基于CODESYS软件的视觉以太网通讯方案——英威腾AX70控制器

-   机器视觉   -

基于视觉的模块化搬运储存系统是一套微仿真实际自动化生产过程的装置，他将伺服技术、机械传动技术、气动技术、传感器技术、PLC控制及网络技术结合同一台设备上，重点突出了识别技术在工业领域的应用，体现了现在制造业生产过程的特征，可使用于各级各类不同层次的实际生产过程中，从而实现设备自动化，解放劳动力、提高工作效率。
集装箱卸货机器人运用机器视觉
由于疫情原因，某客户基于港口集装箱卸货需求开发一款卸货机器人，采用视觉拍照+PLC控制器+驱动伺服机械臂的方案。
在机器视觉系统中，图像处理后的数据传输是十分重要的。由于视觉系统抓取数据量巨大，整体有上千条之多，采用传统的通讯方式传输数据受限，需要将数据打包多次后进行传输，难以满足系统数据实时性的要求。

基于对客户作业工况的理解，英威腾为客户提供了基于 CODESYS 软件开发的简单可靠的实时通讯（视觉以太网通讯）解决方案。




整体方案介绍


在港口集装箱卸货机器人上，英威腾为客户提供了视觉上位机+英威腾AX70控制器+DA200伺服+VS触摸屏构成的整体解决方案。
视觉系统拍摄集装箱内整面箱子的画面，抓取每一个纸箱的数据，包括箱子长度，宽度，高度，纸箱相对于相机在空间中的坐标点X、Y、Z 并且将采集的纸箱数据传输给PLC来做下一步的数据处理。
PLC控制器采用英威腾AX70 中型PLC，接收到视觉传输的纸箱数据后，再次进行数据优化，判定纸箱是否可以抓取，合并，纸箱位置以给后续控制使用。
每个纸箱有8个数据，每一次拍照纸箱数量最多可达100个，整体数据量比较庞大，为提高通讯效率，故采用TCP/IP通讯协议，将整体数据打包，由PLC一次性接收。


方案系统图

通讯部分介绍
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针对视觉部分， 驱动器采用英威腾中型PLC AX70，通讯方式采用TCP/IP socket 协议，传输数据可以自定义，具有：
①传输数据时间短，性能高；
②适用于客户端与服务器之间信息实时交互；
③数据可以加密，数据安全性强等特点。


2
具体工作逻辑：PLC控制器系统，采用英威腾AX70 中型PLC，接收到视觉传输的纸箱数据后，进行数据优化，判定纸箱是否可以抓取，合并，纸箱位置以给后续控制使用。
PLC以太网组态

英威腾AX70高性价比控制器为客户端，提供视觉PC端为服务器。


基于CODESYS 英威腾更具客户工艺封装专用库文件，FreeTCP_Client库。
在程序中调用FreeTCP_Client 库，组态数据发送端，设置服务器端IP地址，端口号，将功能码 fun 设置为1，使能 FreeTCP_Client 为发送请求，Enable 使能后将 DataPtr 指针指向的数据区数据发送给服务器。


在程序中调用FreeTCP_Client 库，组态数据接收端，设置服务器端IP地址，端口号，将功能码fun设置为0，使能 FreeTCP_Client 为接收请求，从服务器接收到的数据存放在 DataPtr 指针指向的数据区。




-   方案优势    -


通讯性能提升
由于视觉系统抓取纸箱数据量较大，整体上千条数据，采用传统的通讯方式受传输字节限制，影响数据传输效率。现在由PC端将数据打包一次性传输完成，传输时间短（可达100兆/S）。


通讯更自由
服务器与客户端通讯数据可以自由定义，可以按照视觉与控制器双方自行约定进行数据传输，通讯更加自由灵活。


编程更简单
组态简单，仅需要配置服务器IP地址与端口，就可以完成TCP/IP通讯组态，节省了编程时间。
英威腾 AX70 在卸货机器人上应用，与视觉系统采用以太网通讯，采用TCP/IP通讯协议将数据打包传输，帮助客户提高传输效率，节约了整体动作时间。


英威腾AX系列可编程控制器是基于 CODESYS 平台开发，支持6种标准编程语言，集成丰富运动控制功能，通过高速EtherCAT总线或脉冲实现同步控制、电子凸轮、电子齿轮、定位等高阶运动控制功能。

欧德神思（CODESYS）软件支持用户开发运动控制系统
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CODESYS 的运动控制是其在同类竞争对手中的一个最突出的竞争优势。CODESYS 将运动控制与逻辑控制合二为一，集成在 IEC 61131-3 标准的CODESYS 编程系统（IDE）和 CODESYS 实时内核运行软件中，形成了CODESYS Motion CNC Robotics 工具包软件。从单轴运动到复杂 CNC控制和机器人应用，都可以使用 CODESYS Motion CNC Robotics 来编程实现。CODESYS 的运动控制分为 CODESYS SoftMotion 简单运动控制部分和CODESYS SoftMotion CNC+Robotics 复杂运动控制及机器人控制部分。
CODESYS 运动控制包含以下两个功能模块：
1. CODESYS SoftMotion Basic:
用户可以直接在熟悉的 IEC61131-3 编程环境中，与逻辑应用一起开发从单轴运动到主从轴运动再到电子凸轮 CAM 的应用程序。具有CODESYS SoftMotion 的运动控制器以集成在PLC 开发系统中的工具包的形式实现运动功能。
PLCopen 认证的 POU，可用于单轴和多轴运动；在线更改 CAM 和 CAM 控制器；集成 CAM 图形编辑器；支持虚拟轴和逻辑轴等。
2. CODESYS Motion CNC Robotics:
除了 SoftMotion Basic 提供的POU外，还支持：
（1）图形化的DIN 66025 编辑器(支持G代码)；
（2）CNC 库以及所有用于 CNC 编辑的功能块；
（3）从线性到样条插补的综合插补功能；
（4）强大的路径规划能力，包括 CNC 刀具半径补偿等；
（5）带有可视化元素的不同运动学变换模块，用于在线显示和规划3D路径；
（6）支持虚拟轴和逻辑轴；
（7）PLCopen Part4 和机器人轴组编辑器。


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