《工业机器人与PLC通信实战教程》智通教育教材编写组编；黄廷胜，田增彬主编；李纳领，高志国，王刚涛，黄远飞副主编|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《工业机器人与PLC通信实战教程》

【作　者】智通教育教材编写组编；黄廷胜，田增彬主编；李纳领，高志国，王刚涛，黄远飞副主编

【页 数】 170

【出版社】 北京：机械工业出版社 , 2020.01

【ISBN号】978-7-111-66545-8

【分 类】工业机器人-教材

【参考文献】 智通教育教材编写组编；黄廷胜，田增彬主编；李纳领，高志国，王刚涛，黄远飞副主编. 工业机器人与PLC通信实战教程. 北京：机械工业出版社, 2020.01.

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图书目录：

《工业机器人与PLC通信实战教程》内容提要：

本书基于作者多年的工业现场工作与教育培训经验，并结合当下热门的通信技术进行编写。全书分为8章，主要围绕ABB工业机器人与PLC通信进行展开，其中第1章主要介绍当下通信技术的发展以及常见现场总线的发展；第2章主要介绍工业机器人IO硬接线，加深理解各大品牌的工业机器人和PLC的连接方法；第3、4章以ABB工业机器人与三菱PLC为例介绍如何通过串行、CC-Link进行字节或字符串的数据传输；第5-8章以ABB工业机器人与西门子PLC为例介绍如何通过Profibus、Profinet、Socket、Modbus四种通信技术分别进行参数设定、程序编写等操作实现大数据量的传输。围绕以上通信技术，以原理+实例的形式进行介绍，尽量让读者更好地理解各种通信技术的应用方法。

《工业机器人与PLC通信实战教程》内容试读

第1章

通信概述

1.1工业机器人与PLC通信概述

1./O接线

I/0是Input/Output的缩写，即输入输出端口。每个设备都会有一个专用的I/O地址，用来处理自己的输入输出信息。基本上设备都会有自己的输入输出端口与其他设备进行信号交互。

工业机器人或PLC要实现相关的控制功能，就要有相应的输入输出部件与电气元件，

如按钮、行程开关、接近开关、传感器、电磁阀等要按照电气控制回路进行连接，配合程序，相互协作，共同完成自动运行的要求。

般情况下，数字量输入输出都是DC24V(直流电压24V)类型的。例如ABB工业

机器人的DSQC652板卡，具有16进16出的数字量信号，在ABB工业机器人中表现的是

0和1两种状态。

2.现场总线

国际电工委员会(EC)对现场总线的定义为：现场总线是一种应用于工业生产现场，

在现场设备与自动控制装置之间实行双向、串行、多节点数字通信的技术。

那么，现场总线是怎么来的呢？

现场总线(Field Bus)是20世纪80年代随着当时的社会发展与要求而出现的一种技术目的是为了解决自动设备装置之间的信号交互问题。当时需要花费大量的线缆进行设备之间的连接，不仅生产成本高，还导致售后维护困难。这为现场总线的出现打下了基础。随着社会的发展，人们提出了更高的控制要求，当时急需一门新的技术为自动设备进行升级改造。现场总线的概念最早在欧洲提出，随后全球多地对其进行研发，直到今天，活跃在世界上的现场总线已经多达几十种，为全球各地的自动化生产设备的交互提供了有力的支持。目前，广泛应用的现场总线有Profibus、CC-Link、Modbus、.DeviceNet、CAN等。

3.工业以太网

随着社会进入到互联网时代，以太网技术得到了广泛的应用，其发展前景不可估量。互联网的便利，不仅改变了人们的生活，也改变了工业自动化的发展。

由于互联网有着传输速度快、兼容性好、耗能低、易于安装、技术成熟、协议开放等优势，人们把它用在了工业自动化领域，这也是工业自动化发展的必然要求。

当下的互联网技术使远程监控、远程协作成为现实。开放的协议，让不同的厂商可以轻易实现开发、互联。可以说，以太网技术已经是当今发展的重要领域。

工业机器人与PLC通信实战教程

目前，应用广泛的工业以太网协议有Modbus TCP、Profinet、Ethernet/P、Socket、Ether

CAT等。

4.通信的概念

通信，简单来说就是交流、交互信息，是运用I/O接线、现场总线、工业以太网进行信

息交互的总称。可以看到，不管社会怎么发展，自动化设备如何改造，其核心理念都是交互信息。不管怎么发展，将来怎么升级换代，其核心都是交流。通信使设备与设备之间、设备

与人之间的信息交互得更加智能、快速、高效和稳定。○包AT

1.2通信的发展前景

随着社会的发展、工业水平的不断提高，各类工业设备活跃于各个领域，为人们生产出了各种各样的产品。但是这也有一定的弊端，从计划自动化改造到研发机械装置再到正式落地安装调试，都需要耗费一定的人工与时间。加上各国都实行技术专利以及技术垄断等问题，人们需要一种可以适应多种环境、生产周期短、操控简单、能模拟人们工作的自动化设备来改善这种局面。随着工业机器人的诞生，其多关节与人相似，灵活、高效，只需要通过对其动作编程再与周边设备进行配合，即可完成各种工作。工业机器人的特性深受各大厂商的喜爱，掀起了一股工业机器人热潮。

随着德国提出的工业4.0智能化时代的概念，加上我国因为改革开放不断地发展，国家扶持力度加大，以及国内的90后、00后年轻一辈大多不再愿意从事机械重复、每天加班加点的工作导致工厂招工难等一系列因素，让国内掀起了一股机器人换人的热潮，加快了我国工业机器人的发展。

目前工业机器人的应用越来越广泛，已经渗入到各行各业。尤其在高温、高危、对人体有害的工作中，工业机器人的高效性、精准性、稳定性都体现出了极大的优势。

工业自动化的进程加快，无人工厂、全自动化生产车间等概念被不断提出，也带动了通信的发展，并为现场总线与工业以太网提供了广阔的应用空间。

1.3常见的工业自动化通信

1.3.1/0信号交互

每个设备都会有基本的I/O量进行线路的连接。

在工业自动化的使用中，大多数情况下的数字量输入输出类型都是

DC24V。在ABB工业机器人中表现为0或者1(0是断开，1是闭合)。

ABB工业机器人常见的标准I/O板DSQC652如图1-1所示，其

输入输出称为数字输入(Digital Input)和数字输出(Digital Output)。它的工作原理是将数字量的电信号转换为DeviceNet发送给ABB工业机器人。

图1-1

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第1章通信概述

1.3.2RS-232-C

RS-232C是串行通信标准的一种。RS-232C标准全称是ELA-RS-232C标准。为了制定

电传打印机设备的标准接口，在1970年由美国电子工业协会联合贝尔系统和多家厂商共同制定了用于串行通信的标准，是用于定义在数据终端设备和数据通信设备之间串行二进制数据交换接口的技术。

ELA-RS-232C中的EIA表示美国电子工业协会，RS表示推荐标准，232是通信技术标

识号，C表示最新修改的一版，之前还有RS-232A、RS-232B。它规定了连接的电缆、特性、

功能等标准。

RS-232C标准接口的接收和发送都各使用一根导线，可实现同时接收与发送。因为是单

线，所以其干扰较大。电气性能用±12V标准脉冲。

由于RS-232C使用的是负逻辑，因此传输二进制数据时，“1”用-15~-5V表示，“0”

用5~15V表示。

1.3.3RS-485

RS-485是串行通信标准的一种。在20世纪70、80年代，工业控制技术与计算机网路

技术使用日益广泛，在当时急需一种通信技术能够适应当前的远距离通信。1983年，电子

工业协会在RS-422的基础上，制定了RS-485标准。

RS-485有多节点、通信距离远、抗干扰能力强、传输稳定等特点，一推出就得到了广

泛的应用。RS-485作为通用型标准，至今仍然活跃在各个领域。

RS-485实际上是RS-422的变形。RS-422采用两对差分平衡线路，而RS-485只用一对。

差分电路的最大优点是抑制噪声。由于在它的两根信号线上传递着大小相同、方向相反的电流，而噪声电压往往在两根导线上同时出现，一根导线上出现的噪声电压会被另一根导线上出现的噪声电压抵消，因而可以极大地削弱噪声对信号的影响。

差分电路的另一个优点是不受节点间接地电平差异的影响。在非差分电路中，多个信号共用一根接地线，长距离传输时，不同节点接地线的电压差异可能相差好几伏，甚至会引起信号的误读。差分电路则完全不会受到接地电压差异的影响。

RS-485采用的是二线差分平衡传输。其硬件只需要接两根线就可以实现数据传输，这

两根线一般叫作A线、B线。当电源采用5V供电时，A、B两根线的电压差计算公式为

UA-U。当计算电压差为-2500~-200mV时定义为“0”，当计算电压差为200~2500mV时定义为“1”。

由于采用差分平衡的方式接线，因此RS-485是不能在同一时间内接收与发送数据的，

只能发送或接收。

RS-485标准接口之所以会被广泛应用，是因为它有以下特点：

1)具有更远的传输距离，理论上通信距离可达3000m,实际上通信距离可达1200m。2)最多可连接128个接口，拥有多站点同时通信的能力。3)最快传输速率可达10 Mbit/s。4)抗干扰性能好。

5)接线简单，使用方便。

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工业机器人与PLC通信实战教程

由于以上特点，RS-485比RS-232C具有更高的使用价值。

1.3.4 CC-Link

CC-Link的全称是控制与通信链路系统。1996年，以三菱公司为主导的多家企业推出现场总线CC-Lik。作为第一个由亚洲人推出的现场总线，因其应用简单、节省成本，以及优异的性能迅速得到了认可，目前在亚洲地区占有较大份额，同时在欧洲和北美发展迅速。

CC-Lik是一个以设备层为主的网络，同时也可以覆盖控制层和传感层。它不仅解决了工业现场的复杂线路问题，还具有良好的抗干扰性与兼容性。开发者已经将CC-Lik现场总线的协议设定好，用户只需要按照其规定的参数进行设置，即可实现多台设备的通信。在2005年7月，CC-Link正式被中国国家标准委员会批准为中国国家标准指导性技术文件。

CC-Link虽然没有Profibus应用广泛，但若使用三菱PLC,则使用CC-Link无疑是很好的选择。

CC-Lik是一种可以同时高速处理控制和信息数据的现场总线，能提供高效、一体化的工厂和过程自动化控制，传输速率为10Mbit/s时的传输距离达到了100m。

CC-Link具有以下特点：

1)高速率和高输入输出响应。拥有最高10Mbit/s的传输速率，CC-Link可以完成高速

和实时的I/O响应。

2)减少配线。在工业控制中，通过CC-Link连接，就可以减少大量的信号线，节省成本的同时，也节省了维护检修的时间。

3)CC-Link对不同厂家提供了不同的兼容产品。CC-Link提供了“内存映射行规”来定义不同类型的兼容产品，不同的厂商可以根据这一规则开发CC-Lik产品。

4)扩展传输距离。最快传输速率10 Mbit/s下的通信距离达到了100m,传输速率在156 kbit/s时达到了1200m。传输速率越低，距离越远。如果使用了电缆中继器或光中继器，可以使通信距离延长。

5)拥有高效的RAS功能。RAS功能包括备用主站、从站脱离、自动回复和在线监测，

可以提高网络的稳定性。

6)高技术水平和简易性。兼容产品与提前设定好的参数，用户只需要通过几步操作即可连接

7)CC-Link的兼容产品越来越多。随着应用越来越广泛，CC-Link的兼容产品也逐渐增多。

1.3.5 DeviceNet

1994年，美国Allen-Bradley公司以Bosch公司开发的CAN作为其通信协定的基础，开发出DeviceNet。.其使用成本比RS-485要低，但是又有很好的稳定性。

2000年2月，上海电器科学研究所（集团）有限公司与ODVA签署合作协议，共同筹

建ODVA China,目的是把DeviceNet这一先进技术引入中国，促进我国自动化和现场总线的发展。

2002年l0月8日，DeviceNet现场总线被批准为国家标准。DeviceNet中国国家标准编

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第1章通信概述

号为GB/T18858.3一2002，名称为《低压开关设备和控制设备控制器-设备接口(CDI)

第3部分：DeviceNet)》。该标准于2003年4月1日开始实施，已被GB/T18858.3一2012代替。

DeviceNet是一种价格低、成本低、效率高、开放的现场总线。DeviceNet可让工业现场省去复杂的接线。

DeviceNet是一个规范和协议都开放的网络标准，任何人都可以通过DeviceNet供货商协会免费获得其协议。

DeviceNet具有如下物理/介质特性：1)主干线-分支线结构。2)最多支持64个节点。

3)无须中断网络即可解除节点。4)同时支持网络供电及自供电设备：5)使用密封或开放式的连接器。6)接线错误保护。

7)可选的数据传输波特率为125bit/s、250bit/s、500bit/s。8)可调整的电源结构，以满足各类需要。9)可带点操作。10)大电流容量。11)内置式过载保护。

12)总线供电、主干线中包括电源线及信号线：

DeviceNet中常用两种通信模式：传统的源/目的（点对点）模式，新型的生产者/消费者模式。

1.3.6 Profibus

Profibus是由西门子等公司组织开发的一种国际化的、开放的、不依赖于设备生产商的现场总线标准。Profibus最早可追溯于1987年德国开展的一个合作计划，目标是制作出一种串列的现场总线，可满足现场设备接口的基本需求。

Profibus最早提出的是Profibus FMS,是一个复杂的通信协议，为要求严苛的通信任务所设计，应用于车间级的通用性通信任务。在1993年提出了架构较简单、速度也提升许多的Profibus DP。

1.Profibus的分类

Profibus分为3类：Profibus DP、Profibus PA、Profibus FMS。

(1)Profibus DP分布式周边，在工厂自动化的应用中，用于传感器和执行器的高级

数据传输，它以DN19245的第一部分为例，根据其所需要达到的目标对通信功能加以扩充，

DP的传输速率为12 Mbit/s。一般构成一主多从的系统，主站和从站之间采用循环数据传输的方式进行工作。

它的设计旨在用于设备一级的高级数据传输。在这一级，中央处理器通过高速串行线与分散的现场设备进行通信。采用轮询循环的形式进行数据的传输。

Profibus DP也是目前这3类中用得最多的。

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工业机器人与PLC通信实战教程

(2)Profibus PA是Profibus的过程自动化解决方案，PA将自动化系统和过程控制系统与现场设备，如压力、温度和液位变送器等连接起来，代替了4~20mA模拟信号传输技术，在现场设备的规划、敷设电缆、调试、投入运行和维修等方面可节约成本40%以上，并大

大提高了系统功能和安全可靠性，因此PA尤其适用于石油、化工、治金等行业的过程自动

化控制系统。

(3)Profibus FMS它的设计旨在解决车间一级通用性信息任务，FMS提供大量的通信服务，用以完成以中等传输速率进行的循环和非循环的通信任务。由于它是用于完成控制器和智能现场设备之间的通信，以及控制器之间的信息交换，因此，它考虑的主要是系统的功能，而不是系统的响应时间，应用过程通常要求的是随机的信息交换（如改变设定参数等）。

强有力的FMS服务向人们提供了广泛的应用范围和更大的灵活性，可用于大范围和复杂的

通信系统。在后来，Profibus.与以太网结合，产生了Profinet:技术，取代了Profibus FMS的位置。

2.Profibus的控制系统

Profibus支持主-从系统、纯主站系统、多主多从混合系统等几种传输方式。主站具有对总线的控制权，可主动发送信息。对多主站系统来说，主站之间采用令牌方式传递信息，得到令牌的站点可在一个事先规定的时间内拥有总线控制权，并事先规定好令牌在各主站中循环一周的最长时间。按Profibus的通信规范，令牌在主站之间按地址编号顺序，沿上行方向传递。主站在得到控制权时，可以按主，从方式向从站发送或索要信息，实现点对点通信。主站可以对所有站点广播（不要求应答），或有选择地向一组站点广播。

3.Profibus DP的3个版本

Profibus DP经过功能扩展，有DP-V0、DP-V1和DPV2共3个版本

1)DPVO:循环式的数据交换，诊断机能。

2)DPV1:循环式及非循环式的数据交换，警告处理。

3)DPV2:时钟同步数据模式，从机和从机之间的数据广播。

1.3.7 Profinet

Profinet是Profibus国际组织在1999年开发的新一代通信系统，是分布式自动化标准的现代观念。它以互联网和以太网标准为基础，简单而无须任何改变地将Profibus系统与现有的其他现场总线系统集成，这对满足从公司管理层到现场层的一致性要求是一个非常重要的方向。另外，它的重大贡献在于保护了用户的投资，因为现有系统的部件仍然可应用到

Profinet系统中而无须做任何改变，

Profinet应用TCP/P的相关标准，是实时工业以太网。自2003年起，Profinet是IEC

61158及EC61784标准的一部分。

Profinet支持通过分布式自动化和智能现场设备的成套装备和机器的模块化。这种工艺模块是分布式自动化系统的关键特点，它简化了成套装备和机器部件的重复使用和标准化。此外，由于模块可事先在相应的制造厂内进行广泛的测试，因此显著地减少了本地投运所需要的时间。

Profinet可以采用星形结构、树形结构、总线型结构和环形结构，而Profibus只有总线型结构。所以Profinet就是把Profibus的主从结构和Ethernet的拓扑结构相结合的产物。

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···试读结束···