为解决工业机器人小系统、单机、单功能运行问题，提高系统自动化水平，采用MODBUS-TCP 协议作为通信平台，实现了工业机器人、视觉系统与主控PLC 之间的数据交换，从而构建出以西门子S7-1200 PLC 、工业机器人、视觉系统、输送生产线和装配生产线组成的自动装配控制系统。该系统应用到工件自动识别与装配生产线上，将提高生产效率，降低人工成本。
工业机器人在新旧动能转换和产业升级方面得到越来越广泛的和放置工件，实现工件的自动装配。
基于PLC 与工业机器人的工件自动装配线流程如图2所示。首先进行参数初始化，包括通信建立、打开激光器、机器人进入初始位置等，之后启动托盘生产线，工件进人相机区域，经拍照后获取具体位置，PLC 根据工件类型与机器人进行通信，机器人选取拾取工具，再经过工件转移、整理、叠加、旋转等操作等完成自动装配过程。每取走一个工件后，通过双吸盘将空托盘放于托盘架处进行收集。
基于MODBUS-TCP协议的视觉系统、PLC与工业机器人通信设计
济宁职业技术学院机电工程系  周文婷  孟凡文  王海亮
图1 自动装配生产线结构图
图2 工业机器人工件装配和托盘放置工作流程
应用，典型应用领域包括物品分拣、码垛、焊接、喷涂、涂胶、装配以及数控机床上下料等重复性体力劳动或者对人体有危害的行业。但在实际行业应用中，仍然存在工业机器人处于小系统、单机、简单功能运行等现象。随着物联网与智能制造技术的快速发展，以工业机器人和PLC 为核心的工业自动化控技术逐渐在装备制造生产与应用产业得到推广和应用，网络型工业机器人、自动
产线、视觉检测、自动上下料、AGV 自动导引小车等工厂自动化技术趋于成熟，极大提升工厂自动化与智能化水平，提高生产效率，降低人身伤害和人工成本。
本系统以MODBUS-TCP 协议作为数据通信平台，以西门子PLC-1200C 作为主要控制单元，建立了工业机器人、视觉系统和控制系统之间的通信，实现了工件装配生产线的自动化运行。
1  系统原理与工作流程
SIMATIC S7-1200系列PLC 是西门子推出的新一代集成自动化控制、人机界面和网络控制功能于一体的新型PLC ，本系统采用西门子S7-1200作为主控单元，通过MODBUS-TCP 协议与码垛机系统、视觉系统、工业机器人系统进行通信和协调。系统架构如图1所示。
同时，主控系统还控制托盘生产线和工件装配生产线，实现整个系统的自动控制。码垛系统采用西门子S7-1200 CPU1215C 和数字量扩展模块作为控制单元，西门子变频器G120和异动电动机驱动三个坐标轴移动，实现自动智能取件。
主控系统和码垛系统采用西门子TP700触摸屏，实现信息实时显示和系统变量设置。六轴工业机器人采用气动手抓和吸盘拾取工件，通过变频器和异步电机驱动托盘生产线移动，通过步进电机驱动装配生产线移动和定位，结合工业机器人拾取
表1 MODBUS地址与PLC地址对应关系
MODBUS S7-1200
MODBUS地址PLC地址对应的数据区00001-08192Q0.0-Q1023.7数字量输出10001-18192I0.0-I1023.7数字量输入30001-30512IW0-IW1022模拟量输入40001-49999
DBW0-DBW19998
数据区
2  通信设计
MODBUS-TCP 协议在工业控制领域获得广泛应用，通过此协议，控制器之间或者与其他网络设备进行通信。西门子S7-1200 CPU 具有一个集成的支持MODBUS-TCP 协议的PROFINET 网口，将工业机器人、视觉系统和码垛机系统建立关联。MODBUS 地址、PLC 地址及对应的数据区如表1所示。
2.1  PLC与相机通信
工件有4种类型，并且4种工件可以按照装配顺序组装成电机模型。机器视觉系统的主要功能是识别工件的类型和平面空间位置坐标，每种工件的位置坐标包括相对于托盘中心的X 坐标、Y 坐标、工件高度值和放置角度值。通过编写视觉脚本程序获得物体相关数据信息后，再通过MODBUS-TCP 协议将信息传递给PLC 进行处理。
图3所示为主控S7-1200 CPU1215C 与CCD 相机视觉系统进行数据读取的集成通信模块，TIA 软件里面内嵌MB_CLIENT 客户端通信模块，通过MODBUS-TCP 协议实现与相机的数据通信。在PLC 硬件组态后，
PLC 的IP 地址设置为192.168.8.11，相机的
IP
图3 西门子S7-1200与视觉系统通信
图4 西门子S7-1200与工业机器人MODUBUS读写通信
图4所示为主控S7-1200 CPU 1215C 与工业机器人系统进行数据交换的集成通信模块，同样通过MODBUS-TCP 协议实现与机器人的数据通信交换。机器人控制器的IP 地址为192.168.8.103，MB_MODE 为1表示PLC 向工业机器人写入数据，地址从40001开始，占用16个字的长度，MB_MODE 为0表示PLC 读取工业机器人数据，MODBUS 地址从40017开始，长度为16个字。对工业机器人进行读写的数据存储在博途软件自建的数据区DB11中。
3  实验验证
将工件放置于托盘流水线上，启动流水线，工件到达拍照位置时，打开气缸实现拍照位置定位。相机拍照获取位置数据后，然后传送给西门子PLC S7-1215C 进行处理，数据存储在西门子PLC 内部自建的数据区DB1.DBW0到DB1.DBW6中，共占用4个字的长度，
地址为192.168.8.3，二者的IP 地址在同一网段内。M0.0输出频率为10Hz 的访问请求信号，MB_MODE 为0表示PLC 读取相机数据，数据地址MB_DATA_ADDR 是相机存储数据的初始MODBUS 地址，此处设置为41001，MB_DATA_LEN 是数据长度，MB_DA TA_PTR 是PLC 存放相机数据的指针地址，本软件中相机数据存储在PLC 内建的数据区DB2中，从DB2.DBW0开始，长度为44个字。
2.2  PLC与工业机器人通信
（下转第137页）
加合理，本文系统下的救援车辆在路段中有序行驶，单兵在主要路段中也有序组队，物资领取点在整个地区平均分布，而传统系统下的单兵、车辆分布复杂，物资领取点过于聚集。本文系统主要应用北斗卫星的数据通信报告功能实时向监控中心反映救援状况，通过指挥功能下达分配任务，最后通过救援管理子系统协调车辆与单兵等资源。
我国地质环境复杂常常发生自然灾害与其他的危机事件，对紧急事件指挥监控系统的研究已经成为了必要的研究内容，由于当前的
图5 资源分配对比图
数据信息量庞大，引入北斗卫星对数据进行采集处理等任务能够有效缓解系统的负担，为此本文基于北斗卫星对应急指挥监控系统进行设计，合理应用北斗卫星的特点，与应急指挥监控内容相结合。
作者简介：潘海斌（1971—），男，满族，辽宁沈阳人，大学本科，工程师，目前从事驾驶员及网约车考核、培训及卫星差分导航定位方面的研究。
（上接第133页）
tcpip协议转profinet再通过西门子触摸屏TP700进行数据显示。
物体位置数据经由MODUBUS-TCP 协议传输给工业机器人，X 坐标、Y 坐标、物体高度Z 值和角度坐标A 值(数据类型均为INT)分别存储在工业机器人控制器中的内部存储器相应的数组通道IOIin[1]、IOIin[2]、IOIin[3]和IOIin[4]中。物体位置信息在触摸屏上的显示结果如图4所示，图中可以显示工件类型和每种工件经坐标转换转化后的具体坐标值、放置角度和和高度值等数据信息。参数对话框用来设置相机获取的物体像素与PLC
位置数据之间的线性变换。
图5 工件类型与位置坐标显示
基于西门子PLC S7-1200、视觉系统和工业机器人设计了自动检测与自动装配系统，利用S7-1215C 内嵌的支持MODBUS-TCP 协议通讯的MB_CLIENT 通讯客户端模块快捷实现了PLC 与工业机器人和视觉系统的数据交换，采用触摸屏实现了工件类型和工件位置的显示。采用该系统可实现工件位置的快速识别和智能装配，提高生产效率。
基金项目：山东省高等学校青年创新团队人才引育计划项目(编号：2019189)；济宁市智能制造与工业机器人技术创新平台项目（编号201904）。
作者简介：周文婷（1983—），女，山东临清人，硕士研究生，讲师，研究方向：工业机器人。

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