3. PLC硬件选型与配置
在MOTOMAN机器人与PLC协同控制系统中，PLC是整个控制链路的“中枢神经”。它既要接收来自机器人控制器的状态信号（如伺服ON、运行中、报警、到位），又要向机器人发出启动、暂停、复位、程序号选择等指令，同时还要协调外围设备（夹具、输送线、安全门、视觉系统）的时序。因此，PLC的硬件选型不是简单地“选一个够用的型号”，而是要根据I/O点数、通信协议、扫描周期、电源容量和扩展余量综合权衡。
一、先明确协同控制对PLC的硬性需求
选型的第一步是梳理信号清单。以一台MOTOMAN GP系列机器人与一条装配线协同为例，典型的信号可分为三类：
- 机器人侧交互信号：伺服ON、启动、暂停、报警复位、程序号选择（通常4~8位）、循环启动、当前程序号反馈、运行中、报警中、电池报警、原点完成等，约20~30点。
- 外围设备信号：夹具夹紧/松开、工件到位检测、输送线启停、安全门开关、光栅、急停回路等，约20~40点。
- 系统与安全信号：安全继电器状态、门锁、模式选择（手动/自动）、蜂鸣器、三色灯等，约10~15点。
按上述估算，数字量输入约40~60点，数字量输出约30~50点，合计约70~110点。考虑到后续工位扩展和备用量，实际选型应按1.2~1.3倍余量配置，即需要约130~140点的I/O容量。若涉及模拟量（如焊接电流、压力反馈），还需预留2~4路模拟量输入。
二、PLC型号与模块配置
以三菱FX5U或西门子S7-1200为例，两者都支持以太网通信，适合与MOTOMAN控制器通过EtherNet/IP或PROFINET交互。若机器人控制器支持EtherNet/IP，可选用三菱FX5U-32MT/ES（内置以太网、16入16出晶体管输出），再通过扩展模块补足点数；若走PROFINET，则S7-1200 CPU 1215C（14入10出）加SM1223扩展模块更合适。
模块配置建议如下：
| 模块类型 | 示例型号 | 作用 | 数量 |
|---|---|---|---|
| CPU单元 | FX5U-32MT/ES | 逻辑运算、以太网通信 | 1 |
| 数字量输入扩展 | FX5-16EX | 采集按钮、传感器、机器人反馈 | 2 |
| 数字量输出扩展 | FX5-16EYT | 驱动继电器、指示灯、机器人指令 | 2 |
| 模拟量输入 | FX5-4AD | 采集压力、电流等模拟信号 | 1 |
| 通信模块 | 内置以太网口 | 与机器人、HMI、上位机通信 | — |
若采用S7-1200方案，CPU 1215C自带2个PROFINET口，可同时连接机器人控制器和HMI；再配2块SM1223（16入16出）即可满足约80点需求。两种方案的核心差异在于：三菱FX5U性价比高、编程直观，适合中小型协同系统；西门子S7-1200在PROFINET生态和诊断功能上更强，适合与西门子驱动、HMI深度集成的产线。
三、通信模块与协议匹配
MOTOMAN机器人控制器通常支持EtherNet/IP、PROFINET、CC-Link IE等现场总线。PLC选型时必须确认通信协议一致，否则需要额外加装网关。例如，三菱FX5U内置以太网支持MC协议和Socket通信，若机器人只支持EtherNet/IP，则需加装FX5-ENET/IP模块；若机器人支持PROFINET，则S7-1200可直接通过PROFINET IO连接，无需额外模块。
通信配置的关键参数包括：IP地址规划（PLC与机器人应在同一网段，如192.168.1.10与192.168.1.20）、通信周期（通常2~10ms）、I/O映射区大小（建议预留64字节输入/64字节输出）。在PLC侧，需要将机器人的输入输出映射到具体的X/Y地址或DB块中，确保信号一一对应。
四、电源容量计算
电源容量计算是选型中最容易被忽视、却最容易导致现场故障的环节。PLC系统通常采用DC 24V供电，电源模块的容量必须覆盖CPU、扩展模块、传感器、继电器和指示灯的總功耗，并留出30%左右的余量。
以三菱FX5U方案为例，各模块的DC 24V电流消耗参考值如下（示例数据，实际以手册为准）：
| 设备 | 数量 | 单件电流(mA) | 合计(mA) |
|---|---|---|---|
| FX5U-32MT/ES CPU | 1 | 400 | 400 |
| FX5-16EX 输入扩展 | 2 | 100 | 200 |
| FX5-16EYT 输出扩展 | 2 | 150 | 300 |
| FX5-4AD 模拟量模块 | 1 | 120 | 120 |
| 输入传感器（光电/接近） | 20 | 15 | 300 |
| 中间继电器线圈 | 16 | 20 | 320 |
| 三色灯/蜂鸣器 | 1 | 80 | 80 |
| 合计 | 1720 |
按30%余量计算，所需电流为1720 × 1.3 ≈ 2236mA，即约2.24A。因此应选择输出电流不小于3A的DC 24V电源，如三菱FX5U配套的100W电源模块（输出4.5A）或独立开关电源（如明纬NDR-120-24，输出5A）。若现场还有电磁阀、气缸等大电流负载，需单独核算或另配电源，避免与PLC系统共用导致电压跌落。
五、配置检查与余量评估
完成选型后，建议按以下清单逐项核对：
- I/O点数：实际使用点数是否不超过总点数的80%？备用点是否足够？
- 通信协议：PLC与机器人控制器的协议是否一致？是否需要网关？IP地址是否规划？
- 电源容量：总电流是否小于电源额定电流的70%？是否单独为感性负载供电？
- 扩展能力：CPU支持的扩展模块数量是否满足当前配置？是否还有空余槽位？
- 环境与安装：控制柜内温度是否在PLC允许范围（0~55℃）？是否预留散热空间？
以本节示例配置为例，最终方案为：FX5U-32MT/ES主机1台、FX5-16EX扩展2台、FX5-16EYT扩展2台、FX5-4AD模拟量模块1台、100W DC 24V电源1台。总I/O点数达到80点（32+32+16），满足约70~110点的需求并留有扩展空间；通信采用内置以太网，通过EtherNet/IP与MOTOMAN控制器交互；电源余量约30%，可稳定驱动传感器和继电器负载。
这套配置的核心逻辑是：先算点数、再定协议、后核电源。点数决定模块数量，协议决定通信模块是否需要额外加装，电源决定系统能否稳定运行。三者缺一不可，任何一项估算不足，都可能在调试阶段暴露为通信丢包、输出误动作或电源重启等故障。