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KUKA机器人PROFINET协议通讯总结与分析
发布时间:2019-09-09        浏览次数:159        返回列表
       KUKA工业机器人的总线系统包括控制总线,系统总线,扩展总线与库卡线路接口,库卡线路接口通过X66与X67将设备与上级机构进行耦联,实现基于以太网的现场总线连接和数据交换,支持的通讯协议包括,PROFINET,Ethernet,PROFIsafe等等
       1.那么为什么要用PROFINET通讯方式呢?
    因为是机器人在外部自动运行时往往需要PLC对其自身状态进行数据监控,程序选择,故障诊断。这些信号的交互是必不可少的。采用PROFINET通讯协议,取消工业机器人和上级控制器的传输限制,使传输信号更加稳定。
       2.来简单分析一下吧
    PROFINET是基于以太网实现的工业通讯系统,具备集成分布式I/O的PROFINET IO和分布式自动化中创建模块化设备系统的PROFINET CBA。其实这个定义个人觉得很啰嗦,其实就是实现了工业现场总线系统之间的无缝集成。
       3.来介绍一下通讯方式
   PROFINET的通讯方式分为三种:①TCP/IP标准通信,其响应时
间为大约100ms②实时通讯,其响应时间大约5~10ms③等时同步
实时通讯,其响应时间小于1ms,抖动误差小于1μs。由此可以看得出来其实现了开放式的和分配式的全面通讯能力。
    一般来说PROFINET IO分为四种不同的设备类型:IO监视器,IO控制器,IO设备,IO参数服务器。各个站点的数据交换通过实时数据与标准通道(基于UDP/IP)完成并利用TCP/IP进行配置和诊断,其
IO管理器可服务于HMI和诊断功能。
      4.PROFINETCBA将组件的创建和组件的应用进行分离。
    通过
创建组件在组态与编程设备的基础上生成了一个PROFINET组件。PROFINET CBA工程工具利用PROFINET组件得到分布式的解决方案。PROFINET采用面对对象的方法,利用明确的对象接口对单机
模块进行外部访问。
       5.以PLC为核心,结合KUKA机器人 KRC4控制柜设计PROFI-T通讯系统。
    如图下所示。在该系统中,采用西门子S7-300PLC作为主站,KRC4控制柜作为从站用来控制机械臂的运动和状态。KRC4控制柜通过KLI接口与西门子交换机(SCALANCE)相连接,系统总线采用RJ45插头的双绞线。系统工作时,上级控制器PLC通过外部自动运行接口向机器人控制系统发送机器人进程的相关信息:运行许可,故障确认,程序启动等。机器人控制系统向上级控制器PLC发送运行状态与故障状态的相关信息。PC作为组态和监控的控制器对KRC4控制柜的PROFINET选项进行配置,并对PLC进行项目组态和运行状态的监控。
库卡机器人连接方式
    KUKA机器人采用专用的网卡DualNIC,其中包含两个1000Mbit/s的具有局域网配适器的网卡,相当于两个VLANs。**个端口与KUKA控制总线相连接,第二个接口则与KLI客户接口相连接。系统的总线采用RJ45插头的双绞线,具有较高的传输速率。其外层由铝箔包裹,可减小辐射和干扰。
       6.KRC4的PROFINET参数配置
    KRC4控 制柜突破了KRC2控制柜的局限性,不再需要插入CP1616 PROFINET网卡对PROFINET进行配置工作,通过控制器上提供并使用的KLI(DualNIC)端口进行连接并安装PROFINET软件堆栈模拟PROFINET卡的功能,提高了软件的灵活性,减少了硬件的配置,使通讯系统更加稳定。
    用workvisual软件对KRC4控制柜进行PROFINET项目配置,并通过KSI(库卡服务接口)与PC机建立连接,在workvisual软件中导入需要进行PROFINET配置的机器人项目。KSI(库卡服务接口)使PC机通过电缆可以简单的插入KSI(库卡服务接口),KSI(库卡服务接口)可充当DHCP服务器,使PC机和KRC4控制柜通过DHCP自动建立连接。
    在workvisual读入KRC4项目后,需要对原有机器人总线结构进行扩展,扩展前将项目的控制器进行激活,在总线结构中添加PROFINET的DTM编目。在PROFINET设置中,因为KRC4控制柜作为PROFINET总线的从站,所以在communication set-tings选项卡中将PROFINET设备栈进行激活,设备名称必须与PLC中的设置相同。
    总线循环时间设置一般为8ms,总线超时时间设置为20000ms,这样做可以避免在PROFINET数据传输过程中出现时间冲突,提高稳定性,并且当KRC4控制柜无法在20000ms的时间内与PLC建立连接则会产生错误信息,如果随后建立了连接,错误信息会变为确认信息,须对此项进行确认后继续运行。
       对于PROFIenergy功能,KUKA机器人具有以下四种状态:
    ①Ready_To_Operate:控制器已准备进行操作。
    ②Drivebus OFF:驱动器关闭。
    ③Hibernate:控制器已处于休眠状态,只对WakeOnLan数据包作出反应。
    ④Brakesapplied:制动器已应用,只对下一个运动命令做出反应。通过PROFINET选项卡对控制系统从            Ready_To_Operate状态到Drive bus OFF,Hiber-nate,Brakes applied三种状态的转换时间和这三种状态的持续时间进行设置.
库卡机器人workvisiul PROFINET配置选项卡
                                                 图为workvisiul PROFINET配置选项卡
    根据实际需要,在PROFIenergy选项卡中采用系统的*小值。在PLC与KUKA机器人的有关PROFIenergy的信号交互中,使用PROFIenergy指令,使PLC可以向机器人控制器发送指令来更改和查询机器人当前的状态。当PLC发送GO_WOL指令时,KRC4控制柜转换为Hibernate状态,当PLC发送WOL数据包时,KRC4控制柜转换为Ready_To_Operate状态。在KRC4控制柜的示教器smartPAD中通过对LOCTL语句(RET = IOCTL(“PNIO-CTRL”,1001,5000))中RET的系统返回值进行判断来查询KUKA机器人的节能状态。
库卡机器人krc4与plc外部接口信号交互图
                                                            plc与krc4外部接口信号交互图

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