机器人通信介绍与IO回顾ppt课件

第一天：常见通讯讲解与I/O接线回顾,今日上课内容：,一、工业自动化中的常见通讯介绍1.数字I/O硬接线2.RS-232C3.RS-4854.CC-Link5.Modbus6.工业以太网7.Profibus8.DeviceNet二、工业机器人数字I/O硬接线讲解1.ABB、库卡、发那科、安川机器人的接线和注意事项2.机器人与外部设备的接线方法3.接线实操,1.数字I/O硬接线I/O是input/output的缩写，即输入输出端口。每个设备都会有一个专用的I/O地址，用来处理自己的输入输出信息。机器人要实现相关的控制功能，就要有相应的输入输出部件，同电气控制回路一样，如：按钮、行程开关、接近开关、传感器及电磁阀、继电器等等。这在机器人中称为I/O点，它是用端子的形式与工业现场的各种设备与相应的I/O端进行连接，即可投入运行。一般情况下数字量输入输出类型都是DC类型的，就是直流输入输出，一般都是24V。当然也有交流输入输出的。所谓开关量信号或者数字量信号，就是表现出的信号只有两种状态。就像开关一样，只能是开或者关，没有第三种状态。在ABB机器人中表现的是：0或者1（0就是断开，1就是闭合）。ABB机器人的常见的标准I/O板DSQC652和DSQC651上的输入输出称为数字输入（DigitalInput）、数字输出（DigitalOutput），如左图。,一、工业自动化中常见通讯介绍：,ABB常见的I/O标准版DSQC652,2.RS-232C（1）RS-232C介绍：RS-232C是美国电子工业协会EIA（ElectronicIndustryAssociation）制定的一种串行物理接口标准。RS是英文“推荐标准”的缩写，232为标识号，C表示修改次数。RS-232C总线标准设有25条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道。在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。RS-232C标准规定的数据传输速率为50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200、38400波特。RS-232C标准规定，驱动器允许有2500pF的电容负载，通信距离将受此电容限制，例如，采用150pF/m的通信电缆时，最大通信距离为15m；若每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是RS-232C属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题。,一、工业自动化中常见通讯介绍：,接头展示,2.RS-232C（2）RS-232C接线图展示以及信号含义：从设备到MODEM的信号DTR数据终端（DTE）准备好：告诉MODEM计算机已接通电源，并准备好。RTS请求发送：告诉MODEM现在要发送数据。从MODEM到设备的信号DSR数据设备（DCE）准备好：告诉计算机MODEM已接通电源，并准备好了。CTS为发送清零：告诉计算机MODEM已做好了接收数据的准备。DCD数据信号检测：告诉计算机MODEM已与对端的MODEM建立连接了。RI振铃指示器：告诉计算机对端电话已在振铃了。数据信号：TXD发送数据RXD接收数据,一、工业自动化中常见通讯介绍：,引脚接线图展示一般9针接头只需接2、3、5三根线,3.RS-485（1）RS-485简介：RS-485（EIA-485标准）是RS-422的改进，因为它增加了设备的个数，从10个增加到32个，同时定义了在最大设备个数情况下的电气特性，以保证足够的信号电压。有了多个设备的能力，你可以使用一个单个RS-485口建立设备网络。出色抗噪和多设备能力，在工业应用中建立连向PC机的分布式设备网络、其他数据收集控制器、HMI或者其他操作时，串行连接会选择RS-485。RS-485是RS-422的超集，因此所有的RS-422设备可以被RS-485控制。RS-485可以用超过4000英尺的线进行串行通行。尽管RS-485不能称为现场总线，但是作为现场总线的鼻祖，还有许多设备继续沿用这种通讯协议。采用RS-485通讯具有设备简单、低成本等优势，仍具有一定的生命力。以RS-485为基础的OPTO-22命令集等也在许多系统中得到了广泛的应用。由于通常计算机只具备RS232接口，RS485总线数据要与计算机进行通信，则需要一台RS232-RS485转换器，实现RS485总线接口与RS232串行接口之间的数据双向通讯。,一、工业自动化中常见通讯介绍：,RS-232C转RS-485转接头展示,3.RS-485（2）RS-485的半双工通信：在大多数应用条件下，RS-485的端口连接都采用半双工通信方式。有多个驱动器和接收器共享一条信号通路。下图中的两个120欧电阻是作为总线的终端电阻存在的。当终端电阻等于电缆的特征阻抗时，可以削弱甚至消除信号的反射。特征阻抗时导线的特征参数，它的数值随着导线的直径、在电缆中与其他导线的相对距离以及导线的绝缘类型而变化。特征阻抗值与导线的长度无关，一般双绞线的特征阻抗为100150欧。RS-485的驱动器必须能驱动32个单位负载加上一个60欧的并联终端电阻，总的负载，包括驱动器、接收器和终端电阻，不低于54欧。图中两个120欧电阻的并联值为60欧，32个单位负载中接收器的输入阻抗会使得总负载略微降低，而驱动器的输出与导线的串联阻抗又会使总负载增大。最终需要满足不低于54欧的要求。还应该注意的是，在一个半双工连接中，在同一时间内只能有一个驱动器工作。如果发生两个或多个驱动器同时启用，一个企图使总线上呈现逻辑1，另一个企图使总线上呈现逻辑0，则会发生总线竞争，在某些元件上就会产生大电流。因此所有RS-485的接口芯片上都必须包括限流和过热关闭功能，以便在发生总线竞争时保护芯片。,一、工业自动化中常见通讯介绍：,3.RS-485（2）RS-485的全双工通信：尽管大多数RS-485的连接时半双工的，但是也可以形成全双工RS-485连接。下图中分别表示两点和多点之间的全双工RS-485连接。在全双工连接中信号的发送和接收方向都有它自己的通路。在全双工、多节点连接中，一个节点可以在一条通路上向所有其他节点发送消息，而在另一条通路上接收来自其他节点的信息。两点之间全双工连接的通信在发送和接收上都不会存在问题。但当多个节点共享信号通路时，需要以某种方式对网络控制权进行管理。这是在全双工、半双工连接中都需要解决的问题。,一、工业自动化中常见通讯介绍：,三菱PLC中485拓展模块,3.CC-LinkCC-Link是控制与通讯链路系统的简称，可以同时高速处理控制和信息数据。1996年，三菱电机以“多厂家设备环境、高性能、省配线”理念开发、公布和开放了现场总线CC-Link。CC-Link具有性能卓越、用途广泛、使用简单、节省成本等突出优点。CC-Link的数据容量大，通信速度多级可选择，是一个复合的、开放的、适应性强的网络系统，能够适应从较高的管理层网络到较低的传感器层网络的不同范围。性能特点：（1）高速度、大容量的数据传送（2）多种拓扑结构（3）CC-Link使分布控制成为可能（4）自动刷新功能、预约站功能（5）完善的RAS功能（6）优异的抗噪性能和兼容性（7）互操作性和即插即用（8）瞬时传送功能通信形式：分为循环通信和瞬时传送,一、工业自动化中常见通讯介绍：,3.MODBUS的简单介绍ModBus是施耐德公司于1979年开发的一种通用串行通讯协议，是国际上第一个真正用于工业控制的现场总线协议。由于其功能完善、使用简单、数据易于处理，因而在各种智能设备中被广泛使用。Modbus的数据通讯采用主从方式。网络中只有一个主站设备，通讯采用查询/回应的方式进行。主设备初始化系统通讯设置，并向从设备发送消息；从设备正确接收消息后，响应主设备的查询或根据主设备的消息做出响应动作。主设备可以是PLC、PC或其他工业控制设备，可以单独和从设备通讯，也可以通过广播方式和所有设备通讯。单独通讯时，从设备需要返回消息作为回应，从设备回应消息也由Modbus消息帧构成。以广播方式查询时则不做任何回应。Modbus协议目前有用于串口、以太网以及其他支持互联网协议的网络版本，大多数Mobus设备通讯通过串口EIA-485物理层进行。在一个Modbus通信系统中只能选择一种模式，不允许两种模式混合使用，即设置为RTU通信方式的节点不会和设置为ASCII通信方式的节点进行通信，反之亦然。通信系统选用哪种传输模式可由主设备来选择。ModbusRTU是一种较为理想的通信协议，也得到了广泛应用，常见的通信效率为9600bit/s和1920bit/s。,一、工业自动化中常见通讯介绍：,3.工业以太网的简单介绍随着信息技术的不断发展，信息交换技术覆盖了各行各业。在自动化领域，越来越多的企业需要建立包含从工厂现场设备层到控制层、管理层等各个层次的综合自动化网络管理平台。建立以工业控制网络技术为基础的企业信息化系统。工业以太网的设计制造必须充分考虑并满足工业网络应用的需要。工业现场对工业以太网产品的需求包括以下几个方面：（1）工业生产现场环境的高温、潮湿、空气污浊以及腐蚀性气体的存在，要求工业级产品具有良好的气候环境适应性，并要求耐腐蚀、防尘和防水。（2）工业生产现场的粉尘、易燃易爆和有毒气体的存在，需要采取防爆措施，保证安全生产。（3）工业生产现场的震动、电磁干扰大，工业控制网络必须具有机械环境适应性（如耐震动、耐冲击）、电磁环境适应性或电磁兼容性（ElectroMagneticCompatibility,EMC）等。（4）工业网络器件的供电通常是采用柜内低压直流电源标准，大多的工业环境中控制柜内所需的电源为低压直流24V。（5）采用标准导轨，安装方便，适用于工业环境安装的要求。工业网络器件要能方便的安装在工业现场控制柜内，并容易更换工业以太网应用于工业自动化中的关键问题：（1）通信实时性问题。（2）对环境的适应性与可靠性的问题（3）总线供电（4）本质安全,一、工业自动化中常见通讯介绍：,3.PROFIBUS的简单介绍Profibus是过程现场总线的简称，是面向工厂自动化和流程自动化的一种国际性现场总线标准，1987年由西门子、ABB等13家公司和5家研究机构按照ISO/OSI参考模型联合开发并制定。是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术，可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。PROFIBUS主要有以下几个优点：（1）可减少硬件（I/O模块、终端块、隔离栅）的种类和数量，可实现更容易、更快捷和低成本安装，大幅减少安装费用。（2）可节省工程费用，方便组态（对所有设备只需一套工具），容易保养和维修，系统起动快捷。（3）制造灵活性强，减少故障时间，诊断数据准确、可靠，可实现可靠的数字传输。Profibus由三个兼容部分组成，即Profibus-DP、Profibus-PA、Profibus-FMS，可以满足工业现场的多种要求。（1）Profibus-DP：是一种高速低成本的通信，用于设备级控制系统与分散式I/O设备通信。（2）Profibus-PA：专为过程自动化设计，可使传感器和执行机构连接在一根总线上，并有本质安全规范。（3）Profibus-FMS：用于车间级监控网络，是一个令牌结构、实时的多主网络。,一、工业自动化中常见通讯介绍：,3.DeviceNet的简单介绍DeviceNet是一种低成本的通讯连接，它将工业设备连接到网络，从而免去了昂贵的硬连线。DeviceNet又是一种简单的网络解决方案，在提供多供贷同类部件间的可换性的同时，减少了配线和安装工业自动化设备的成本和时间。DeviceNet具有如下特点：（1）DeviceNet基于CAN总线技术，它可连接各种电气设备，传输速率为125500kbit/s，每个网络的最大节点数是64个，干线长度为100500米。（2）DeviceNet使用的通讯模式是生产者/客户。该模式允许网络上的所有节点同时存取同一源数据，网络通讯效率更高；采用多通道广播信息发送方式，各个客户可在同一时间接收到生产者所发送的数据，网络利用率更高。（3）设备可互换性。各个销售商所生产的符合DeviceNet网络和行规标准的简单装置（如按钮、电动机起动器、光电传感器和限位开关等）都可以互换，为用户提供灵活性和可选择性。（4）DeviceNet网络上的设备可以随时连接或断开，而不会影响网上其他设备的运行，方便维护和减少维修费用，也便于系统的扩充和改造。（5）DeviceNet网络上的设备安装比传统的I/O布线更加节省费用，尤其是当设备分布在几百米范围内时，更有利于降低布线安装成本。（6）利用RSNetworkforDeviceNet软件可方便地对网络上的设备进行配置、测试和管理。网络上的设备以图形方式显示工作状态，一目了然DeviceNet支持多种通信方式，包括周期性通信、I/O触发通信和轮询等。,一、工业自动化中常见通讯介绍：,1.ABB、库卡、发那科、安川机器人的接线和注意事项1.ABB接线注意事项：,二、工业机器人数字I/0硬接线讲解：,1.ABB、库卡、发那科、安川机器人的接线和注意事项1.库卡接线注意事项：,二、工业机器人数字I/0硬接线讲解：,1.ABB、库卡、发那科、安川机器人的接线和注意事项1.发那科接线注意事项：,二、工业机器人数字I/0硬接线讲解：,1.ABB、库卡、发那科、安川机器人的接线和注意事项1.安川接线注意事项：,二、工业机器人数字I/0硬接线讲解：,2.ABB机器人与外部设备的接线方法1.与PL