ABB机器人Profinet如何配置与通信？

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什么是Profinet与ABB机器人的集成？

就是让ABB机器人作为一个Profinet网络中的参与者（从站/Slave），能够与作为主站/Master的设备（如西门子PLC、罗克韦尔PLC、DCS系统等）进行高速、实时的数据交换。

（图片来源网络，侵删）

Profinet (Process Field Net)：是由西门子主导开发的、基于工业以太网的实时通信协议，它以其高速、精确的同步性能而闻名,特别适合需要严格时间协调的运动控制应用。
ABB机器人：作为现代工业自动化的核心执行单元，可以通过安装Profinet通信板卡,完美地融入到Profinet网络中。

为什么使用Profinet连接ABB机器人？（优势）

选择Profinet而不是其他通信方式（如DeviceNet, Profibus-DP, 或以太网/IP）,通常是因为以下关键优势：

高速与实时性：Profinet的IRT（Isochronous Real-Time，同步实时）技术，能够确保数据在确定的时间内（微秒级）传输，这对于需要与机器人精确同步的设备（如传送带跟踪、视觉系统、CNC机床）至关重要。
高精度同步：通过IEEE 1588精确时间协议（PTP），Profinet网络中的所有设备可以实现亚微秒级的时间同步，这意味着机器人的运动、PLC的逻辑扫描、传感器的触发等可以在同一个时间基准下进行,实现完美的协调。
统一的网络架构：Profinet使用标准的以太网线缆（CAT5e/6/7）和交换机，将I/O、机器人、HMI、PLC等所有设备连接在同一个网络中，这大大简化了布线，降低了成本,并提高了系统的灵活性和可扩展性。
强大的诊断功能：Profinet提供了非常详细的诊断信息，可以轻松定位网络中某个端口、某根线缆或某个设备（包括机器人）的故障,极大地缩短了停机排查时间。
灵活的数据交换：可以通过配置Input/Output（输入/输出）区，在PLC和机器人控制器之间任意交换所需的数据，如：
- PLC -> 机器人：目标位置、速度、程序号、开始/停止指令、安全信号等。
- 机器人 -> PLC：当前机器人位置、程序状态、错误代码、数字输入/输出状态、工具数据等。

如何实现硬件和软件配置？

实现Profinet连接需要硬件和软件两方面的配置。

A. 硬件要求

ABB机器人控制器：
- IRC5控制器：需要配备Profinet通信选项板，常见的型号如：
  - DSQC 1030 (较早版本，支持Profinet I/O)
  - DSQC 1000 或 DSQC 686 (较新的版本，功能更强大,支持IRT)
- FlexPendant：用于配置和调试。
Profinet主站：例如西门子S7-1500/1200系列PLC、罗克韦尔ControlLogix/CompactLogix等。
网络设备：
- 工业以太网交换机：建议使用支持Profinet IRT的交换机，以确保实时性能,普通商用交换机可能无法满足IRT的同步要求。
- 标准以太网线缆：CAT5e或更高等级。
- 接头：RJ45水晶头和现场插座。
线缆：推荐使用工业级的屏蔽双绞线（如CAT6）,以确保抗电磁干扰能力。

B. 软件配置步骤（以ABB机器人+西门子S7 PLC为例）

配置过程主要分为两大部分：PLC侧配置 和 机器人侧配置。

PLC侧配置 (使用西门子TIA Portal)

（图片来源网络，侵删）

硬件组态：
- 在TIA Portal项目中，添加硬件，并配置PLC的Profinet接口（PN-IO）。
- 添加一个“I/O设备”（ET 200SP等分布式站）,并为其分配一个设备名称和IP地址。
- 关键操作：将ABB机器人作为从站添加到Profinet网络中，你需要知道ABB机器人Profinet板卡的GSD文件（通常可以从ABB官网或设备供应商处获取），导入GSD文件后，机器人就会出现在硬件列表中,你可以为其分配IP地址和设备名称。
分配输入/输出地址：
- 在硬件组态中，为ABB机器人从站分配一个输入地址区和一个输出地址区。
- 分配 128 Byte 的输入和 128 Byte 的输出,这决定了PLC和机器人之间可以交换的数据量。
编译并下载：

编译整个项目，并将硬件配置和程序下载到PLC中,PLC会尝试与ABB机器人建立Profinet连接。

ABB机器人侧配置

网络配置：
- 在FlexPendant上，进入 控制面板 -> 配置 -> 网络。
- 为Profinet接口配置一个与PLC在同一网段的静态IP地址、子网掩码和网关。
创建Profinet设备：
- 在 网络 配置中，选择 设备 -> 添加。
- 选择你的Profinet板卡型号（如DSQC 686）。
- 关键操作：导入设备名称，你需要从PLC侧获取刚刚分配给机器人的设备名称（.xml或.gse文件），并将其导入到机器人中，这一步是建立连接的“握手”过程。
配置I/O信号：
- 导入设备名称成功后，机器人控制器会自动生成与PLC侧配置相匹配的*Signal数据类型。
- 在 配置 -> I/O System 中，你会看到一个新创建的Profinet Device。
- 展开Signal，你会看到Group Input和Group Output。
- 创建机器人信号别名：为了方便使用，你需要将Group Input和Group Output中的字节位映射到机器人全局的di（数字输入）、ai（模拟输入）、do（数字输出）、ao（模拟输出）信号上。
- 示例：
  - PLC Output Byte 0 的 Bit 0 映射到机器人 do10。
  - PLC Input Byte 0 的 Bit 0 映射到机器人 di20。
  - PLC Output Word 2 映射到机器人 ao1。

编写机器人程序：

你可以在RAPID程序中直接使用这些别名信号来与PLC通信。

示例代码：

PROC main()
    ! 等待PLC发送的启动信号 (do10)
    WaitDI do10, 1;
    ! PLC发送的目标位置在ao1中 (假设是X坐标)
    target_pos := ao1;
    ! 移动到目标位置
    MoveL pPick, v1000, z50, tool0;
    MoveL target_pos, v2000, z50, tool0;
    ! 告诉PLC任务完成 (将di20置1)
    SetDO di20, 1;
    ! 等待PLC复位信号
    WaitDI do10, 0;
    ResetDO di20;
ENDPROC

常见应用场景

传送带跟踪：这是Profinet在机器人应用中最经典的功能，编码器安装在传送带上，通过Profinet将实时位置数据传送给PLC，PLC再通过Profinet将目标位置实时发送给机器人,机器人控制器通过运动控制算法精确跟踪并抓取传送带上的物体。
CNC上下料：机器人与CNC机床通过Profinet连接，PLC协调机器人和机床的动作时序，如机器人准备好后向PLC发送“请求”信号，PLC再通知机床“门可以打开”，机器人抓取/放置工件后通知PLC,PLC再启动机床加工。
多机协同工作：在一个工作站中，多个机器人、视觉系统、输送带等设备通过Profinet网络在PLC的统一调度下协同工作，所有动作在精确的时间同步下完成,效率极高。
远程监控与数据采集：通过Profinet，可以实时将机器人的生产数据（如产量、 cycle time、错误代码）传输到上层MES或SCADA系统。

故障排查

当Profinet连接失败时,可以按照以下步骤排查：

物理层检查：
- 检查网线是否插紧,端口灯是否正常亮起。
- 检查交换机是否正常工作。
- 使用网线测试仪检查网线通断。
网络配置检查：
- 机器人IP：机器人、PLC、交换机是否在同一网段？
- 设备名称：PLC侧分配的设备名称是否成功导入到机器人？机器人侧的设备名称是否与PLC侧一致？
- GSD文件：是否使用了正确版本的GSD文件？
软件配置检查：
- PLC I/O地址：PLC分配的I/O区大小是否与机器人侧的Group Input/Output匹配？
- 机器人信号映射：Group Input/Output是否正确映射到了di/do/ai/ao？
使用诊断工具：
- PLC侧：使用TIA Portal的在线诊断功能,查看Profinet网络的拓扑和设备状态。
- 机器人侧：在FlexPendant的信息 -> Profinet设备中查看连接状态和错误信息。
- 专业软件：使用西门子的PN-Scan等工具扫描网络,检查所有设备的配置。

将ABB机器人接入Profinet网络，是实现高速、高精度、高灵活性自动化系统的关键技术，虽然初期的配置（尤其是设备名称的导入和I/O映射）需要一定的学习和细心，但其带来的实时性能和统一网络架构的优势，对于复杂的自动化应用来说是不可或缺的，正确配置和诊断Profinet连接,是自动化工程师一项非常重要的技能。

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