摘 要 闡述在某智能制造產(chǎn)線上通過Anybus X?gateway網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)三菱FX5U PLC和KUKA機(jī)器人互聯(lián)的過程，包括硬件連接和參數(shù)配置，為自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備其他方式互聯(lián)的實(shí)現(xiàn)提供參考。

關(guān)鍵詞 數(shù)據(jù)交互 Anybus X?gateway CC?Link網(wǎng)絡(luò) EtherCAT網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號(hào) TP273? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 B? ?文章編號(hào) 1000?3932（2023）03?0343?05

作者簡(jiǎn)介：劉思遠(yuǎn)（1984-），講師，從事PLC、變頻器和伺服技術(shù)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究，190133384@qq.com。

引用本文：劉思遠(yuǎn).基于Anybus X?gateway網(wǎng)關(guān)搭建三菱FX5U PLC與KUKA機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)［J］.化工自動(dòng)化及儀表，2023，50（3）：343-347.

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0已成為自動(dòng)化領(lǐng)域不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，這也使得工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)越來越多的設(shè)備需要實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，不同工業(yè)網(wǎng)絡(luò)之間也要實(shí)現(xiàn)通信連接?，F(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)和無線網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)互聯(lián)的主要橋梁。

HMS公司于1995年提出的Anybus產(chǎn)品概念——一種可接入任何網(wǎng)絡(luò)的接口卡，可以解決系統(tǒng)集成過程中眾多標(biāo)準(zhǔn)從站產(chǎn)品的接入問題［1］。Anybus X?gateway是網(wǎng)絡(luò)到網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)，可實(shí)現(xiàn)CC?Link和EtherCAT兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間的無縫內(nèi)部連接，主要功能是在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間快速傳輸循環(huán)I/O數(shù)據(jù)。該網(wǎng)關(guān)在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)上都作為從站。數(shù)據(jù)傳輸是完全透明的，每個(gè)方向擁有最大數(shù)據(jù)容量512 Byte。該網(wǎng)關(guān)作為具有獨(dú)立功能的子系統(tǒng)，通過原網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與控制系統(tǒng)進(jìn)行通信，使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備能夠交流和共享信息。

某智能制造產(chǎn)線的一個(gè)工作站采用FX5U PLC作為控制器、KUKA機(jī)器人作為工件的搬運(yùn)機(jī)構(gòu)，為了實(shí)現(xiàn)兩種不同接口協(xié)議的三菱PLC和KUKA機(jī)器人的數(shù)據(jù)交互，選取HMS公司的新型網(wǎng)關(guān)Anybus X?gateway予以實(shí)現(xiàn)。

1 研究背景

1.1 系統(tǒng)介紹

某智能制造產(chǎn)線的結(jié)構(gòu)如圖1所示，該產(chǎn)線由15個(gè)工作站組成，可以實(shí)現(xiàn)3大類別13種型號(hào)產(chǎn)品由原材料到成品入庫的完整加工過程。生產(chǎn)流程為：MES下單→全體控制站領(lǐng)取并下發(fā)生產(chǎn)計(jì)劃→原料切斷、洗凈→生產(chǎn)加工、刻印→產(chǎn)品檢測(cè)→AGV小車運(yùn)輸入庫等。同時(shí)，該產(chǎn)線還有嚴(yán)格的安全防護(hù)措施來保證各個(gè)工作站的正常運(yùn)行。

1.2 工作站硬件說明

1.2.1 工作站機(jī)械結(jié)構(gòu)

產(chǎn)線上第11號(hào)工作站的結(jié)構(gòu)如圖2所示，工作站主要由卡環(huán)壓入?yún)^(qū)、軸承暫存區(qū)、工件送入?yún)^(qū)、電氣控制柜及KUKA機(jī)器人等部分組成。主要在本站FX5U PLC的控制下，通過KUKA機(jī)器人的搬運(yùn)，實(shí)現(xiàn)工件、卡環(huán)和軸承的組裝與檢測(cè)過程（圖3）。

1.2.2 工作站主要電氣部分

該工作站中主要選用的電氣部件、軟件及其型號(hào)見表1?？刂破鱌LC選用三菱FX5U系列，配有通信模塊FX5?CCLIEF，與產(chǎn)線上的主站實(shí)現(xiàn)CC?Link IE Field通信，通過FX5?CCL?MS模塊與KUKA機(jī)器人和其他執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)CC?Link通信。機(jī)器人選用KUKA的KR6系列小型六軸機(jī)器人，負(fù)載為6 kg，控制器為KR6 C4。

2 工作站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

在工作站中，利用Anybus X?gateway網(wǎng)關(guān)搭建的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖4所示。Anybus X?gateway實(shí)現(xiàn)了PLC側(cè)CC?Link網(wǎng)絡(luò)和KUKA機(jī)器人側(cè)EtherCAT網(wǎng)絡(luò)的無縫連接，Anybus X?gateway網(wǎng)關(guān)在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)上都作為從站存在。

將網(wǎng)關(guān)、機(jī)器人、PLC用網(wǎng)線通過硬件連接后，需要在每個(gè)硬件的軟件平臺(tái)上分別進(jìn)行配置才能完成網(wǎng)絡(luò)的搭建。

3 網(wǎng)絡(luò)搭建

網(wǎng)絡(luò)的搭建主要有以下3個(gè)步驟：

a. 利用Anybus Config Manager X?gateway進(jìn)行網(wǎng)關(guān)的配置；

b. 在work visual 4.0中進(jìn)行網(wǎng)關(guān)接入KUKA機(jī)器人的配置；

c. 在GX?WORKS3中進(jìn)行網(wǎng)關(guān)接入FX5U PLC的配置。

3.1 網(wǎng)關(guān)配置

給Anybus X?gateway供24 V電源后，即可在電腦上運(yùn)行Anybus Config Manager X?gateway軟件，利用USB線纜對(duì)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行相應(yīng)的配置。需要設(shè)置CC?Link網(wǎng)絡(luò)和EtherCAT網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，如圖5所示。設(shè)置完成后，將配置下載到網(wǎng)關(guān)即可。

3.2 KUKA機(jī)器人硬件和參數(shù)配置

該工作站選用的機(jī)器人控制器為KR6 C4 compact，此型號(hào)的控制器可以采用PROFINET、PROFIBUS、DeviceNet、Ethernet及EtherCAT等多種現(xiàn)場(chǎng)總線。

3.2.1 KUKA機(jī)器人側(cè)通信接口

工作站中，KUKA機(jī)器人的控制器側(cè)選用的是X65通信接口（圖6），它是機(jī)器人控制系統(tǒng)之外的EtherCAT從屬設(shè)備連接接口。

3.2.2 將網(wǎng)關(guān)接入KUKA機(jī)器人

運(yùn)行work visual 4.0軟件，先將網(wǎng)關(guān)的ESI描述文件導(dǎo)入其中，然后通過選擇KUKA外接信號(hào)（KUKA Extension Bus（sys?x44））將網(wǎng)關(guān)模塊添加進(jìn)去（圖7），最后建立網(wǎng)關(guān)和機(jī)器人側(cè)I/O地址的映射關(guān)系。

需要說明的是，由于KUKA機(jī)器人的I/O地址單元是BOOL型，網(wǎng)關(guān)I/O地址單元是USINT型，因此需要把機(jī)器人的8個(gè)BOOL單元組合成1個(gè)USINT單元來進(jìn)行I/O映射。

3.3 FX5U PLC硬件和參數(shù)配置

3.3.1 PLC側(cè)通信接口

工作站中，控制器的模塊配置如圖8所示，控制器通過模塊FX5?CCL?MS與KUKA機(jī)器人通信。FX5?CCL?MS是作為CC?Link系統(tǒng)的主站或智能模塊站而動(dòng)作的智能功能模塊，通過在主站中使用主站·智能設(shè)備站模塊，能夠以FX5U CPU模塊構(gòu)建CC?Link系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中設(shè)置機(jī)器人站號(hào)為6，占用了3個(gè)站。

3.3.2 配置PLC側(cè)CC?Link網(wǎng)絡(luò)參數(shù)

在軟件GX?WORKS3中對(duì)FX5?CCL?MS進(jìn)行必須設(shè)置和基本設(shè)置。必須設(shè)置包括站類型、模式及傳送速度等，基本設(shè)置包括CC?Link配置和鏈接刷新設(shè)置，如圖9所示。設(shè)置完成后，需要將項(xiàng)目下載到PLC中。

4 仿真驗(yàn)證

完成了上述設(shè)置后，在GX?WORKS3打開軟元件監(jiān)視界面，設(shè)置起始地址為X1241，在KUKA機(jī)器人的操作面板上設(shè)置輸出端18信號(hào)有效，并發(fā)送數(shù)據(jù)。此時(shí)，可以看到X1241信號(hào)已經(jīng)得電，證明PLC與KUKA機(jī)器人通信成功（圖10）。

5 結(jié)束語

多種工業(yè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)共存是短時(shí)間內(nèi)難以改變的事實(shí)，這就要求相關(guān)技術(shù)人員具備高效互聯(lián)的能力。筆者搭建了一種利用Anybus X?gateway網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)兩種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)廣泛被使用的以太網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行通信的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過在控制器上的仿真，驗(yàn)證了該網(wǎng)絡(luò)的可行性。Anybus X?gateway網(wǎng)關(guān)可縮短開發(fā)周期，具有較強(qiáng)的推廣應(yīng)用價(jià)值。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］ 李正軍，李瀟然.現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)以太網(wǎng)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2018.

（收稿日期：2022-07-12，修回日期：2022-10-13）

Constructing the Network between FX5U PLC and KUKA Robot Based on Anybus X?gateway

LIU Si?yuan

（Suzhou Vocational Technical School ）

Abstract? ?Realizing the interconnection between FX5U PLC and KUKA robot based on Anybus X?gateway on an intelligent manufacturing production line was expounded， including hardware connection and parameter configuration to provide reference for other ways of interconnection of the auto?equipment.

Key words? data interaction， Anybus X?gateway， CC?Link network， EtherCAT network