基于ModbusTCP和Profinet协议的机器人通讯系统的制作方法

本发明属于设备通讯领域，更具体地说，尤其涉及基于modbus tcp和profinet协议的机器人通讯系统。

背景技术：

1、在传统的工业自动化系统中，机器人与plc(可编程逻辑控制器)之间的通讯以及plc与下挂设备之间的通讯，通常需要依赖专门的通讯组件来实现。这些通讯组件包括但不限于通讯协议转换器、网关、路由器等。这样的传统设计存在以下不足：

2、成本问题：需要购买额外的通讯组件，增加了系统的总体成本。同时，安装和维护这些组件也需要额外的人力和时间成本；

3、复杂性增加：引入通讯组件后，系统的架构变得更加复杂。操作者需要对通讯组件进行配置和管理，这增加了系统部署的复杂性；

4、可靠性降低：多出来的硬件组件增加了系统的故障点。通讯组件本身可能出现故障，影响整个系统的稳定运行；

5、因此，针对上述现有技术的不足，本发明提供一种基于modbus tcp和profinet协议的机器人通讯系统。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的基于modbus tcp和profinet协议的机器人通讯系统，通过直接利用plc进行通讯，无需采用额外的通讯组件，从而节约成本，简化系统结构，提高系统的稳定性和可靠性，同时降低维护难度，提高数据传输效率，并增强系统的安全性。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、基于modbus tcp和profinet协议的机器人通讯系统，所述系统包括机器人主体、设置在机器人主体内部的plc及下挂设备；

4、所述机器人通过自带的modbus tcp协议与所述plc通讯；所述plc通过自带的profinet通讯协议，与所述下挂设备进行通讯；

5、所述plc包括一个或多个数字输入/输出模块，用于接收来自机器人的控制信号和向下挂设备发送控制指令。

6、优选的，所述机器人主体内置有控制单元，该软件支持modbus tcp协议，能够向plc发送控制指令并接收来自plc的数据，所述控制单元还具备用户界面，用于操作者设定控制参数、监控机器人主体状态及故障诊断信息的显示，软件设计采用模块化结构，便于升级和维护。

7、优选的，所述下挂设备通过一进一出的网络连接方式接入plc的网络拓扑结构中，实现与plc的数据交换，该连接方式使得下挂设备可以灵活地加入或移出系统，不干扰现有网络的其他设备运行。

8、优选的，所述下挂设备通过profinet工业交换机并联接入plc的网络拓扑结构中，使得多个下挂设备能够同时与plc进行数据交换，工业交换机的使用提高了网络的可靠性和数据传输效率，同时为系统提供了更好的实时性能。

9、优选的，所述系统还包括网络配置单元，用于配置和管理机器人、plc及下挂设备之间的网络通讯参数，所述网络配置单元支持自动识别新接入的设备，并能自动分配网络地址，简化了网络设置过程。

10、优选的，所述plc还包含至少一个模拟输入/输出模块，用于接收和发送模拟信号，以控制下挂设备的模拟过程，所述输入/输出模块能处理温度、压力传感器信号，并可将控制命令转换为模拟信号输出到执行器上。

11、优选的，所述系统支持实时监控和故障诊断功能，确保系统的稳定运行和快速响应。系统具备自检程序，可在启动时检测所有设备的状态，并在发现异常时发出报警；

12、所述系统支持远程监控和操作，操作者可以通过网络远程控制机器人、plc及下挂设备。此功能利用安全的网络协议实现，确保控制指令的传输安全可靠；

13、所述系统具备数据记录和存储功能，能够记录操作过程中的关键数据和事件，供后续分析和优化使用。数据存储采用高可靠性的存储介质，并支持自动备份功能。

14、优选的，所述plc集成了数据分析学习算法，能够对收集到的操作数据进行分析，自动优化控制参数，提高生产效率和产品质量，并且能实时分析机器人和下挂设备的性能数据，识别出效率低下或故障频发的区域，并通过调整控制策略来优化操作。

15、优选的，所述数据分析学习算法用于预测机器人执行任务所需的时间，基于其运动速度、加速度参数；评估不同控制参数对产品质量的影响；优化能耗，通过建模能耗与机器人运行参数之间的关系，表达式为：

16、y＝β0+β1x1+β2x2+...+βnxn+∈；

17、式中，y是因变量，x1,x2,…,xn是自变量，β0,β1,…,βn是回归系数，∈是误差项。

18、优选的，所述plc还包含一个或多个安全模块，用于实现对机器人主体及下挂设备的高级安全控制，所述安全模块能够处理紧急情况，当检测到潜在的危险或故障时，能够立即切断电源或采取其他必要的安全措施，以保护人员和设备的安全；

19、所述安全模块与控制单元紧密集成，确保在发生紧急情况时，控制指令能够迅速而准确地执行，所述安全模块支持多级安全设置，允许操作者根据不同的应用需求和安全标准来配置安全参数。

20、本发明提供的基于modbus tcp和profinet协议的机器人通讯系统，与现有技术相比，本发明具有如下优点：

21、成本节约：通过直接利用plc进行通讯，无需采用额外的通讯组件，从而节约了系统的总体成本。同时，减少了安装和维护的人力和时间成本。

22、简化系统结构：省略了额外的通讯组件，使得系统架构更加简洁明了，降低了系统部署的复杂性。

23、提高稳定性和可靠性：减少了硬件组件，降低了系统的故障率，提高了稳定运行的可靠性。

24、增强实时性能：数据直接在plc和机器人或下挂设备之间传输，减少了延迟，提高了系统的实时响应能力。

25、降低维护难度：系统结构简化后，维护和排查问题变得更加容易，降低了维护成本。

26、提高数据传输效率：直接通讯避免了数据在多个组件间的传输，提高了数据传输的效率。

27、增强系统安全性：简化的系统结构减少了潜在的安全风险源头，提高了系统的整体安全性。

技术特征：

1.基于modbus tcp和profinet协议的机器人通讯系统，其特征在于：所述系统包括机器人主体、设置在机器人主体内部的plc及下挂设备；

2.根据权利要求1所述的基于modbus tcp和profinet协议的机器人通讯系统，其特征在于：所述机器人主体内置有控制单元，该软件支持modbus tcp协议，能够向plc发送控制指令并接收来自plc的数据，所述控制单元还具备用户界面，用于操作者设定控制参数、监控机器人主体状态及故障诊断信息的显示，软件设计采用模块化结构，便于升级和维护。

3.根据权利要求1所述的基于modbus tcp和profinet协议的机器人通讯系统，其特征在于：所述下挂设备通过一进一出的网络连接方式接入plc的网络拓扑结构中，实现与plc的数据交换，该连接方式使得下挂设备可以灵活地加入或移出系统，不干扰现有网络的其他设备运行。

4.权利要求1所述的基于modbus tcp和profinet协议的机器人通讯系统，其特征在于：所述下挂设备通过profinet工业交换机并联接入plc的网络拓扑结构中，使得多个下挂设备能够同时与plc进行数据交换，工业交换机的使用提高了网络的可靠性和数据传输效率，同时为系统提供了更好的实时性能。

5.根据权利要求1所述的基于modbus tcp和profinet协议的机器人通讯系统，其特征在于：所述系统还包括网络配置单元，用于配置和管理机器人、plc及下挂设备之间的网络通讯参数，所述网络配置单元支持自动识别新接入的设备，并能自动分配网络地址，简化了网络设置过程。

6.根据权利要求1所述的基于modbus tcp和profinet协议的机器人通讯系统，其特征在于：所述plc还包含至少一个模拟输入/输出模块，用于接收和发送模拟信号，以控制下挂设备的模拟过程，所述输入/输出模块能处理温度、压力传感器信号，并可将控制命令转换为模拟信号输出到执行器上。

7.根据权利要求1所述的基于modbus tcp和profinet协议的机器人通讯系统，其特征在于：所述系统支持实时监控和故障诊断功能，确保系统的稳定运行和快速响应。系统具备自检程序，可在启动时检测所有设备的状态，并在发现异常时发出报警；

8.根据权利要求1所述的基于modbus tcp和profinet协议的机器人通讯系统，其特征在于：所述plc集成了数据分析学习算法，能够对收集到的操作数据进行分析，自动优化控制参数，提高生产效率和产品质量，并且能实时分析机器人和下挂设备的性能数据，识别出效率低下或故障频发的区域，并通过调整控制策略来优化操作。

9.根据权利要求8所述的基于modbus tcp和profinet协议的机器人通讯系统，其特征在于：所述数据分析学习算法用于预测机器人执行任务所需的时间，基于其运动速度、加速度参数；评估不同控制参数对产品质量的影响；优化能耗，通过建模能耗与机器人运行参数之间的关系，表达式为：

10.根据权利要求6所述的基于modbus tcp和profinet协议的机器人通讯系统，其特征在于：所述plc还包含一个或多个安全模块，用于实现对机器人主体及下挂设备的高级安全控制，所述安全模块能够处理紧急情况，当检测到潜在的危险或故障时，能够立即切断电源或采取其他必要的安全措施，以保护人员和设备的安全；

技术总结
本发明公开了基于Modbus TCP和Profinet协议的机器人通讯系统，所述系统包括机器人主体、设置在机器人主体内部的PLC及下挂设备；所述机器人通过自带的Modbus TCP协议与所述PLC通讯；所述PLC通过自带的Profinet通讯协议，与所述下挂设备进行通讯；所述机器人主体内置有控制单元，该软件支持Modbus TCP协议，能够向PLC发送控制指令并接收来自PLC的数据，所述控制单元还具备用户界面，用于操作者设定控制参数、监控机器人主体状态及故障诊断信息的显示，软件设计采用模块化结构，便于升级和维护。本发明通过直接利用PLC进行通讯，无需采用额外的通讯组件，从而节约成本，简化系统结构，提高系统的稳定性和可靠性，同时降低维护难度，提高数据传输效率，并增强系统的安全性。

技术研发人员：曾丽兰,任春蕾,陈浩南,顾赟
受保护的技术使用者：上海起问汽车科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/30