四大机器人与PLC信号交互

工业机器人与PLC信号交互实战指南：ABB、FANUC、KUKA、安川全解析

在一条自动化产线上，你是否曾遇到这样的场景？操作员按下启动按钮，PLC逻辑一切正常，安全条件全部满足——可机器人就是不动。排查半天，最后发现是“自动模式”信号没给到位，或者电平类型接反了。这种看似低级却频繁发生的联调问题，背后往往暴露的是对机器人与PLC信号交互机制理解的不足。

对于刚进入自动化系统集成领域的工程师来说，面对 ABB、FANUC、KUKA 和安川这四大主流机器人品牌，最常踩的坑不是复杂的运动控制算法，而是最基础的—— 怎么让机器人听懂PLC的指令 。这些机器人的控制器就像一个个性格迥异的“执行官”，它们接受命令的方式、回应状态的习惯、甚至对“急停复位”这类关键动作的理解都不尽相同。

本文不讲高深理论，也不堆砌术语，而是从一线调试经验出发，带你穿透不同品牌之间的信号壁垒，真正搞明白： 哪些信号必须接？怎么接才可靠？为什么有时候信号给了却没反应？

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工业环境中，PLC 通常是整条线的“大脑”，负责流程调度、安全监控和外围设备协调；而机器人则是“手”，执行精准的搬运、焊接或装配任务。两者之间的通信方式多种多样，但从工程实践来看， 数字量I/O（DI/DO）仍是应用最广、最可靠的交互手段 。

即便现在很多机器人支持 Profinet、EtherNet/IP 等总线协议，但在实际项目中，我们依然会保留一组硬接线的数字信号用于启停、急停、模式选择等关键控制。原因很简单： 当网络出问题时，至少还能通过物理信号确保基本的安全与操作功能 。

这类信号通常工作在 24V DC，采用 PNP 或 NPN 接法，抗干扰能力强，现场排查也方便——用万用表一测就知道有没有输出。更重要的是，各大厂商都为这些基础信号建立了标准化定义，只要掌握规律，就能快速上手不同品牌的系统。

那么问题来了：同样是“启动”信号，在 ABB 上叫什么？在 FANUC 中又是哪个点？要不要边沿触发？能不能自保持？下面我们逐个拆解。

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先看 ABB 。它的 I/O 管理非常灵活，主要通过 DSQC 系列板卡（如 DSQC652）实现数字量输入输出。在 RAPID 编程中，你会用到 Signal 概念来映射物理端子。比如 %IX10.0 表示第一个输入模块的第0位， %QX10.0 是对应的输出。

常见的控制信号包括：

• Start （输入）：上升沿触发启动程序
• Reset （输入）：清除故障状态
• AutoMode （输入）：允许进入自动运行
• Running （输出）：表示当前正在运行
• Fault （输出）：有故障时置位

这里有个细节容易被忽略： ABB 的启动信号通常需要配合系统输入（System Input）配置才能生效 。如果你只是在程序里读一个 DI 点，而不把它注册为系统事件，可能会出现“信号明明给了，但程序不启动”的情况。

举个例子，在 RAPID 中你可以这样声明并使用信号：

PERS SIGNAL Di_Start := %IX10.0;
PERS SIGNAL Do_Running := %QX10.0;

IF Di_Start THEN
    Set(Do_Running);
ENDIF

但这只是基础逻辑。更稳妥的做法是在 RobotStudio 中将该信号绑定到“Start”类型的 System Input，由操作系统统一管理启动流程，避免因程序卡顿导致响应延迟。

另外，ABB 对 Profinet 支持良好，既可以作为 IO-Device 被 PLC 扫描，也可以配置为 IO-Controller 主动访问外部站点，适合构建分布式控制系统。

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再来看 FANUC ，它的风格截然不同——强调标准化和固化。FANUC 使用一套称为 UOP（Universal I/O） 的专用信号体系，这些信号功能固定、编号唯一，不能随意更改用途。

比如：
- UI[1] ：IMSTP，急停恢复确认
- UI[2] ：HOLD，暂停运行
- UI[6] ：START，启动命令
- UO[1] ：READY，控制器就绪
- UO[3] ：BUSY，正在执行程序

这些信号默认通过 CRMA15（输入）和 CRMA16（输出）接口板引出，物理地址对应清晰。最大的好处是： 无论你在哪个项目，只要看到 UI[6]，就知道它是“启动”信号 ，极大提升了维护效率。

而且 UOP 信号具有最高优先级，直接影响机器人运行状态。例如，一旦 UI[2] 被拉低，机器人会立即暂停，不受用户程序控制。

有趣的是，FANUC 几乎不需要你写代码来处理这些信号。只要你正确接线，并在 MENU → I/O → CONFIGURE 中完成信号分配，系统就会自动响应。这也是为什么很多老工程师说：“FANUC 最适合批量部署”——因为它把复杂性封装好了，留给现场的是高度一致的操作体验。

如果需要选择运行程序，可以通过 RSR 或 PNS 模式，利用多路 DI 组合编码（如 DI[101]~DI[108]）来指定程序号，实现一键切换工件类型。

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接着是 KUKA ，它走的是“标准合规”路线。其自动模式下的核心信号遵循 VDI/VDE 2693 规范，被称为 AMS（Automatic Mode Signals） 。这套体系在汽车制造行业尤为常见。

典型的 AMS 信号包括：

• $AUTOMODE ：必须为 TRUE 才能进入自动运行
• $START ：上升沿触发启动
• $STOP ：请求停止
• $ACKERROR ：错误确认
• $RUNPERMITTED ：机器人允许运行（输出）
• $BUSY ：正在运行（输出）

这些变量本质上是 KRL 程序可访问的系统标志，通常映射到 PROFINET 或 KB6 板卡的特定地址。 最关键的一点是：所有 AMS 信号必须按规范连接，否则机器人无法切换到自动模式 。

举个真实案例：某客户现场机器人始终显示“手动”，反复检查模式开关也没问题。最终发现是 $START 信号未做外部连接，虽然程序里可以用软信号模拟，但安全回路要求必须有真实输入才能解锁自动运行。

KUKA 的优势在于通信性能。使用 PROFINET RT 时，数据刷新周期可以做到 1ms 以下，非常适合高速同步产线。配合 WorkVisual 软件，还能图形化配置 I/O 映射，减少地址错配风险。

当然，你也可以在 KRL 程序中读取这些信号来自定义逻辑：

DEF main()
  IF $IN[100] AND NOT busy_flag THEN
    busy_flag = TRUE
    OUT[200] = TRUE   ! 反馈运行状态
  ENDIF
ENDDEF

不过要注意，关键控制仍建议依赖系统级处理，避免因程序阻塞影响安全性。

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最后是 安川（Yaskawa） ，它的架构最有特色—— 控制器内嵌了一个小型PLC 。这意味着你不仅可以发送标准信号，还可以直接编写梯形图逻辑来处理交互。

安川的标准信号称为 SIO（Standard I/O） ，主要包括：

• STRT ：启动信号（边沿检测）
• HOLD ：暂停
• RST ：故障复位
• SVON ：伺服上电使能
• RUNNING / ERROR ：状态反馈

这些信号可通过 I/O Configurator 工具进行地址映射，支持 EtherNet/IP、DeviceNet、Modbus TCP 等多种协议。尤其值得一提的是， 安川对 CIP Safety 的支持使得它能在单一网络上同时传输标准I/O和安全信号 ，简化了布线。

由于 YRC1000 控制器内置了 Motion + Logic 双引擎，很多原本需要由外部PLC完成的任务（如夹具联动、流程判断），现在可以直接在机器人侧实现。例如，你可以写一段梯形图来判断 STRT 是否有效，并触发内部标志：

LD X100        ; 读取启动信号
AND M8000      ; 系统常通
EU             ; 上升沿检测
OUT Y200       ; 设置启动确认

这种方式减少了对外部PLC的依赖，特别适合中小型工作站。但也带来一个新的挑战： 责任边界变得模糊了 。到底是机器人做逻辑，还是PLC做逻辑？建议的原则是： 运动相关逻辑归机器人，流程协调归PLC ，避免后期维护混乱。

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回到实际应用场景。在一个典型的机器人上下料工作站中，完整的启停流程应该是闭环的：

1. 操作员按下启动按钮
2. PLC 检查安全门关闭、无故障报警等条件
3. 输出 Start 信号至机器人 DI
4. 机器人上电、初始化、开始运行程序
5. 返回 Running 和 NoFault 信号给PLC
6. PLC 监控状态，必要时发出 HOLD 或 STOP

这个过程中最容易出问题的地方往往是 电平匹配和信号时序 。比如 PLC 是 PNP 输出，而机器人期望 NPN 输入，结果信号永远读不到。又或者 Start 信号脉宽太短，来不及被扫描周期捕捉。

解决这类问题的经验法则：

• 统一采用 PNP（共负极）接法 ，这是目前工业现场最主流的选择；
• 关键信号持续时间不少于 100ms ，确保被最低扫描周期捕获；
• 加装中间继电器或光耦隔离 ，防止地环干扰导致信号抖动；
• 安全类信号独立于通信网络 ，急停、安全门必须通过安全继电器双回路接入；
• 预留至少 20% 的备用点数 ，为后期功能扩展留余地。

命名规范也不能忽视。建议采用统一格式，如 ROB1_DI_Start 、 ROB1_DO_Running ，既清晰又便于后期文档管理和故障排查。

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说到这里，你会发现：虽然 ABB、FANUC、KUKA、安川在技术实现上有差异，但它们的设计逻辑其实很相似——都围绕着“安全、可靠、易维护”展开。

• ABB 胜在灵活性，适合需要定制化逻辑的小型系统；
• FANUC 强在标准化，大规模部署时省心省力；
• KUKA 符合国际规范，汽车等行业首选；
• 安川则凭借嵌入式PLC能力，在性价比和集成度上占优。

未来随着 OPC UA over TSN、TSN-based I/O 等新技术的发展，实时以太网将进一步压缩硬接线的空间。但在可预见的几年内， 数字I/O仍将是机器人与PLC交互的“最后一道防线” 。毕竟，再先进的网络也无法替代一颗闪烁的指示灯带来的安心感。

所以给新手的建议很实在：不要一上来就研究总线配置。先把每个品牌的 标准信号表打印出来贴在工位上 ，动手在仿真软件里练一遍信号映射，再拿实物做一次点动测试。当你能闭着眼说出“FANUC 的启动是 UI[6]”、“KUKA 的自动模式要看 $AUTOMODE”时，你就真的入门了。

真正的自动化工程师，不是只会写代码的人，而是知道 什么时候该用最简单的方法解决问题 的人。