基于RS485串口总线上位机IPC控制机器人的方法及系统与流程

本发明涉及机器人控制领域，具体地，涉及一种基于RS485串口总线上位机IPC控制机器人的方法及系统，即基于RS485(或RS232、RS422)串口总线，上位机IPC与PLC通讯，进而实现对机器人的控制。

背景技术：

mxAutomation是德国库卡机器人提供的软件接口。通过此软件接口，可以实现PLC控制机器人，使机器人可以完全集成到用户的控制系统中。在这个过程中，保留了KUKA控制器KR C4compact以及现有的机械结构。因此，对于系统集成用户而言，可以方便地使用KUKA现有的运动函数，以及安全函数。

PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)，它是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它具有可靠性高，环境适应性强、灵活通用、使用方便等优点。

尽管mxAutomation为PLC提供了丰富的接口，可以通过PLC实现机器人的所有功能，但是上位机不能通过主程序完全控制机器人。为了保证主程序可以稳定、准确的控制机器人，让其按照指定的路径运动；机器人的当前状态(包括当前错误信息，当前位置等信息)可以实时地显示到上位机的控制台；可以远程消除机器人的报警、错误信息，使其可以继续运动(或者撤回)。必须通过某种机制实现IPC(Industrial Personal Computer，工业个人计算机)与机器人之间的稳定、可靠通讯，从IPC角度来看，机器人相当于其一个外部设备，可以随时读取/改变其状态。因此，有必要提供这种IPC与PLC通讯控制方法，以实现IPC直接控制机器人。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于RS485串口总线上位机IPC控制机器人的方法及系统。

根据本发明提供的基于RS485串口总线上位机IPC控制机器人的方法，包括如下步骤：

步骤1：基于RS485串口总线建立上位机IPC与PLC之间的通讯；

步骤2：上位机IPC通过RS485串口总线向PLC发送字符串；

步骤3：PLC对接收到的字符串进行解析以实现写变量或读变量操作，如果为读操作，PLC将包含变量的字符串打包发送至上位机IPC；

步骤4：上位机IPC对接收到的打包数据进行解析，获得PLC的变量值；

步骤5：上位机IPC根据变量值获得机器人的运行状态，并根据运行状态向PLC发送新的字符串，实现上位机IPC对机器人的控制。

优选地，所述步骤1还包括：设置上位机IPC与PLC的端口参数与RS485串口总线的通讯端口参数一致，所述端口参数包括：波特率，数据位，校验位，停止位。

优选地，还包括：校验步骤，即对上位机IPC发送给PLC的数据进行校验，以及对PLC发送给上位机IPC的数据进行校验；当数据校验成功时，上位机IPC确认PLC已接收到数据；或者PLC发送的数据有效，上位机IPC进行相应地解析；当数据校验失败时，舍弃相应的数据。

优选地，所述步骤3中的写变量的字符串遵循如下协议：起始字符、机器人选择、功能码、变量代号、变量目标值、终止字符；

所述步骤3中在读变量时，PLC打包的包含变量值的字符串遵循如下协议：起始字符，5个BOOL、5个INT、5个DINT、6个REAL数据类型，终止字符。

优选地，还包括：通讯数据的校验步骤；

具体地，对于上位机IPC到PLC的数据，PLC将接收到的数据返还给上位机IPC，上位机IPC将该数据与之前发送给PLC的数据进行比较，如果数据一致，则确认PLC已收到该数据；如果不一致，则重新发送；

而对于PLC到上位机IPC的数据，IPC对接收到的数据，验证该数据的首尾是否包含“\r”来校验，若数据的首尾包含“\r”，则验证成功，若数据的首尾不包含“\r”，则验证失败。

根据本发明提供的基于RS485串口总线上位机IPC控制机器人的系统，包括：多台机器人、交换机、上位机IPC以及PLC；上位机IPC通过RS485串口总线建立与PLC的通信，所述PLC与交换机相连，其中，所述多台机器人均能够通过交换机的局域网络与PLC进行数据传输。

优选地，所述机器人为KUKA机器人，型号为：KR 10R900SIXX，控制器型号：KR C4Compact。

优选地，所述交换机型号为：Rockwell 1783-US8T。

优选地，所述PLC型号为：Rockwell 1769-L33ER。

优选地，所述上位机IPC的配置为：凌华RK-608MB机箱，Intel Core i5,8GB RAM。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

目前IPC与PLC的通讯都是通过某种现有的协议，如基于Modbus/TCP协议；或者基于组态软件的通讯(如西门子的WinCC)。本发明基于RS485总线(也可以用RS232、RS422总线)，这是大多数PLC都有的接口，因此适用性更广。另外，本发明提供的基于RS485总线的上位机IPC与PLC通讯控制方法，将PLC对机器人的控制间接地转移到IPC对机器人的控制，可以更加方便的在IPC上开发相应的软件，将对机器人的控制集成进去，从而实现对机器人的控制。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的系统构成图；

图2为本发明IPC与PLC的通讯协议，适用于IPC发送给PLC的字符串；

图3为本发明IPC与PLC的通讯协议，适用于PLC发送给IPC的字符串；

图4为本发明的PLC程序架构示意图；

图5为本发明的上位机程序架构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

根据本发明提供的基于RS485串口总线上位机IPC控制机器人的方法，包括如下步骤：

步骤1：基于RS485串口总线建立上位机IPC与PLC之间的通讯；

步骤2：上位机IPC通过RS485串口总线向PLC发送字符串；

步骤3：PLC对接收到的字符串进行解析以实现写变量或读变量操作，如果为读操作，PLC将包含变量的字符串打包发送至上位机IPC；

步骤4：上位机IPC对接收到的打包数据进行解析，获得PLC的变量值；

步骤5：上位机IPC根据变量值获得机器人的运行状态，并根据运行状态向PLC发送新的字符串，实现上位机IPC对机器人的控制。

所述步骤1还包括：设置上位机IPC与PLC的端口参数与RS485串口总线的通讯端口参数一致，所述端口参数包括：波特率，数据位，校验位，停止位。

所述基于RS485串口总线上位机IPC控制机器人的方法还包括：校验步骤，即对上位机IPC发送给PLC的数据进行校验，以及对PLC发送给上位机IPC的数据进行校验。当数据校验成功时，上位机IPC确认PLC已接收到数据；或者PLC发送的数据有效，上位机IPC进行相应地解析。当数据校验失败时，舍弃相应的数据。

所述步骤3中的写变量的字符串遵循如下协议：起始字符、机器人选择、功能码、变量代号、变量目标值、终止字符；

所述步骤3中在读变量时，PLC打包的包含变量值的字符串遵循如下协议：起始字符，5个BOOL、5个INT、5个DINT、6个REAL数据类型，终止字符。

所述基于RS485串口总线上位机IPC控制机器人的方法还包括：通讯数据的校验步骤。

具体地，对于上位机IPC到PLC的数据，PLC将接收到的数据返还给上位机IPC，上位机IPC将该数据与之前发送给PLC的数据进行比较，如果数据一致，则确认PLC已收到该数据；如果不一致，则重新发送。

而对于PLC到上位机IPC的数据，IPC对接收到的数据，验证该数据的首尾是否包含“\r”来校验，若数据的首尾包含“\r”，则验证成功，若数据的首尾不包含“\r”，则验证失败。

根据本发明提供的基于RS485串口总线上位机IPC控制机器人的系统，包括：多台机器人、交换机、上位机IPC以及PLC；上位机IPC通过RS485串口总线建立与PLC的通信，所述PLC与交换机相连，其中，所述多台机器人均能够通过交换机的局域网络与PLC进行数据传输。

所述机器人为KUKA机器人，型号为：KR 10R900SIXX，控制器型号：KR C4Compact。

所述交换机型号为：Rockwell 1783-US8T。

所述PLC型号为：Rockwell 1769-L33ER。

所述上位机IPC的配置为：凌华RK-608MB机箱，Intel Core i5,8GB RAM。

如图1所示，包括IPC1、PLC2、交换机3、机器人4、5。所述的PLC2与机器人4、5在由交换机2组成的同一局域网内，它们之间的通讯为Ethernet/IP；所述的IPC1与PLC2通过RS485总线进行连接。

如图2所示为所述的上位机发送给PLC的字符串，包含：起始字符6，用于PLC接收串口数据的标识符，当PLC接收到起始字符时，PLC开始存储；机器人选择7，用于选择相应机器人来控制；功能码8：用于指定对不同变量数据类型进行写操作；变量代号9，每个变量在该数据类型下对应的唯一编号；变量目标值10，写变量时，给变量赋此值；终止字符11，用于PLC接收串口数据的标识符，当PLC接收到终止字符时，PLC停止存储。其中“#”字符用于分隔相邻字符，方便PLC程序的解析。PLC接收到上述字符串后，自动回发给上位机，上位机将之与之前发送的字符串进行比较，完成校验，确保PLC已正确接收到数据。

如图3所示为所述的PLC打包后发送给上位机的字符串。起始字符12、终止字符17用于上位机程序对PLC发送的数据进行校验，当该字符串包含12、17时，表示上位机接收到的数据有效；5个BOOL量13，包含5个BOOL数据类型，按照二进制的方式存储，类似于0000 0101(仅后五位有效)；5个INT量14，包含5个INT类型数据，彼此之间以“#”分隔；5个DINT量15，包含5个DINT类型数据，彼此之间以“#”分隔；6个REAL量16包含6个REAL类型数据，彼此之间以“#”分隔。

图4所示为所述的PLC程序流程图。由于IPC读PLC变量基于写PLC变量，因此在初始化S1后，PLC接收IPC发来的字符串S2，通过对字符串的解析S3，写相应的BOOL、INT、Position变量S4，从而执行相应的KUKA指令S5-1。另外，通过写BOOL变量，执行Any2String功能块，最后使能串口发送字符串S5-2。

图5所示为所述的IPC程序流程图。首先启动程序S6，然后启动UI主线程S7-1：负责处理用户对界面的操作，显示相应的数据；串口接收线程S7-2：负责接收串口数据，其中包括对接收到(PLC返回的)数据进行校验；从PLC发送的字符串中解析出相应的变量值。在需要读/写PLC变量S8-1/S8-2时启动串口发送线程S9：负责发送串口数据，实现写PLC变量。

下面以上位机使用串口通讯程序，其它硬件如优选方案所述，给出一个具体的通讯控制过程。

当上位机要更改PLC内部变量代号为“001”的INT数据类型，使其值为2，该变量对应于#1机器人，那么上位机发送的字符串为“\r01#02#001#2\r”，PLC接收到此字符串后，更改相应的变量，并自动回发，上位机将PLC回发的字符串与之前发送的字符串比较，如果相同，证明PLC已正确接收到数据。

当上位机要读PLC内部的数据，首先在PLC程序中将需要读取的变量打包成一个字符串(通过相应的功能块函数)；然后控制PLC发送此字符串。

即上位机先发送字符串：

“\r01#01#009#1\r”(执行字符串打包功能块)

“\r01#01#010#1\r”(PLC串口数据的发送使能)

PLC就将字符串：

“\r#21#1#2#3#4#5#11#22#33#44#55#11.11#22.22#33.33#44.44#55.55#66.66#\r”发送到上位机，上位机从中解析出相应的变量值。

实践证明，本发明所涉及的这种基于RS485串口总线，上位机IPC与PLC通讯控制机器人的方法，通讯可靠，错误率极低，而且可操作性强，实现了对两台(也可以是多台)机器人的控制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。