通信配置及示例程序使用

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西门子 PLC 使用 TIA Portal 软件与梅卡曼德软件系统进行 PROFINET 通信包含以下流程：

所需软硬件

硬件

  • 支持西门子以下 S7 系列 PLC：

    • S7-300（集成 PN 网口或 CP343-1，具备 PROFINET IO 控制器功能）。

    • S7-400（集成 PN 网口或 CP443-1，具备 PROFINET IO 控制器功能）。

    • S7-1200。

    • S7-1500。

  • 220V AC 转 24V DC 电源适配器。

  • Mech-Mind 工控机或主机已安装标准 PCI-e 通信板卡：HMS Ixxat INpact PIR Slave PCIe（INpact PIR从站PCIe）。

  • 交换机和网线。

本例程采用 S7-1200, CPU 1211C。

硬件连接如下图所示。

hardware connection

软件

  • 西门子 PLC 编程软件 TIA Portal V15.1。

  • 梅卡曼德系统软件版本为 1.7.0 及以上。

  • Ixxat VCI 板卡驱动软件 。

  • GSD 设备描述文件：GSDML-V2.35-MM-PIR-20220315.xml。若 GSD 文件升级版本，会存在版本或日期差异。 GSD 文件位于梅卡曼德系统软件安装路径下的 Mech-Center/Robot_Interface/PROFINET 文件夹下。

  • PLC 例程文件：

    • Camera_IO.scl（基础的 PROFINET IO 通信模块）；

    • MM Profinet Interface Program.scl（用于实现各种接口指令的功能）；

    • PLCTags.xlsx（Mech-Mind 系统变量表）。

    例程文件位于梅卡曼德系统软件安装路径下的 Mech-Center/Robot_Interface/PROFINET/Programming Samples/Siemens TIA Portal S7-1200 PLC PROFINET 文件夹下。请将该例程文件复制到已安装 TIA Portal 的计算机中。

配置工控机及启动通信

检查工控机通信板卡及驱动

  1. 在工控机 PCI-e 插槽中，确认已安装 INpact PIR 从站 PCIe 板卡。

    install communication board

  2. 在工控机上，鼠标右键单击 Windows 图标，打开设备管理器，确认已安装板卡驱动软件 VCI4 INpact PCIe。

    device manager

设置 Mech-Vision 中“机器人与通信配置”

  1. 单击 Mech-Vision 工具栏中 机器人与接口配置 。

  2. 单击 选择机器人 下拉框，选择 品牌机器人 ，然后单击 选择机器人型号 ，选择具体机器人型号，单击 下一步 。

  3. 在 通信方式 下，进行如下操作：

    • “接口类型”选择 标准接口 ；

    • “协议” 选择 PROFINET-IRT ；

    • 单击 应用 。

    deployment settings 1

  4. 在 Mech-Vision 主界面，确认工具栏中的接口服务已开启。

    deployment settings 2

创建和配置 PLC 工程

创建 PLC 工程

请根据实际需求，点击 保存项目，保存对工程的更改。

  1. 打开 TIA Portal 软件，单击 创建新项目 ，输入项目名称，选择路径，单击 创建 。在弹出新页面后，单击 打开项目视图 。

    create plc 1

  2. 在 项目树 侧边栏，双击 添加新设备 ，进入添加新设备界面。在 控制器 选项处，选择与实体 PLC 一致的模块，单击 确定 。

    create plc 2

  3. 在 项目树 侧边栏，单击 设备组态 ，单击 设备视图 ，双击 PLC_1 处网口标识，在 属性/常规 页面单击 以太网网址 ，设置 IP 地址，子网掩码使用默认值。

    create plc 3

安装及配置 GSD 文件

  1. 在菜单栏中，单击选项  管理通用站描述文件(GSD)(D)，弹出 管理通用站描述文件窗口 。

    gsd file 1

  2. 单击 已安装的 GSD ，单击源路径后的 … ，查找并选择视觉 GSD 从站描述文件，勾选该 GSD 文件，单击 安装 ，安装成功后关闭弹框。

    gsd file 2
    该 GSD 文件可以从 Mech-Mind 工控机中获得。GSD 文件位于梅卡曼德系统软件安装路径下的 Mech-Center/Robot_Interface/PROFINET 文件夹下。将 PROFINET 文件夹复制到安装有 TIA Portal 的计算机中，然后单击 … 找到该文件夹。

  3. 返回 设备组态 页面，单击 网络视图 ，打开 硬件目录，在目录 General/Mech-Mind Robotics Technologies Ltd/MechMind-PIR 下双击 DAP ，即可显示在网络视图中。

    gsd file 3

  4. 在 网络视图 中，单击 PLC_1 的网口图标并按住鼠标左键，拖拽至 mechmind-pir 模块的网口图标，出现黑色连线后释放鼠标左键。

    gsd file 4

  5. PROFINET 网络连线后如下图所示。

    gsd file 5

  6. 鼠标左键选中 mechmind-pir 模块网口处，在 属性 窗口 常规 选项卡下，选择 以太网地址，修改 IP 地址（需与 PLC 在同一网段），勾选 自动生成 PROFINET 设备名称 ，其他使用默认值即可。

    gsd file 6

  7. 在 网络视图 中，鼠标选中 PROFINET 网络连线，单击 分配设备名称 ，弹出 分配 PROFINET 设备名称 对话框。

    gsd file 7

  8. 选择 mechmind-pir ，其余使用默认，单击 更新列表 ，将搜索出已连接的 PROFINET 板卡，若设备名称显示不一致，则单击 分配名称 ，状态显示为 确定 后，关闭对话框。

    gsd file 8

  9. 双击网络视图中 mechmind-pir 模块，进入 设备视图 页面，可以看到所有可用模块。

    gsd file 9

下载 PLC 硬件配置至 PLC

  1. 在 项目树 侧边栏，选择 PLC_1[CPU 1211C DC/DC/DC] > 下载到设备(L) > 硬件配置 ，弹出 扩展下载到设备 界面。

    download configuration 1

  2. 选择 显示所有兼容设备 ，单击 开始搜索 。

    download configuration 2

  3. 选中搜索到的设备，单击 下载 ，将工程硬件配置下载到 PLC。

    download configuration 3

检查通信是否成功

  1. 返回 PLC 工程，在 项目树 侧边栏，选中 PLC_1[CPU 1211C DC/DC/DC] ，单击工具栏中的 转至在线 ，整个工程进入在线监控状态。

    establish communication 1

  2. 打开 设备组态 页面，选择 设备视图 ，选择 mechmind-pir[DAP] ， 设备概览 显示模块的在线状态，绿色对勾表示连接正常。

    establish communication 2

  3. 在 Mech-Vision 主窗口中，若连接成功，则在日志窗口的 Console 标签页下会显示 连接 PROFINET-IRT 控制器成功 。 若无该日志，请检查以下是否正常：

    1. 硬件网络连接是否正常；

    2. Mech-Vision 的接口服务是否开启；

    3. PLC 是否下载配置到 PLC 硬件。

导入例程文件并下载 PLC 程序到 PLC

Mech-Mind 例程文件的导入和测试，请使用新建 PLC 工程；如需添加到已存在的 PLC 工程中，建议先创建新工程进行导入和测试，然后复制到已存在的工程中。

导入 Mech-Mind 例程文件

  1. 返回 PLC 工程，在 项目树 侧边栏，选中 PLC_1[CPU 1211C DC/DC/DC] ，单击工具栏中的 转至离线 ，整个工程进入离线状态。

    import file 1

  2. 双击网络视图中 mechmind-pir 模块，进入 设备视图 页面，根据需要更改 I地址 和 Q地址 ，此处选择500为起始地址。

    字节地址需要保持连续，且包含多字节的起始地址为偶数值。
    import file 2

  3. 在 项目树 侧边栏，双击PLC 变量  显示所有变量，打开 PLC 变量 窗口，单击变量表工具栏中的 导入 ，弹出 导入 窗口。

    import file 3

  4. 单击 … 查找 PLCTags.xlsx ，单击 确定，导入 CameraIO 变量表成功后关闭弹框。

    import file 4

    导入后视图如下图所示。

    import file 5

  5. 在 项目树 侧边栏，双击 外部源文件 ，双击 添加新的外部文件 ，在弹出窗口中，选中 Camera_IO.scl 和 MM Profinet Interface Program.scl 文件后，单击 打开 ，将其导入至 PLC 工程。

    import file 6

  6. 选中新导入的外部源文件，单击右键，选择 从源生成块 。

    import file 7

  7. 弹出窗口提示“块可能会覆盖”，单击 确定 。

    import file 8

  8. 外部源文件生成的功能函数、数据块如下图所示，其中 Camera_User[DB2] 块存放用户数据。另外，变量表内 CameraIO[DB1] 变量地址需与设备组态内修改的起始地址保持一致。

    import file 9

  9. 在工程中，为方便维护函数及数据块，选中 程序块 ，右键单击选择 新增组 ，命名为 3D_Camera 。

    import file 10

  10. 将新生成的功能函数、数据块全部选中，移动至 3D_Camera 分组下。

    import file 11

搭建并下载 PLC 程序

  1. 在 项目树 侧边栏，单击 程序块 ，双击 Main[OB1] , 选中功能 Camera_IO ，将其拖拽至 程序段1 下处。

    build plc 1

  2. 在 项目树 侧边栏，选择 PLC_1[CPU 1211C DC/DC/DC] > 下载到设备(L) > 硬件和软件(仅更改) ，弹出 扩展下载到设备 界面，使用相同方式，将最新工程下载到 PLC。

    build plc 2

  3. 下载成功后，在 项目树 侧边栏，选中 PLC_1[CPU 1211C DC/DC/DC] ，单击工具栏中的 转至在线 ，整个工程进入在线监控状态。

    build plc 3

  4. 返回项目树下，双击数据块 CameraIO[DB1] ，然后单击 全部监视 ，依次展开变量分组，如果观察到 FromCamera/HEARTBEAT 心跳信号监视值在不断改变，则表示 PROFINET 从站 I/Q 地址已正确传送至该数据块。

    build plc 4

视觉工程测试

本部分介绍如何使用例程功能块触发 Mech-Vision 工程并获取视觉点，以及触发 Mech-Viz 工程并获取规划路径。IO 模块的具体功能和介绍，参见 西门子 PLC 使用 TIA Portal 软件与 Mech-Mind 系统进行 PROFINET 通信的指令说明 。

准备工作

  1. 搭建 Mech-Vision 方案。在窗口列表中，右键单击方案名称并勾选 自动加载当前方案，此时方案下的工程也会设置为自动加载，同时工程名称前会出现具体工程编号。

  2. 搭建 Mech-Viz 工程。在Mech-Viz工程资源面板中，右键单击工程名称，勾选 设为自动加载。

    测试所使用的 Mech-Viz 工程中需使用一个步骤名称为 1 的“消息分支”步骤，如下图所示。

    preparation 4

从 Mech-Vision 获取视觉点

设置参数

  1. 打开通信使能开关：双击 CameraIO 数据块中 ToCamera/COMM_ENABLE 的监视值，出现切换值弹框，单击 是 。

    test vision 1

  2. 返回 项目树/程序块 ，双击 Main（OB1） 打开主程序，将 “MM_Start_Vis” 功能函数拖拽至 主程序/程序段2 下。

    test vision 2

  3. 设置 Mech-Vision 工程编号，即 Mech-Vision 工程列表中工程名称前的数字编号。将 Vision_Proj_Num 的端口值设为 1 ，则运行工程编号为 1 的 Mech-Vision 工程。

  4. 设置 Mech-Vision 工程返回的位姿数量：将 Req_Pose_Num 的端口值设为 0 ，表示 Mech-Vision 返回全部位姿结果。

  5. 设置机器人发送的拍照位姿类型。将 Robot_Pose_Type 的端口值设为 0 ，表示工程是 Eye to Hand 模式，不需要发送拍照位姿。若工程是 Eye in Hand 模式，请将 Robot_Pose_Type 的端口值设为 1，并将当前机器人法兰位姿设置到 Robot_Pose 端口。

    test vision 3

  6. 在 项目树/程序块 下，单击 Camera_User 数据块，将详细视图下的变量根据名称对应拖拽至 “MM_Start_Vis” 输入侧接口（即左侧）。

    test vision 4

  7. 将 “MM_Get_VisData” 功能函数拖拽至 主程序/程序段3 下。

    test vision 5

  8. 设置 Mech-Vision 工程编号，即 Mech-Vision 工程列表中工程名称前的数字编号。将 Vision_Proj_Num 的端口值设为 1 ，则获取 Mech-Vision 工程编号为 1 的视觉识别结果。

  9. 在 项目树/程序块 下，单击 Camera_User 数据块，将详细视图下的变量根据名称对应拖拽至 “MM_Get_VisData” 输入侧接口（即左侧）。

    test vision 6

  10. 在 项目树 侧边栏，右键选中设备 PLC_1，单击 下载到设备/软件（仅更改） 。

    test vision 7

  11. 弹出 下载预览 窗口，单击 装载 ，将最新程序下载到 PLC。

    test vision 8

触发 Mech-Vision 工程运行

  1. 在 Main[OB1] 主程序窗口，单击 启用/禁用监视 图标。

    test vision 9

  2. 右键单击 “MM_Start_Vis” 输入侧的变量 “Camera_User”.Start_Vis，依次选择修改  修改为1，触发 Mech-Vision 工程运行，然后将此变量复位。

    test vision 10

  3. 检查 CameraIO 数据块中 STATUS_CODE 变量的返回值变为1102，则表示工程启动正常。若返回值为10XX，请参考 标准接口状态码及错误排查 进行错误排查。

    test vision 11

获取 Mech-Vision 计算的位姿结果

  1. 右键单击 “MM_Get_VisData” 输入侧的变量 “Camera_User”.Get_VisData，依次选择修改  修改为1，获取视觉位置，然后将此变量复位。

    test vision 12

  2. 检查 CameraIO 数据块中 STATUS_CODE 变量的返回值变为1100，则表示成功获取视觉点。若返回值为10XX，请参考 标准接口状态码及错误排查 进行错误排查。

    test vision 13

  3. Send_Pose_Num 值为1，表示获取到1个位姿。

    test vision 14

  4. Camera_User 数据块返回的数据如下图所示，位姿保存在 TargetPose 中。

    test vision 15

从 Mech-Viz 获取规划路径

设置参数

  1. 将 “MM_Empty_Target” 功能函数拖拽至 主程序/程序段4 下。

    test viz 1

  2. 单击数据块 Camera_User，将详细视图下的变量根据名称对应拖拽至 “MM_Empty_Target” 输入侧接口（即左侧）。

    test viz 2

  3. 将 “MM_Start_Viz”、”MM_Set_Branch”、”MM_Get_VizData” 功能函数分别拖拽至 主程序/程序段5、6、7 下。

    test viz 3

  4. 设置机器人发送的拍照位姿类型。将 Robot_Pose_Type 的端口值设为 0，表示工程是 Eye to Hand 模式，不需要发送拍照位姿。若工程是 Eye in Hand 模式，请将 Robot_Pose_Type 的端口值设为 1，并将当前机器人法兰位姿设置到 Robot_Pose 端口。单击数据块 Camera_User，将详细视图下的变量根据名称对应拖拽至 “MM_Start_Viz” 输入侧接口（即左侧）。

    test viz 4

  5. 设置 Mech-Viz 工程中分支参数。将 Branch_Name、Branch_Exit_Port 的端口值分别设为1，表示控制 Mech-Viz 工程执行到分支1时沿出口1继续执行。单击数据块 Camera_User，将详细视图下的变量根据名称对应拖拽至 “MM_Set_Branch” 输入侧接口（即左侧）。

    test viz 5

  6. 设置要获取的路径上点的位姿类型。将 Request_Pose_Type 的端口值设为1，表示设置 Mech-Viz 返回的是关节角数据。单击数据块 Camera_User，将详细视图下的变量根据名称对应拖拽至 “MM_Get_VizData” 输入侧接口（即左侧）。

    test viz 6

  7. 在 项目树 侧边栏，右键选中设备 PLC_1，单击 下载到设备/软件（仅更改） 。

    test viz 7

  8. 弹出 下载预览 窗口，单击 装载 ，将最新程序下载到 PLC。

    test viz 8

触发 Mech-Viz 工程运行

  1. 在 Main[OB1] 主程序窗口，单击 启用/禁用监视 图标。

    test viz 9

  2. 右键单击 “MM_Empty_Target” 输入侧的变量 “Camera_User”.Start_Empty，依次选择修改  修改为1，清除上一次获取的视觉结果，然后将此变量复位。

    test viz 10

  3. 在 Camera_User 数据块中，Target Pose 变量值被清空。

    test viz 11

  4. 右键单击 “MM_Start_Viz” 输入侧的变量 “Camera_User”.Start_Viz，依次选择修改  修改为1，启动 Mech-Viz 工程，然后将此变量复位。

    test viz 12

  5. 检查 CameraIO 数据块中 STATUS_CODE 变量的返回值变为2103，则表示工程启动正常。若返回值为20XX，请参考 标准接口状态码及错误排查 进行错误排查。

    test viz 13

设置 Mech-Viz 的分支出口

  1. 右键单击 “MM_Set_Branch” 输入侧的变量 “Camera_User”.Set_Branch，依次选择修改  修改为1，选择 Mech-Viz 分支出口，然后将此变量复位。

    test viz 14

  2. 检查 CameraIO 数据块中 STATUS_CODE 变量的返回值变为2105，则表示分支设置成功。若返回值为20XX，请参考 标准接口状态码及错误排查 进行错误排查。

    test viz 15

获取 Mech-Viz 规划路径

  1. 右键单击 “MM_Get_VizData” 输入侧的变量 “Camera_User”.Get_VizData，依次选择修改  修改为1，获取 Mech-Viz 的规划路径，然后将此变量复位。

    test viz 16

  2. 检查 CameraIO 数据块中 STATUS_CODE 变量的返回值变为2100，则表示获取规划路径成功。若返回值为20XX，请参考 标准接口状态码及错误排查 进行错误排查。

    test viz 17

  3. Camera_User 数据块中 TargetPose 变量的返回值如下图所示。

    test viz 18
    test viz 19

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