在自動(dòng)化激光焊接設(shè)備中，高精度的運(yùn)動(dòng)控制是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量焊接的關(guān)鍵。系統(tǒng)通常包含多臺(tái)伺服驅(qū)動(dòng)器，用于控制機(jī)器人關(guān)節(jié)或送絲機(jī)構(gòu)，而上層PLC需實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)這些部件。然而，現(xiàn)場(chǎng)往往存在不同協(xié)議的設(shè)備混用情況，例如伺服驅(qū)動(dòng)器可能僅支持Modbus RTU接口，而主控PLC（如西門子S7-300/1500系列）常采用PROFIBUS DP網(wǎng)絡(luò)。這時(shí)，通過疆鴻智能Modbus RTU主站轉(zhuǎn)PROFIBUS DP從站的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，成為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)無縫集成的關(guān)鍵技術(shù)。

系統(tǒng)架構(gòu)與通信需求

典型的激光焊接系統(tǒng)由西門子PLC作為主站，負(fù)責(zé)焊接路徑規(guī)劃與工藝參數(shù)管理。PROFIBUS DP網(wǎng)絡(luò)作為主干，連接遠(yuǎn)程I/O、人機(jī)界面等高速設(shè)備。同時(shí)，部分伺服驅(qū)動(dòng)器（如某些國(guó)產(chǎn)或日系品牌）具備Modbus RTU接口，常用于實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速、位置等控制。若直接連接，協(xié)議不兼容將導(dǎo)致PLC無法直接訪問伺服驅(qū)動(dòng)器。

解決方案是在PLC與伺服驅(qū)動(dòng)器之間部署協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)。該網(wǎng)關(guān)在PROFIBUS DP側(cè)作為從站，被PLC識(shí)別為一個(gè)智能從站設(shè)備；在Modbus RTU側(cè)作為主站，主動(dòng)輪詢連接的多臺(tái)伺服驅(qū)動(dòng)器。網(wǎng)關(guān)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)協(xié)議映射，將PLC下發(fā)的PROFIBUS數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)換為Modbus RTU指令，并返回伺服狀態(tài)數(shù)據(jù)。

網(wǎng)關(guān)配置與數(shù)據(jù)映射

工程實(shí)施中，網(wǎng)關(guān)的配置是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。以一款典型網(wǎng)關(guān)為例，首先需在西門子STEP 7或TIA Portal中安裝其GSD文件，定義從站模塊結(jié)構(gòu)。例如，分配64字節(jié)輸入/輸出區(qū)域，對(duì)應(yīng)伺服的控制字、目標(biāo)位置、實(shí)際轉(zhuǎn)速等參數(shù)。

在網(wǎng)關(guān)配置軟件中，需設(shè)定Modbus RTU參數(shù)（波特率、校驗(yàn)位等），并為每個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器分配Modbus寄存器地址映射到PROFIBUS數(shù)據(jù)的偏移量。例如，將伺服狀態(tài)字（保持寄存器40001）映射到PROFIBUS輸入字節(jié)0-1，將PLC控制字（線圈寄存器00001）映射到輸出字節(jié)0-1。這種映射需確保數(shù)據(jù)格式一致，如32位整數(shù)需處理字節(jié)序。

伺服控制實(shí)現(xiàn)

通過網(wǎng)關(guān)，PLC可實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服的精確控制。以焊接路徑動(dòng)態(tài)調(diào)整為例：PLC根據(jù)視覺系統(tǒng)反饋的焊縫偏差，計(jì)算伺服需補(bǔ)償?shù)奈灰屏?，通過PROFIBUS寫入網(wǎng)關(guān)輸出區(qū)域。網(wǎng)關(guān)實(shí)時(shí)將其轉(zhuǎn)換為Modbus RTU寫指令發(fā)送至伺服，驅(qū)動(dòng)電機(jī)微調(diào)。同時(shí)，伺服的實(shí)際位置和故障狀態(tài)通過網(wǎng)關(guān)上傳至PLC，形成閉環(huán)控制。

調(diào)試時(shí)需注意時(shí)序問題。Modbus RTU的輪詢周期可能長(zhǎng)于PROFIBUS DP循環(huán)，因此需合理設(shè)置網(wǎng)關(guān)的輪詢間隔，避免數(shù)據(jù)延遲影響焊接精度。通常建議對(duì)關(guān)鍵參數(shù)（如急停信號(hào)）使用單獨(dú)映射通道，并啟用網(wǎng)關(guān)的看門狗功能，監(jiān)測(cè)通信中斷。

應(yīng)用優(yōu)勢(shì)與總結(jié)

該方案顯著降低了系統(tǒng)集成復(fù)雜度。工程師無需修改PLC主程序即可接入Modbus RTU設(shè)備，保留了PROFIBUS DP的高速性和可靠性。在實(shí)際激光焊接設(shè)備中，這種架構(gòu)支持了多軸同步控制，確保了焊接軌跡的精確性和工藝一致性。

通過協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)得以協(xié)同工作，體現(xiàn)了工業(yè)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性。這種實(shí)踐不僅適用于激光焊接，也為其他自動(dòng)化設(shè)備整合不同協(xié)議提供了可靠路徑。

審核編輯 黃宇