PLC与工业网络技术 课件 2-3 模块二项目三 工业机器人随动控制工程

模块二项目三工业机器人随动控制工程主讲人：赵文兵@常州科教城管理委员会()《PLC与工业网络技术》2CONTENTS任务一机械手触摸屏设计与仿真项目二工业机器人随动控制工程项目引入0

1项目描述02项目目标03项目分析04任务二PLC程序编程任务三工业机器人程序编写及通讯设置任务描述任务分析知识链接任务实施任务描述任务分析知识链接任务实施任务描述任务分析知识链接任务实施项目引入

推进智能制造，加快建设制造强国，数字中国。本项目采用昆态最新软件和触摸屏、西门子S7-1200PLC和ABBIRB120型工业机器人，实现系统的联机运行。3触摸屏(TPC7062K)PLC（S7-1200）工业机器人（ABBIRB120）MODBUS工业以太网项目描述

设计一个用PLC、触摸屏、和工业机器人完成控工件从A点到B点的工业机器人随动控制系统。当工业机器人在搬运工件的同时，触摸屏上用动画的形式表示工业机器人的运行动画，同时通过触摸屏的启动和停止按钮控制工业机器人的启动和停止。4机器人随动系统本项目要求完成触摸屏上机器人运行动画、PLC编程和机器人搬运运行并调试成功。触摸屏(TPC7062K)PLC（S7-1200）工业机器人（ABBIRB120）MODBUS工业以太网项目目标5掌握PLC与触摸屏之间的以太网通讯方法；掌握PLC与工业机器人的SOCKET通讯方法。能设计触摸屏、PLC、工业机器人之间的工业以太网硬件选型、接线及通讯配置；能设计满足项目要求的触摸屏界面，并配置触摸屏与PLC之间的通讯；能设计满足项目要求的PLC程序，并配置PLC与工业机器人之间的SOCKET通讯；能设计满足项目要求工业机器人程序，配置PLC之间的SOCKET通讯。良好的安全、质量、时间意识；培养精益求精，增强民族精神；提升审美素养、强国有我的责任感。知识目标能力目标素质目标项目分析6

该系统采用西门子S7-1200作为控制器、触摸屏选用昆仑通态的TPC7062K、工业机器人选用ABBIRB120。触摸屏、PLC、工业机器人的通讯的物理层和链路层采用工业以太网协议，触摸屏和PLC之间的应用层通讯采用定制协议（昆仑通态专门开发），PLC和工业机器人之间应用层采用基于TCP/IP协议的通用SOCKET通讯方法。系统实现触摸屏仿真和工业机器人实操把工件从左边的A工作台搬运到B工作台的工作过程，实现触摸屏的动画效果和工业机器人实际操作同时随动工作。项目采用工业以太网网络，用SOCKET协议实现应用层通信的网络方案。如左图2-39所示。项目分3个任务实施，任务1触摸屏设计与仿真；任务2PLC程序设计；任务3工业机器人程序设计。给出基于Profinet协议的工业以太网络解决方案。触摸屏(TPC7062K)PLC（S7-1200）工业机器人（ABBIRB120）MODBUS工业以太网TASKONE机械手触摸屏设计与仿真任务描述|任务分析|

任务实施

触摸屏界面设计主要的要求首先是产生控制信号，用触摸屏产生按钮和限位开关信号作为PLC的输入控制信号，按钮包括启动和停止按钮，限位开关包括上限位开关、下限位开关、左限位开关和右限位开关。然后是用动画的方法实现机械手的运行状态的监控，显示机械手的上行、下行、左行、右行状态。最后是设置与S7-1200的通讯，能实现与PLC的以太网在线通讯。任务描述8任务分析-数据的定义与规划9如下表所示，需要定义三种类型的数据，输出给PLC的控制数据、PLC的输入的监控数据、和中间数据。序号参数名称数据类型用途1启动信号开关量输出给PLC的启动控制信号2停止信号开关量输出给PLC的停止控制信号3上限位开关信号开关量输出给PLC的上位置信号4下限位开关信号开关量输出给PLC下位置信号5左限位开关信号开关量输出给PLC左位置信号6右限位开关信号开关量输出给PLC右位置信号7上行开关量PLC输入的向上移动监视信号8下行开关量PLC输入的向下移动监视信号9左行开关量PLC输入的向左移动监视信号10右行开关量PLC输入的向右移动监视信号11夹紧开关量PLC输入的夹紧操作监视信号12放松开关量PLC输入的放松操作监视信号13水平移动距离数值量动画水平移动参考值14竖直移动距离数值量动画竖直移动参考值15机械手夹放状态开关量工件可见度动画的参考值任务分析-动画的规划101）机械手的运行动画。用位移动画及缩放动画来模拟机械手的位置运行状态。2）各电机及系统的状态用指示灯的变化来表示。和8个开关量输入通道（晶体管型）。任务分析-数据的模拟111）水平移动距离、竖值移动距离等数值用循环脚本程序累加或累减进行模拟仿真。2）机械手夹放状态根据夹紧和放松指令来进行模拟仿真。任务实施121.建立工程

按工程的定义方法，在D：\MCGS\WORK\文件夹下建立文件名为“机械手控制系统”的工程。任务实施132.数据库定义

参考左图规划表，在“实时数据库“标签下定义参数，如下图5-1所示。包括输出给PLC的控制参数、来自PLC的监视参数、仿真数据三类。任务实施143.用户窗口的制作

（1）界面布置如左图所示，用“标签“工具进行界面和各元件的标识。用”矩形“绘制工具绘制了机械手支架、工件、和限位开关。机械手由三部分组成，”元件库“中”其他“中的”机械手“、”元件库“中”管道“中的”管道95“（竖管道）和”管道96“（横管道）。指示灯选用了”元件库“中”指示灯“中的”指示灯1“监视“上行”、“下行”、“左行”、“右行”、“夹紧”、“放松”等信号。用工具箱中的“标准按钮”定义“启动”、“停止”按钮。如左图所示。任务实施153.用户窗口的制作

（2）移动动画的定义。移动动画包括机械手的三部件（机械手元件、竖管、横管）、工件（上工件、下工件）的动画设置。①机械手横管动画的设置

机械手横管主要的动画属性选择“大小变化”，当机械手向右移动时，横管需要进行伸缩的动作。向右移动距离为180（划线法确定），横管本身的长度为120，所有移动到右边后总的长度为300，大约是120的2.5倍，所以设置如左的动画参数。任务实施163.用户窗口的制作

（2）移动动画的定义。移动动画包括机械手的三部件（机械手元件、竖管、横管）、工件（上工件、下工件）的动画设置。②机械手元件动画的设置机械手元件的动画属性选择“水平移动”，当机械手元件移动到右边工作台时，移动距离是180（划线法确定），以“distanc_cross”参数为参考，设置动画参数如左图所示。

任务实施173.用户窗口的制作

（2）移动动画的定义。移动动画包括机械手的三部件（机械手元件、竖管、横管）、工件（上工件、下工件）的动画设置。③机械手竖管动画的设置

机械手竖管主要的动画属性选择“大小变化”，“水平移动“两个属性。当机械手向下移动时，竖管需要进行伸缩的动作。向下移动距离为58（划线法确定），横管本身的长度为67，所有移动到右边后总的长度为125，大约是67的1.9倍，以“distanc_trans”参数为参考，所以设置如下图5-5所示的“大小变化”参数。当机械手向右移动时，移动距离为180，以“distanc_cross”参数为参考，设置如左图2-44所示，“水平移动”参数。

任务实施183.用户窗口的制作

（2）移动动画的定义。移动动画包括机械手的三部件（机械手元件、竖管、横管）、工件（上工件、下工件）的动画设置。④上工件动画设置

上工件的动画属性选择“垂直移动”、“水平移动”、“可见度”三个属性。“水平移动”参考“distanc_cross”参数，“垂直移动”参考“distanc_trans”参数，“可见度”参考“status_clap”参数。如左图所示。任务实施193.用户窗口的制作

（2）移动动画的定义。移动动画包括机械手的三部件（机械手元件、竖管、横管）、工件（上工件、下工件）的动画设置。⑤下工件动画设置

下工件的动画属性选择“可见度”属性。参考“status_clap”参数。如左图所示。其可见度的设置与上工件相反。任务实施203.用户窗口的制作

（3）指示灯动画定义。指示灯动画用来监视“上行”、“下行”、“左行”、“右行”、“夹紧”、“放松”等信号的状态。通过设置“颜色”动画属性，当对应的信号值为“0”时颜色为白颜色，当对应的信号值为“1”时对应的颜色为绿颜色，如左图所示为“上行“指示灯的”填充颜色“属性的设置。然后依次完成”下行“、”左行“、”右行“、”夹紧“、”放松“灯指示灯的设置。任务实施213.用户窗口的制作

（4）按钮动画定义。按钮动画设置“启动按钮“和”停止按钮“，其参数设置如左图所示。”数值对象“的操作模式选择”按1松0“，和真实的点动按钮的赋值相同。任务实施223.用户窗口的制作

（5）限位开关动画设置。限位开关用“矩形“绘图工具绘制。设置其”颜色“属性。以上限位开关为例，其动画属性设置如左图所示。当”sq1_up”参数值为0时，限位开关是白颜色，当其值为1时，限位开关是绿颜色。依次完成“下限位开关”、“左限位开关”、“右限位开关”的设置。任务实施234.仿真值的脚本程序产生

（1）循环策略设定。根据设计要求需要产生上下、左右限位开关的仿真值，其值的产生需要使用软件的“脚本程序”功能。在“运行策略”界面下，选用“循环策略”，并使用“脚本程序”工具。并把循环策略设置为“200ms”循环周期。任务实施244.仿真值的脚本程序产生

（2）横向距离和纵向距离仿真。首先需要仿真机械手的横向距离和纵向距离，通过以机械手控制的上、下、左、右控制信号为条件，以周期累积的形式产生距离值，每一个周期值的变化步长为1，如左图所示。任务实施254.仿真值的脚本程序产生

（3）工件松紧状态的仿真。工件松紧状态值主要用于“上工件“和”下工件“构件的可见度动画的设置。如左图所示。任务实施264.仿真值的脚本程序产生

（4）限位开关的仿真。以横向距离和纵向距离为参考，产生限位开关信号，如左图所示。任务实施275.设备通讯的配置

人界面与S7-1200通讯的设置在“设备窗口“下，选择”Siemens_1200”通讯设备，进行参数通道的添加和IP地址的设置，如左图所示。任务实施286.任务评价评分表

学年工作形式：□个人□小组分工□小组评分工作时间任务训练内容与分值训练要求学生自评教师评分机械手触摸屏设计与仿真1.组态界面制作（30分）窗口组态布局合理，色彩搭配合理、内容正确，包含任务要求中的所有元素；10分静态及动画组态属性设置正确；10分与数据库数据连接设置正确。10分

2．数据库变量正确建立（10分）正确设置窗口中进行连接的变量名称和类型；5分数据类型设置正确。5分

3．脚本程序设计与修改30分脚本程序编写正确，书写规范；10分动画模拟功能正确。20分

4．与PLC通讯在线运行20分机械手控制和监视功能正确；10分机械手仿真功能正确。10分

5．职业素养与安全意识10分现场安全保护；工具、器材、导线等处理操作符合职业要求；5分分工合作，配合紧密；遵守纪律，保持工位整洁。5分

总分：100分学生：

教师：

日期：

TASKTWOPLC程序编写任务描述|任务分析|

任务实施

完成与触摸屏之间的参数通讯。触摸屏给PLC启动、停止信号以及上下、左右限位开关信号。PLC给触摸屏机械手的上下、左右、夹紧放松控制信号。

完成与机械手的参数通讯。PLC给机械手上下、左右、夹紧放松控制信号。

完成机械手的运行控制。完成机械手的从左边工作台抓取工件放置到右边工作台的操作过程控制，编写相应的PLC程序。任务描述30触摸屏(TPC7062K)PLC（S7-1200）工业机器人（ABBIRB120）MODBUS工业以太网任务分析-参数的定义31

PLC的参数规划包括PLC与触摸屏的通讯参数、与机械手的通讯参数以及实现控制要求的中间变量参数。序号参数名称数据类型用途1启动信号布尔量触摸屏输入的启动控制信号2停止信号布尔量触摸屏输入的停止控制信号3上限位开关信号布尔量触摸屏输入的上位置信号4下限位开关信号布尔量触摸屏输入下位置信号5左限位开关信号布尔量触摸屏输入左位置信号6右限位开关信号布尔量触摸屏输入右位置信号7上行布尔量输出给触摸屏向上控制信号8下行布尔量输出给触摸屏向下控制信号9左行布尔量输出给触摸屏向左控制信号10右行布尔量输出给触摸屏向右控制信号11夹紧布尔量输出给触摸屏夹紧控制信号12放松布尔量输出给触摸屏放松控制信号13状态整数系统的控制状态（中间量）14运行布尔量系统的运行状态表示（中间量）任务分析-跟工业机器人的随动通讯32

把PLC产生的状态信号通过通讯的方式传递给工业机器人，工业机器人按照PLC的状态完成机械手臂的同步运行。触摸屏(TPC7062K)PLC（S7-1200）工业机器人（ABBIRB120）MODBUS工业以太网任务实施331.新建项目与硬件配置在博图软件中新建“机械手随动系统”命名的项目，CPU的类型选择1215CDC/DC/RLC型。以太网的IP地址设置为，在“保护”下点选允许外部通讯，如左图所示。任务实施342.参数的定义

（1）输入输出参数的定义。在PLC变量中新建输入输出表。定义与触摸屏和机械手的通讯数据，如左图所示。任务实施352.参数的定义

（2）中间变量的定义。在PLC变量中新建中间变量参数表。定义PLC控制过程中所需的中间变量，如左图所示。任务实施363.梯形图的输入

（1）状态控制程序输入。共有8个控制状态，根据控制的需要，编制梯形图。任务实施373.梯形图的输入

（1）状态控制程序输入。共有8个控制状态，根据控制的需要，编制梯形图。任务实施383.梯形图的输入

（1）状态控制程序输入。共有8个控制状态，根据控制的需要，编制梯形图。任务实施393.梯形图的输入

（2）把PLC中的status状态信号发送给工业机器人，数据的发送采用TSEND_C指令，发送一个状态信号给工业机器人，如左图所示。其中TSEND_C指令的，的组态（点击指令中的组态图示），如左图所示。其中伙伴选择“未指定”，IP地址为工业机器人地址““。连接数据选择“新建”，然后点选右边的“主动建立连接”。任务实施404.任务评价评分表

学年工作形式：□个人□小组分工□小组评分工作时间任务训练内容与分值训练要求学生自评教师评分PLC程序编写1．组态下载10分正确将组态工程下载至触摸屏中。10分

2．通信连接15PLC和触摸屏通信参数设置正确；5分正确通信。10分

3．脚本程序与PLC程序30分PLC程序的编写；20分功能正确。10分

4．PLC变量连接15分正确连接PLC变量与组态构建。15分

5．功能测试20分机械手控制功能正确实现；20分

6.职业素养与安全意识10分现场安全保护；工具、器材、导线等处理操作符合职业要求；5分分工合作，配合紧密；遵守纪律，保持工位整洁。5分

总分：100分学生：

教师：

日期：

TASKTHREE工业机器人程序编写及通讯设置任务描述|任务分析|

任务实施设置机械手的通讯设置参数。通过编程器进行工业机器人的通讯设置，通过工业以太网通讯配置采用SOCKET通讯方式。工业机器人的操作程序编写。通过编程器操作工业机器人把工件从工作台A搬运到工作台B。

工业机器人的SOCKET通讯程序的编写。任务描述42触摸屏(TPC7062K)PLC（S7-1200）工业机器人（ABBIRB120）MODBUS工业以太网任务分析43

与PLC的随动控制的实现。主要方法是通过SOCKET通讯的方式把PLC中的状态参数传递给工业机器人，工业机器人按照具体的状态实现机械手的动作。触摸屏(TPC7062K)PLC（S7-1200）工业机器人（ABBIRB120）MODBUS工业以太网任务实施441.通讯设置

1）硬件连接。S7-1200和工业机器人之间采用网线连接，PLC端连接在“LAN“口，工业机器人端连接到”X5(LAN3)“口上。2）参数配置。在工业机器人示教器中配置工业机器人的IP地址为“”。触摸屏(TPC7062K)PLC（S7-1200）工业机器人（ABBIRB120）MODBUS工业以太网任务实施452.工业机器人的操作程序编写

1）定义变量。在示教器中定义INT的数据类型的status变量，为全局变量,代表机械手的运行状态。定义P0、P1、P2、P3四个机械手的位置点，其中P0为左上方，P1为左下方，P2为右上方，P3为右下方。定义YV1为对应的IO变量控制夹紧和放松的气动阀。触摸屏(TPC7062K)PLC（S7-1200）工业机器人（ABBIRB120）MODBUS工业以太网任务实施462.工业机器人的操作程序编写2）输入程序。编写工业机械手移动控制程序。在编程器中的”T_ROB1”任务中编写主程序，如左表所示。程序行号程序程序说明12345678910111213141516171819202122232425262728PROCmain()IF(status=0)THENMoveABsJP0,fine,too10;ENDIFIF(status=1)THENMoveJp1,v150,fine,too10;ENDIFIF(status=2)THENSetDo,YV1,1;ENDIFIF(status=3)THENMoveJp0,v150,fine,too10;ENDIFIF(status=4)THENMoveJp2,v150,fine,too10;ENDIFIF(status=5)THENMoveJp6,v150,fine,too10;ENDIFIF(status=6)THENSetDo,YV1,0;ENDIFIF(status=7)THENMoveJp2,v150,fine,too10;ENDIFIF(status=8)THENMoveJp0,v150,fine,too10;ENDIF主程序开始状态为0时，机械手会初始位置

状态为1时，机械手下行

状态为2时，机械手夹紧操作

状态为3时，机械手上行

状态为4时，机械手右行

状态为5时，机械手下行

状态为6时，机械手放松操作

状态为7时，机械手上行

状态为8时，机械手左行回到初始位置

任务实施473.工业机器人的SOCKET通讯程序的编写（1)在示教器中添加“Com”新任务，然后进入”Com”任务编写通讯程序。（2)编程SOCKET通讯程序，其中status为从PLC的接受数据。如左表所示。程序行号程序程序说明12345678910111213PROCmain()Initial;SocketClosesocket1;WaitTime1;SocketCreatesocket1;SocketConnectsocket1,”192,168,1,1”,2001;WHILETRUEDOSocketRec