划根据机器人工作流程可规划如下程序：程序名说明Store_To_Rbt出库程序Rbt_to_Store入库程序Rbt_to_Device放料程序Device_to_Rbt取料程序PLC控制机器人动作程序设计程序结构设计四个动作程序在结构上类似，以出库程序为例，PLC发送动作启动控制字至工业机器人。此处以示教号作为PLC控制机器人进入不同动作程序的指令，当PLC接收到工业机器人空闲状态后，发送仓库取料示教号及仓位信息至工业机器人。接收到工业机器人忙碌状态后复位示教号。工业机器人工作完成后再次发送空闲状态，PLC接收到工业机器人空闲状态复位动作启动控制字，工业机器人动作流程结束，具体流程如右图所示。开始PLC发送动作启动控制字至机器人PLC接收到机器人空闲状态PLC发送仓库取料示教号及仓位信息至机器人PLC接收到机器人忙碌状态结束PLC复位示教号PLC接收到机器人空闲状态PLC复位动作启动控制字PLC控制机器人动作程序设计步序控制编程流程控制可在函数块中使用梯形图编写，合理的使用函数块能够使程序结构使加清晰，逻辑完整。函数块包含背景数据块和程序两个部分，背景数据块中包含输入变量（InPut）、输出变量（OutPut）、输入输出变量（InOut）、静态变量（Static）、临时变量（Temp）。输入变量（InPut）、输出变量（OutPut）以及输入输出变量（InOut）是函数块与外界交互的接口，静态变量（Static）和临时变量（Temp）是函数块内部使用到的局部变量，不同的是静态变量储存上一次的赋值可以直接使用，而临时变量在使用前就需要对变量初始化。在背景数据块中添加相应背景数据参数，如表所示。Input名称数据类型说明StartBool程序启动RstBool程序复位取料仓位Int取料仓位号取料设备Int取料设备类型取料设备编号Int取料设备号工件类型Int工件类型OutputRbtFinishBool机器人动作完成DoneBool程序运行结束StaticStepInt步序ErrorCodeInt错误码PLC控制机器人动作程序设计步序控制编程背景数据块中的步序可以用来做流程控制，确保当前函数在执行时能够按照编程要求逐步运行，可参照如下示例实现。通过步序控制完成将变量A（Int型数据）加5，再乘以5的流程，程序如下：1.程序开始，将步序赋值为1。PLC控制机器人动作程序设计步序控制编程2.判断当前步序为1，执行A加5指令，0.5秒后将步序赋值为2。PLC控制机器人动作程序设计步序控制编程3.判断当前步序为2，执行A乘以5指令，0.5秒后将步序赋值为0，表示运行流程结束。Thanks!感谢聆听智能制造系统交互控制PLC与MES通信编程目录一、S7通信协议二、PLC与MES通信程序设计三、PLC与MES通信交互四、MES命令解析S7通信协议一、S7通信协议网络模型应用方式网络模型S7通信协议是西门子S7系列PLC内部集成的一种通信协议，是一种运行在传输层之上的（会话层/表示层/应用层）、经过特殊优化的通信协议，其信息传输可以基于MPI网络、PROFIBUS网络或者以太网，其网络模型可参考下表。S7通信协议网络模型层OSI模型S7协议7应用层S7通信6表示层S7通信5会话层S7通信4传输层ISO-ON-TCP（RFC1006）3网络层IP2数据链路层以太网/FDL/MPI1物理层以太网/RS485/MPI应用方式S7通信支持两种方式单边通信双边通信客户端（Client）/服务器（Server）伙伴（Partner）/伙伴（Partner）应用方式单边通信单边通信是基于客户端（Client）/服务器（Server）模式的通信方式。在该模式中，只需要在客户端一侧进行配置和编程；服务器一侧只需要准备好需要被访问的数据，不需要任何编程（服务器的“服务”功能是硬件提供的，不需要用户软件的任何设置）。客户端是资源的索取者，通过S7通信协议，对服务器的数据进行读取或写入的操作。常见的客户端包括：人机界面（HMI）、编程电脑（PG/PC）等。服务器是资源的提供者，通常是S7-PLC的CPU，它的资源就是其内部的变量、数据等。应用方式双边通信伙伴（Partner）/伙伴（Partner）通信模式也称为S7双边通信，也有人称其为客户端（Client）—客户端（Client）模式，该通信方式有如下几个特点：1.通信双方都需要进行配置和编程；2.通信需要先建立连接。主动请求建立连接的是主动伙伴（ActivePartner）；被动等待建立连接的是被动伙伴（PassivePartner）；3.当通信建立后，通信双方都可以发送或接收数据。应用方式在本项目中，MES与PLC的通信为单边通信，MES作为S7通信的客户端，对PLC的数据块进行数据的写入与读取，而PLC端无需做任何设置，直接在PLC程序中使用MES写入的数据即可。Thanks!感谢聆听智能制造系统交互控制PLC与MES通信编程目录一、S7通信协议二、PLC与MES通信程序设计三、PLC与MES通信交互四、MES命令解析PLC与MES通信程序设计二、PLC与MES通信程序设计MES通信接口MES交互程序设计MES命令解析程序设计MES通信接口MES端已定义相应的通信接口，对PLC操作的DB块固定为DB8和DB16，

其中DB8为PLC与MES的交互接口，DB16为仓库数据。PLC端声明的数据块编号必须8和16，可命名为“DB_MesData”（DB8）和“装配仓位号”（DB16）。MES通信接口MesToPlc名称数据类型说明MesCmdCodeIntMES命令码取料设备Int取料设备类型：00仓库，12CNC，21测量，31机器人放料设备Int放料设备类型：00仓库，12CNC，21测量，31机器人取料设备编号Int同类型设备编号放料设备编号Int同类型设备编号工件料位Int仓位号夹具号Int夹具号工件类型Int工件类型加工工件的中间状态Int加工工件的中间状态CmdAckInt命令响应码StorePosInt工件位置设备类型Int设备类型：00仓库类，11车削类，12铣削类，21测量类设备编号Int同类型设备编号resultInt结果DB_MesData（DB8）数据块中主要包含MesToPlc和PlcToMes两个部分，MesToPlc包含了MES发送给PLC的命令码、对PLC命令响应码以及一些附加信息；MES通信接口PlcToMes包含了PLC响应码、PLC命令码以及各单元反馈的状态。PlcToMes名称数据类型说明PlcAckCodeIntPLC响应码取料设备Int取料设备类型放料设备Int放料设备类型取料设备编号Int同类型设备编号放料设备编号Int同类型设备编号工件料位Int仓位号MES通信接口装配仓位号中主要包含装配时各零件及半成品工件的仓位号，用于发送给工业机器人装配动作，包括设备编号、仓位号和工件类型等。配件仓位名称数据类型说明配件仓位[0]Array[0..4]ofInt配件1仓位信息配件仓位[1]Array[0..4]ofInt配件2仓位信息配件仓位[2]Array[0..4]ofInt配件3仓位信息配件仓位[3]Array[0..4]ofInt配件4仓位信息配件仓位[4]Array[0..4]ofInt配件5仓位信息配件仓位[5]Array[0..4]ofInt配件6仓位信息成品仓位名称数据类型说明仓库号Int设备编号仓位号Int仓位号产品类型Int产品类型总装配数量Int装配零件总数量备用Int备用MES交互程序设计开始MES发送命令码至PLCMES与PLC交互流程MES收到响应码MES发送命令码清零PLC接收到MES命令码PLC发送响应码PLC接收到命令码清零结束MES端PLC端MES交互程序设计封装函数块在生产过程中，PLC需要多次与MES进行交互，使用函数块将处理MES命令码这一交互过程封装为函数可以提高编程效率。函数块的输入接口与MES的指令数据连接，输出接口与PLC反馈给MES的数据连接。当PLC接收到的MES命令与需要处理的MES命令号相同时，函数块处理交互命令。Input名称数据类型说明StartRevCmdBool接收命令允许ResetBool复位程序块ContinueBool处理完毕，继续执行MesCmdAddrWordPLC接收MES发送命令的地址WaitCmdWordWord该块需要处理的MES命令号OutputMesParmOKBoolMES命令附加参数读允许DoneBoolMES命令交互完成信号StaticStepRecordInt步序WaitContinueBool继续执行前等待InOutPlcReplyAddrWordPLC应答MES命令地址背景数据MES命令解析程序设计MES命令码命令码说明处理方式90发送系统启动指令直接将相应指令置位91发送系统停止指令100发送系统复位指令102发送加工调度命令分析附加信息，解析对应动作MES命令解析程序设计PLC对MES命令码处理PLC接收MES命令码交互处理命令码90置位系统启动信号交互处理命令码91置位系统停止信号交互处理命令码100置位系统复位信号交互处理命令码102置位加工调度信号取料设备为0放料设备为31调用仓库到机器人程序取料设备为31放料设备为12/21调用机器人到设备程序取料设备为12/21放料设备为31取料设备为31放料设备为0调用设备到机器人程序调用机器人到仓库程序Thanks!感谢聆听智能制造系统交互控制智能制造系统交互控制调试目录一、人机界面二、交互界面设计三、交互界面编程四、智能制造系统交互调试人机界面及设计二、交互界面设计HMI基本元素使用画面设计一、人机界面人机界面人机界面，又称用户界面或使用者界面，是人与计算机之间传递、交换信息的媒介和对话接口，是计算机系统的重要组成部分，是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介，它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。工业生产中所用到的人机界面通常为触摸屏，本项目中使用到的人机界面是西门子TP700精智面板。交互界面设计