苏ICP备112451047180号-6
基于智能制造产线下PLC与工业机器人数据交互设计
摘要
自“ 中国制造 2025”的提出以来， 中国大力倡导先进制造业的发展， 在此期间， 中国的 智能制造行业得到蓬勃发展。要想成为制造强国， 先进制造业必不可少， 因此， 对智能制 造产线相关研究也越来越受到关注。 在整条智能制造产线运行中， PLC 与工业机器人之间 的通讯为其中极其重要的一环，因此，对该部分的研究就有着十分重大的意义。
本文介绍以 S7- 1200 PLC 为中央处理系统，以华中数控工业机器人系统为输出服务 端， 以 SIMATIC 精致面板为操作面板， 以 RFID 为监控系统的智能制造产线通讯部分。采 用 Modbus TCP 和 Modbus RTU 通讯协议进行通讯，实现用触摸屏就可以让机器人完成仓 库取料、放料以及机床的上料、下料； 采用 RFID 对料仓进行实时监控， 及时的读取或者 写入物料状态。
根据Modbus 通讯协议的相关要求，进行PLC 与工业机器人和RFID 之间的通讯编程。 利用 PLC 的工作特性， 帮助工业机器人计算判定料仓的偏移， 采用夹爪号， 并发送给机器 人下单运行指令。本文采用工业机器人配合 PLC 和 RFID 代替人工进行上下料， 提升了整 条产线的安全性，并节省了大量人力。
关键词： 智能制造产线； S7- 1200PLC；Modbus 通讯协议；RFID；华中数控工业机器人
目 录
1 绪 论 1
1.1 课题研究的背景和意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 研究内容 2
2 硬件配置 3
2.1 西门子 PLC 的配置 3
2.2 车床 I/O 连接 7
2.3 铣床 I/O 连接 8
2.4 机器人选型 9
2.5 HMI 选型 9
3 软件配置 10
3.1 程序结构 10
3.2 全局数据块建立 11
3.3 通讯程序编程 17
3.4 运算程序编程 21
4 HMI 设计与编程 27
4.1 画面的设计布局 27
4.2 按钮的变量关联 28
5 综合调试 29
5.1 通讯延迟 29
5.2 程序校验 30
5.3 产线综合运行 32
5.4 优势分析 32
6 结 语 33
参考文献 34
致 谢 35
附 录36
附录一
附录二
1 绪 论
1.1 课题研究的背景和意义
自改革开放以来， 我国与世界的交流日益密切， 由此推动了制造业的发展。2015 年《中 国制造 2025》的提出， 意在通过三个十年的努力， 到新中国成立一百年时， 把我国建设成 为引领世界制造业发展的制造强国，为实现中华民族伟大复兴的中国梦打下坚实基础。
随着我国科学技术的进步， 人们对于商品质量的需求有了新的提升， 商品的复杂程度也在 逐年增强， 这就在无形之中推动着制造业的内部竞争和发展。目前我国的制造业体系完备， 可是仍然存在大而不强， 多而不精的情况， 在很多的制造领域依然要依赖于进口， 在目前 世界局势不够稳定的大情形下， 突破壁垒，自主研发， 实现传统制造业升级显得尤为重要。
现代工业机器人集精密化、柔性化、智能化等先进制造技术于一体， 由于其强大的可 编程功能， 使得其在各类制造厂里都能够大放异彩；在制造业领域，要想实现批量化、统 一化生产就需要用到数控系统， 传统的数控机床需要专门培养相关人才， 需用到大量人力， 频繁的去进行物料取放、换刀具、处理刀具坐标系、调整数控程序等重复而又繁杂的劳动。 这两者配合上 PLC 强大的控制功能， 就可以实现用机器人代替人力， 从繁杂化到智能化的 转变。
1.2 国内外研究现状
我国正在从制造业大国向制造业强国转变， 但我国制造业技术长期以来都是以传统制 造业为主，不利于未来世界市场的竞争。在新冠疫情期间，由于很多工厂劳动力的缺失， 迫使其向智能制造升级， 反而使得智能制造技术进一步发展， 目前我国的智能制造技术正 在一步步赶超世界其他制造大国，逐步成为世界舞台上的一颗新星。
在世界范围内， 智能制造这一领域被很多工业发达国家提前布局， 美国 1992 年执行新 技术政策， 大力支持智能制造技术在内的关键重大技术， 作为世界智能制造技术的发源地， 如今美国在智能制造技术已经相当的成熟和完备； 欧盟 1994 年启动新项目研发， 其中就着 重的突出了智能制造的重要地位；德国是世界著名的工业 4.0 发源地，世界上智能制造技 术一大批龙头企业来自于德国， 其机械制造领域制定的一些标准为全世界所通用； 日本在 智能制造技术这一块重点突出的就是工业机器人技术， 素有机器人王国的美誉， 日本的研 发经费占 GDP 的比例也是位居世界第一，著名的发那科和安川系统就是来自于日本。
随着全球经济一体化进程的加快， 企业的生存与发展已成为世界性的课题， 越来越多 的企业开始意识到智能制造所带来的巨大机遇。目前， 国际上已经出现了一些企业和政府 机构积极推动智能制造技术应用， 以通过运用智能技术促进产品设计、生产、销售中各个 环节更加高效、准确和全面地完成。
1.3 研究内容
本文以机器人应用、PLC 编程为出发点， 在规格化、批量化的零件生产要求中， 用工 业机器人代替人力进行相关操作， 采用软件博图 V16 进行 PLC 程序编程， 利用 Modbus 通 讯协议实施通讯， 给机器人发送相应订单、物料信息、机床状态等信号， 并设计出 HMI 界 面用于触摸面板操作，用 RFID 进行监控，有效的节省了大量的人力，并提升了整套系统 操作的安全性，更使整个产线启动运行更加简单、易于操作。
参考文献
[1]姜明.工业机器人技术在智能制造领域中的应用分析[J].现代工业经济和信息化,2022,12(09):122-124.
[2]彭淑素.智能制造时代自动化技术在工业机器人中的应用研究[J].科技资讯,2022,20(18):60-62.
[3] 李嫄. 智能制造 中 S7- 1200PLC 与工业机器人的 Modbus TCP 通信应用 [J].新技术新工艺,2022(04):51-54.
[4]孙洁,王兴楠,刘晓悦.MES 与PLC 实时通信系统研究[J].小型微型计算机系统,2020,41(01):128- 131.
[5]刘怀兰，孙海亮智能制造生产线运营与维护[M].机械工业出版社 2020
[6]李霞.基于 Modbus/TCP 伺服通信设计[J].工业控制计算机,2022,35(05):35-38.
[7] 纪宗军. 智能制造视域下西门子 S7- 1200 PLC 在电梯系统中的应用探析 [J].数字通信世界,2022(06):132- 134+137.
[8]赵彦贺,王志江,周晓金,王彦朋,赵进江. 一种基于 Modbus RTU 通讯协议的现场智能控制器[P].河北省：CN115066124A,2022-09- 16.
[9]彭淑素.智能制造时代自动化技术在工业机器人中的应用研究[J].科技资讯,2022,20(18):60-62.
[10] 翟秀丽 , 孙锡保 . 智 能 制造 中 S7- 1200 Modbus/TCP 与工业机器人通信应用 [J]. 电 子世界,2021(13):66-67.
[11]佘志远,朱毅, 肖万彪等.基于西门子 1500 的 Modbus TCP 与相机通信在冲压行业的应用[J].锻压装备与制造技术,2021,56(04):68-71.DOI:10.16316/j.issn.1672-0121.2021.04.016.
[12]公相.s7- 1200plc 的 modbustcp 通信分析[J].数字技术与应用,2020,38(03):11-
12.DOI:10.19695/j.cnki.cn12- 1369.2020.03.05.
[13]KOCO MOTION. Schrittmotorantriebe mit Modbus TCP[J]. Elektrotechnische Zeitschrift:Elektrotechnik + Automation,2011,132(10):53.
[14]JAMES R. STOCK, DIANE R. EDMONDSON, JENNIFER A. ESPINOSA, et al. RFID technology: a retrospective look at firm adoption with a view towards the future[J]. Internationaljournal of value chain management: IJVCM,2016,7(4):317-351.
[15]TONY JOHN, MATHIAS VORBR?CKER. Enabling IoT connectivity for ModbusTCP sensors[C]. //2020 25th IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation: 25th IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA),
8- 11 Sept. 2020, Vienna, Austria. :1339- 1342.