S7-1200 与KUKA 机器人的PROFIBUS IO 通信

黄楷歌，郭树青，文 猛，岳玲玲

（1.河南机电职业学院，河南郑州 451192；2.宇通客车股份有限公司，河南郑州 450000）

0 引言

工业机器人作为主控制系统，需要与底层设备PLC 进行通信，目前智能生产线控制的思路：主站通过PLC 向工业机器人发送信号，工业机器人接收信号并执行任务，完成任务后向PLC发送反馈信息。PROFINET 通信依靠自身优势，有效保证了PLC与工业机器人之间的数据传输的高效性和稳定性。

1 PROFINET IO 通信介绍

PROFINET 是一种基于以太网标准的工业通信模式，具有可靠的实时性、强大的抗干扰性、高速低成本等优点，是极具竞争力的自动化现场总线。PROFINET 分为PROFINET IO 和PROFINET CBA 两种。其中，PROFINET IO 用于分布式IO 自动化控制系统，有效实现多个节点之间并行传输数据，大大提高了传输速率。

PROFINET IO 系统由IO 控制器、IO 设备及IO 监视器3个部分组成：①IO 控制器：PROFINET IO 系统的主站，执行自动化控制任务，同时与连接的现场IO 设备通过输入和输出信号实现数据交换；②IO 设备：PROFINET IO 系统的从站，指一个或多个分布式现场设备，例如：远程IO、机器人等；③IO 监视器：用于调试、监视及诊断的编程设备、HMI 设备及PC 机。

2 S7-1200 与KUKA 通信配置

智能生产线基料上料站，通过西门子PLC S7-1200（CPU 1215C）主站发送信号，KUKA 机器人（KR3 R540）接收信号，将物料从基料盘搬运至AGV 小车送往下一站，等待接收PLC 信号。阐述S7-1200 与KUKA 机器人之间的PROFINET IO 通信配置。

2.1 S7-1200 通信配置

PROFINET IO 总线通信时，组态第三方设备时需要安装对应设备的GSD 文件。生产商基于标准通信接口开发对应的GSD文件，包括生产厂商和设备的名称、硬件和软件的版本状况等，保证了不同设备之间可以灵活进行PROFINET 通信。

（1）在博途软件中新建一个项目并打开，点击上方的菜单栏中的“选项”>“管理通用站描述文件”安装KUKA 机器人GSD 文件（图1）。

图1 安装GSD 文件

（2）安装成功后，在右侧的“硬件目录”>“其他现场设备”>“PROFINET IO”>“I/O”>“KUKA Roboter GmbH”选择“KRC4-ProfiNet_3.3”双击添加到“网络视图”界面。

3)联合速度控制能够有效降低车辆制动的热量集聚和工作温度，防止制动器的热衰退和高温磨损，有效保护车辆制动器，延长刹车片更换里程，降低了人员的工作强度。

（3）先点击刚添加的“KRC4”的图标，然后点击下方菜单栏中的“属性”>“PROFINET 接口［X1］”>“以太网地址”将KUKA硬件组件分配到PROFINET 子网中。

（4）修改下面的“IP 协议”中的IP 地址，保证和PLC 地址在同一子网且不冲突。在“PROFINET”中选择“自动生成PROFINET设备名称”，自动生成的设备名称为“KPC4”，修改IP 地址（图2）。

图2 修改IP 地址

（5）双击“KRC4”的图标进入KUKA 硬件组件的“设备视图”，点击右侧的“设备数据”并展开。在这里可以设置PLC 与KUKA机器人之间PROFINET 通信IO 地址。

（6）删除64 个安全IO。按照以上步骤设置完成后重新编译下载到PLC。这时下载完成后PLC 因为机器人端的PROFINET通信配置还没有完成，提示下位组件错误而亮红灯报错。

2.2 KUKA 机器人通信配置

KUKA 机器人的PROFINET 通信配置需要借助KUKA 的线下编程软件WorkVisual，它集合了配置、编程、调试和诊断等多种功能。

（1）将编程的电脑、PLC、机器人设置成同一网段。双击WorkVisual 图标，在弹出的“WorkVisual 项目浏览器”中点击“搜索”，搜索到项目后点击右下角“打开”。

（2）打开项目后，在左侧的“项目结构”中选择打开的项目右键“设为激活的控制系统”，在展开的目录中右键“总线结构”点添加，在弹出的窗口里选择“PROFINET”点击“OK”。

（3）双击左侧刚添加的“PROFINET”。因为在PLC 添加的KUKA 硬件组件中删除了安全IO，所以“Number of safe I/Os”中选择“0”，下面的“Number of IOs”与PLC 中保持一致为“256”。按照说明对PROFINET 进行设置，其他保持默认。最后点击“OK”。

（4）在界面的左侧栏中选择“数字输入端”或者“数字输出端”，右侧栏中点击上方的“现场总线”然后选择“PROFINET”进行信号的映射，注意输入（IN）对输入（Input）、输出（OUT）对输出（Output）。

（5）映射完信号后，首先点击右上方功能栏中的“生产代码”，接着点击“安装”下载到机器人。

2.3 通信调试

完成S7-1200 与KUKA 机器人之间的PROFINET IO 通信配置，然后进行通信信号的确认工作，保证PLC 与机器人之间能正常实现数据交换。

（1）PLC 的输出（OUT）对应机器人侧的输入（IN），PLC 输入（IN）对应机器人侧的输出（OUT）。机器人的信号按照顺序依次排列，PLC 侧的信号给定的地址头自动生成地址尾一共256位（bit）。假设给定的PLC 这边的输入、输出地址头都是22（即从I22.0、Q22.0 开始），则机器人输入信号$IN［1］～$IN［7］分别对应PLC 输出信号Q22.0～Q22.6，则PLC 输入信号I22.0～I22.6 分别对应机器人输出信号$OUT［1］～ $OUT［7］，以此类推。

（2）在机器人示教器上，可以在主菜单中选择“显示”>“输入/输出端”>选择“数字输入”或者“输出端”来监控、置位/复位输入输出。

首先KUKA 机器人需要安装PROFINET 软件包，然后完成PLC 与机器人的通信配置。设置完成后将配置文件下载到机器人柜进行更新，然后对PLC 和机器人进行通信测试。根据设置的映射地址，机器人强制输入信号IN［1］在博图中在线查看PLC输出信号Q22.0 是否接收到，反过来PLC 强制输入信号I22.0 看机器人端输出信号OUT［1］能否接收到，收发测试正常说明组态成功，通信调试完成。

3 机器人与PLC 通信实现

案例：某智能生产线基料上料站，料盘在伸出位时按下设备上的“启动”按钮，PLC 给机器人$IN［7］“机器人取料”信号，机器人先去料盘利用气爪上的物料传感器$IN［11］检测取料位是否有料，检测到物料并取料放到一个固定位置，未检测到物料机器人移动至下一位置取料检测，直到检测到物料或者料盘无料缩回。

3.1 PLC 程序设计

PLC 程序设计是在博图V15 环境下完成，PLC 给机器人取料信号（$IN［7］），当机器人抓取物料快上到安全点后，发送取料完成信号（$OUT［7］），将PLC 给的取料信号复位掉，S7-1200 LAD 程序如图3 所示。

图3 S7-1200 LAD 程序

3.2 机器人程序设计

在编写类似的程序时，根据程序的功能和机器人的动作可以将程序划分成一个个子程序，方便编写和调取。料盘上一共有12 个取料位置。将1 号位置取料的子程序命名为Pos_1（）、2 号位置取料的子程序命名为Pos_2（），以此类推12 号位置取料的子程序命名为Pos_12（）。

机器人等待PLC 发送的取料信号$IN［7］，若传感器$IN［11］检测到有料，则通过发送有料信号，机器人进行取料，完成后向PLC反馈取料完成信号$OUT［7］；若物料，则运动到下一个取料位置。根据程序设置取料顺序进行取料，取料位置1 为例，主要代码如下：

编写好程序逻辑架构，然后通过示教器对取料、等待、放料等工位逐一示教，示教完成后在低速空载下对自动程序进行验证，保证PLC 与机器人之间的信号正常通信和示教点的合理性，并随时修改不合适的示教点。反复测试无误后带载测试，料盘各取料位置都带料测试，验证无误后调试完成。

4 结束语

PROFINET 通信具有实时性、安全性、低故障的特性，广泛运用于环境恶劣的工业现场。基于智能生产线基料上料站，介绍了西门子PLC S7-1200 与KUKA 机器人之间的PROFINET 通信配置与调试方法。