智能制造生产线技术及应用 教案 6 生产线设备数据交互

XXXXX学院单元教学设计XXXX—XXX学年第X学期课程名称：授课班级：任课教师：所在系部及教研室：

本单元标题生产线设备数据交互教学目的掌握智能产线数据交互建立方法，实现互联互通。教学目标能力（技能）目标知识目标（1）能正确使用软件完成MB_CLIENT指令相关参数设置。（2）能正确完成FANUC机器人与西门PLC通讯建立。（1）掌握MODBUS/TCP通讯协议相关指令参数含义。（2）掌握FANUC机器人与西门PLC通讯建立的方法。重点难点及解决方法重难点：产线设备间数据交互方法和操作步骤解决方法：理论讲解，通过多媒体等手段解读任务，实操演练，提示学生如何攻破讨论的问题。在学习过程中，紧密结合课程上机、实验或者实践环节加深对产线设备间数据交互方法的练习和理解。参考资料[1]汪励,陈小艳.工业机器人工作站系统集成[M].机械工业出版社,2014.[2]李志谦.精通FANUC机器人编程、维护与外围集成[M].机械工业出版社,2020[3]陈晓明,霍永红,项万明.工业机器人应用编程(FANUC)初级[M].机械工业出版社,2022.[4]王哲禄,何红军.工工业机器人应用编程与集成技术[M].机械工业出版社,2022.[5]廖常初.S7-1200PLC应用教程[M].机械工业出版社,2020.[6]乡碧云.自动化生产线组建与调试(第2版)—以亚龙YL-335B为例（三菱PLC版本）[M].机械工业出版社,2023.单元教学设计第一部分：复习上次课主要内容第二部分：新课导入及学习新内容（45min理论）【步骤一】新课导入引导练习熟悉使用博途软件进行项目新建，硬件添加，指令添加等基本操作，并简单记录操作步骤。【步骤二】新知识的讲授一、Modbus协议介绍针对S7-1200PLC的MODBUS/TCP通讯方式，其中主要使用“MB_CLIENT”指令，负责作为MODBUS/TCP客户端，通过S7-1200CPU的PROFINET连接工业机器人。使用“MB_CLIENT”指令，可以在客户端和服务器之间建立连接、发送Modbus请求、接收响应并控制ModbusTCP客户端的连接终端。图6-1“MB_CLIENT”指令MODBUS/TCP“MB_CLIENT”指令结构如图6-1所示。指令参数说明详见表6-1。表6-1“MB_CLIENT”指令的参数参数声明数据类型说明REQInputBOOL对ModbusTCP服务的Modbus查询REQ参数受到等级控制。这意味着只要设置了输入(REQ=true)，指令就会发送通信请求。Modbus查询开始后，背景数据块将锁定，其它客户端无法使用。在服务器进行响应或输出错误消息之前，对输入参数的更改不会生效。如果在请求期间再次设置了参数REQ，此后将不会进行任何其它传输。DISCONNECTInputBOOL通过该参数，可以控制与Modbus服务器建立和终止连接：0：与通过CONNECT参数组态的连接伙伴（请参见CONNECT参数）建立通信连接。1：断开通信连接。在终止连接的过程中，不执行任何其它功能。成功终止连接后，STATUS参数将输出值0003。而如果在建立连接的过程中设置了参数REQ，将立即发送Modbus请求。MB_MODEInputUSINT选择Modbus的请求模式（读取、写入或诊断）或直接选择Modbus功能MB_DATA_ADDRInputUDINT取决于MB_MODEMB_DATA_LENInputUINT数据长度：数据访问的位数或字数。MB_DATA_PTRInOutVARIANT指向将从Modbus服务器接收数据的数据缓冲区或指向待发送到Modbus服务器的数据所在数据缓冲区的指针。CONNECTInOutVARIANT指向连接描述结构的指针可以使用以下结构（系统数据类型）：TCON_IP_v4：包括建立指定连接时所需的所有地址参数。使用TCON_IP_v4时，可通过调用指令“MB_CLIENT”建立连接。TCON_Configured：包括所组态连接的地址参数。使用TCON_Configured时，将使用下载硬件配置后由CPU创建的已有连接。重点介绍各参数使用方法。（一）PLC侧MB_CLIENT功能块编写步骤机器人与PLC通讯采用博途（TIAPortal）V15软件进行编写。详细设计步骤如下：1、打开博途V15软件，点击【创建新项目】，在右侧填写相应信息创建项目，单击左下角【项目视图】。2、双击左侧项目树中的【添加新设备】，弹出对话框，选择PLC型号为SIMATICS7-1200。如果可以使用电脑在线连接S7-1200CPU，且CPU的外展模板已经接插完毕，后续可以使用自动检测完成设备硬件配置。如果已知CPU型号，则可根据型号对应选择。3、点击左侧项目树中【程序块】-【添加新块】，选择FB块进行添加。为了后续便于区分，名称可命名为“PLC与机器人间通讯”。4、在“PLC与机器人间通讯”FB块中，点击右侧垂直项目栏【指令】-【通信】，下拉菜单选择【其他】，找到【MODBUS_TCP】，双击【MB_CLIENTDB】指令，进行MB_CLIENT功能块添加。如需具体了解该功能指令详细信息，可将鼠标置于功能块上方，按下F1进入信息系统查询相关参数含义。5、添加功能块信号。在【Static】下创建DONE、BUSY、ERROR和STATUS信号各两个（有添加个数与MB_CLIENT个数相对应）。STATUS信号数据类型设置为【Word】，其余均为【Bool】。MB_CLIENT_DB块【DONE】处单击，弹出框中选择【#DONE1】，其余信号同理选择设置。为保证同一时间只有一个MB_CLIENT功能块的DISCONNECT处于OFF，在REQ参数前添加DONE和BUSY的常闭开关作为分断信号，如图6-8所示。6、MB_CLIENT指令【DISCONNECT】输入0，即与通过CONNECT参数组态的连接伙伴建立通信连接。输入MB_MODE=0、MB_DATA_ADDR=1、DATA_LEN=40组合，即指定MODBUS功能代码为01，从远程地址0读取40个位。7、添加MB_DATA_FIR数据缓存区。单击左侧项目树【添加新块】，选择创建【DB数据块】，可命名为“MB_CLIENT_DATA”。右击新建的块，点击【属性】，新弹出的窗口中点击【属性】，将右侧【优化的块访问】的勾选取消。在“MB_CLIENT_DATA”DB块中添加DO和DI信号数组，分别用于读取机器人DO数据，写入机器人DI数据，数据类型选择Bool，数组长度设置为0-64，添加后的信号数组如图（a），点击对应信号数组拓展键，数组内的信号如图6-11（b）所示。图6-11数据缓存区点击MB_DATA_FIR参数处，选择【MB_CLIENT_DATA】-【DO[]】-【无】，其中选择“无”即选择对应数组内的所有信号地址。8、建立MB_CLIENT_IP【DB】数据块用于设置通信连接结构和参数。单击左侧项目树【添加新块】，选择创建【DB数据块】，可命名为“MB_CLIENT_IP”。右击新建的块，点击【属性】，新弹出的窗口中点击【属性】，将右侧【优化的块访问】的勾选取消。名称可自行定义，数据类型需要手动输入，输入内容为“TCON_IP_v4”，回车确定后出现下拉内容。其中，“InterfaceID”和“ID”分别设置为“16#40”和“16#2”。“ActiveEstablished”需要主动连接建立，选择TRUE或输入1。“ADDR”下拉为IP地址设置，需与机器人的主机通讯IP一致，以192.168.8.13为例，由于此处设置为16进制，因此分别输入16#CO.16#A8.16#8.16#OD。“RemotePort”端口号设置为502，此处设置的值要和机器人变量中设置的值保持一致。点击CONNECT参数处，选择【MB_CLIENT_IP】-【AA】-【无】。9、继续添加【MB_CLIENT】指令作为写入块，连接方式如图6-14所示，需要注意的是。写入块命名需要和前一个读取块名称保持一致。参数设置具体步骤方法同上。不同设置点如下REQ参数前添加“#DONE1”信号，当上一个指令完成后再进行启动。输入MB_MODE=1、MB_DATA_ADDR=40041、DATA_LEN=3组合，即指定MODBUS功能代码为16，从远程地址100写入3个保持型寄存器。MB_DATA_PTR参数选择“MB_CLIENT_DATA.DI”信号。图6-14MB_CLIENT数据块（写入功能）参数设置10、调用功能块。在Main主程序中添加调用“PLC与机器人间通讯_DB”功能块，如图6-15所示。图6-15PLC与机器人间通讯_DB功能块调用（二）机器人侧设置步骤1.机器人IP设置。点击示教器上【MENU】按钮，选择【主机通讯】进入。进入画面后，光标移到TCP/IP上点击详细，在画面上设置IP地址，此处以192.168.8.13为例。子网掩码设置为255.255.255.0，路由器IP地址设置为192.168.8.1（可以不设）。此处IP需与PLC侧【MB_CLIENT_DATA】中的IP地址一致。2.机器人侧I/O地址分配。点击示教器【MENU】→下一页【系统】→【配置】，如图6-16所示。光标移动到第44项【UOP自动分配】下，点击【选择】→【全部】。确定后出现“清楚所有I/O分配，应用该设置”，点击【是】。当看到“重新启动，应用新的UOP分配？”，将示教器断电重启。DI/DO信号地址分配步骤如下：点击示教器【MENU】→【IO】→【数字】进入IO数字信号地址界面，点击【IN/OUT】可进行DI信号和DO信号的切换。选择【分配】，设置DO地址开始点为41，DI地址开始点为1。注意DO和DI信号地址不要有重叠，需要错开使用，如上设置使用的信号地址为DI[1]-DI[40],DO[41]以后。设置完成后重新启动，如图6-18所示，状态为ACTIV，说明设置生效。（a）DO信号地址分配（b）DI信号地址分配图6-18数字信号地址分配3.机器人侧变量设置。①$SNPX_PARAM设置点击示教器【MENU】按键→【系统】→【变量】,找到系统变量641$SNPX_PARAM。注意：不同版本型号机器人变量序号可能不同。点击详细，进入系统变量画面。$MODBUS_ADR是从动装置地址，标准情况下已被设定为1。要使用Ethernet连接，需要在系统变量$NUM_MODBUS（标准值:0）中设定同时连接的外部触摸屏数，此处设定为2。$MODBUS_PORT变量设置的是端口，此处设定为502，需与PLC处端口设置一致。①$SNPX_ASG设置点击示教器【MENU】按键→【系统】→【变量】,找到系统变640$SNPX_ASG。注意：不同版本型号机器人变量序号可能不同。点击详细，进入画面，系统变量$SNPX_ASG是$SNPX_ASG[1]～[80]的80个排列变量。排列的各要素，由如下变量构成。通过设定这些变量，即可将各种各样的数据分配给保持寄存器。DI地址$SNPX_ASG[1]设置如下。$ADDRESS设置41。$SIZE设置3，$VAR_NAME设置DI[41]，$MULTIPLY设置0，即不做乘数变化。DO地址$SNPX_ASG[2]设置如下。设置内容同DI地址变量，其中$ADDRESS设置1，$SIZE设置2，$VAR_NAME设置DO[1]，$MULTIPLY设置0，不做乘数变化。需要注意，$ADDRESS的开始地址定义需要和MB_CLIENT指令中的MB_DATA_ADDR参数尾数保持一致，且要求各信号的$ADDRESS地址不能重复。（三）PLC侧与机器人侧信号关系对应1.DO信号转换使用“移动值MOVE”指令，将IN输入处操作数中的内容传送给OUT1输出的操作数中。PLC编程程序如图6-22所示，定义PLC信号M200.0对应机器人DO[1]信号，对应PLC中数据DO[0]信号，以此类推对应关系。例：当DO[2]值1，对应M200.2信号会被接通，可使用该信号进行相关PLC程序编写。图6-22DO信号转换程序2.DI信号转换使用“交换SWAP”指令更改输入IN中字节的顺序，并在输出OUT中查询结果。PLC编程程序如图6-23所示，PLC信号M100.0对应机器人DI[40]信号，对应PLC中数据DI[0]，以此类推对应关系。例：当DI[2]值1，对应M100.2信号会被接通，可使用该信号进行相关PLC程序编写。图6-23DI信号转换程序【步骤二】任务实施