应用案例背景

某汽车厂焊装线原采用PROFIBUS-DP通信，存在以下多个问题，多年来，通过现有技术一直优化但是始终无法突破：

1、机器人同步精度不足±2mm；

2、导致焊接重复合格率仅92%；

3、设备响应延迟，平均50ms；

4、制约生产节拍60JPH无法突破。

根据现场的实际情况，采取对现场的网络架构升级为PROFINET网络架构的优化方案以后，明显提升了各项参数。

首先，网络替换为 PROFINET IRT（等时同步实时），同时网络拓扑改为：星型+光纤冗余环网。

网络拓扑图如下所示：

                                                                        [中央控制室]

                                                                                 |

                                                                   (光纤主干,10Gbps)

                                                                                 |

                                           +------------------[核心交换机]-------------------+

                                            |        (SCALANCE XR-500,支持MRP/TSN)           |

                                            |                                                                           |

                             +--------+---------+                                          +---------+--------+

                  [IRT交换机A]               [IRT交换机B]                      [IRT交换机C]              [IRT交换机D]

         (SCALANCE XC-208)   (SCALANCE XC-208)        (SCALANCE XC-208)   (SCALANCE XC-208)

                        |                                    |                                           |                                 |

             +-----+-----+               +-----+-----+                          +-----+-----+            +-----+-----+

       [机器人1]      [焊枪1]      [机器人2]     [焊枪2]              [PLC1518-1] [RFID] [PLC1518-2] [视觉检测]

   (KUKA KR C4) (SERVO) (KUKA KR C4) (SERVO)               (主站)      (从站)  (备份主站)  (2000万像素)

现场的关键工艺设备焊接机器人以及执行控制器PLC1518直连IRT交换机SCALANCE XC-208

然后，在TIA博图进行通信协议配置，如下所示：

同步域设置：  

同步主站 = 核心交换机（IEEE 1588v2 PTP时钟）；  

抖动补偿 = ±1μs（启用硬件时间戳）。  

带宽分配：  

机器人控制数据：优先队列（CoS=6）；  

视频监控：限速50Mbps（CoS=3）。  

参数优化：

同步周期从4ms压缩至1ms，抖动控制在±1μs；

启用 Shared Device 功能，机器人控制器KUKA KR C4与PLC共享IO数据。

方案实施后，通过一段时间的运行，观察，发现效果提示明显，如下表所示： 

指标                优化前       优化后         提升幅度

焊接精度         ±2mm       ±0.5mm        75%    

生产节拍          60JPH        78JPH          30%    

合格率               92%          99.6%          7.6%    

网络可用性        99.2%       99.998%      0.798%    

焊接同步误差    ±2mm        ±0.3mm      85%    

故障定位时间    >30分钟      <3分钟        90%    

此方案能够成功的关键点是IRT同步机制消除机器人间的时序偏差，光纤环网降低丢包率（<0.001%）。

方法总结：

冗余架构：

光纤环网：所有IRT交换机通过单模光纤组成MRP环网（介质冗余协议），断线时自愈时间<200ms。

双星型核心：核心交换机与IRT交换机A/B/C/D形成双星型链路，避免单点故障。

设备级连接：

实时设备直连IRT交换机（如机器人、焊枪控制器），确保1ms级同步精度。

非实时设备（如RFID、MES接口）接入普通端口，通过VLAN隔离流量。

总而言之，通过基于PROFINET通信优化可以解决生产效率提升的问题，值得推广。。