基于现场总线的工业机器人监控系统研究.docx

基于现场总线的工业机器人监控系统研究ronggang导语：本文在分析现场总线网络控制技术的根底上，介绍了一种利用Lonworks总线将工业现场中各机器人联网的方案，在实现多机器人的协作及遥操纵控制的同时，为企业信息化的实现创造了条件摘要：技术和企业信息化技术是进步制造业消费效率和工艺程度的两大关键技术。本文在分析网络控制技术的根底上，介绍了一种利用Lonworks总线将工业现场中各机器人联网的方案，在实现多机器人的协作及遥操纵控制的同时，为企业信息化的实现创造了条件。关键词：现场总线;Lonworks;遥操纵;企业信息化Abstract:Robottechnologyandenterpriseinformationtechnologyaretwokeymeanstoimprovethemanufactureefficiencyandtechnicallevel.Inthispaper,arobotnetworksystembymeansofLonworksfieldbustechnologyisformulatedonthebasisofintroducingitsconceptionandstructure.Thesolutionmakesitpossibleforbothrobotscooperationandtelerobotics.Italsoprovidesfundamentalsfortheapplicationofenterpriseinformationtechnology.Keywords:Robot,Fieldbus,Lonworks,Telerobotics,Enterpriseinformationtechnology.1引言机器人技术和企业信息化技术是当前国内制造业企业进步消费效率和工艺程度的两大关键技术，前者针对技术问题，后者那么针对治理问题，是制造业进展技术革新和增效创利的重要途径，具有可观的经济效益和应用价值。在当代制造业中的智能机器人技术集传感、控制、信息处理、人工智能和网络通讯于一体，其功能日益强大，构造更趋复杂和完善，其所装备的各种和执行器数目不断增加。而现场总线作为工业控制现场的底层网络，一方面面向消费现场的各种设备，可以使单个分散的现场机器人设备连接成可以互相通讯和协作的网络式控制系统，另一方面又可通过企业的内部局域网实现消费数据的全厂传输和分享。目前，基于现场总线技术而建立的网络控制系统正成为我国大中型企业实现以信息化带开工业化的主要解决方案。2Lonworks现场总线技术2.1现场总线现场总线是建立在网络化控制根底之上，应用于消费现场、在微机化测控设备之间实现双向串行多字节数字通讯的系统，是一种开放式、数字化、多点通讯的底层控制网络。它面向于消费控制设备，多采用短帧方式传输数据，网络速率通常可达几k10Mbps，具有良好的实时性。现场总线技术为构造网络集成式全分布控制系统提供了有效途径。现场总线技术与集散控制相比，具有开放性、网络化信息分享、智能化、高度分散性、功能自治性和高可靠性等优点，可以大幅度节省硬件数目和投资，便于安装、扩展、维护。目前的现场总线技术主要有基金会总线FoundationField-bus、PROFIBUSDP、PA、FMS、CAN、Lonworks、工业以太网等，每种总线都在网络协议、传输速率和间隔、应用场合和站点个数限制等方面具有不同的特点。2.2Lonworks技术LonworksLocalOperatingNetworks现场总线技术是由Echelon公司推出的一种先进的开放式网络化控制技术，其构造简单，布线轻易，易于扩容和增加新功能。对于用户各种不同的功能要求，只需选用不同的控制节点，利用其开发平台，编写相应的程序，连接到控制网上即可完成，在物理上不必对网络构造作任何修改。Lonworks是目前消费现场和智能楼宇等集散式监控系统中应用最为广泛的一种现场总线技术。Lonworks支持多种传输介质和网络拓普构造，在使用变压器耦合接口FTT-10收发器，并采用双绞线的总线式构造时，可到达78kbps/2700m，并可通过中继路由器扩展传输间隔。Lonworks网的节点数可达64个，并可通过桥接路由器扩展。各智能节点的数据传递在神经元芯片等硬件和网络的支持下，以网络变量的形式连接，每个节点最多可设置62个网络变量。按照Lonworks的标准网络变量来定义的数据构造，可以解决和不同厂家产品的互操纵性问题。目前已有上千家公司推出Lonworks产品。智能结点及其神经元芯片是Lonworks总线的根底局部，它们直接安装于消费现场，收集工业现场信号并输出控制量，同时通过网络上传和接收各种网络数据，其构造如图1所示。一个智能控制器及其传感器和执行器构成一个结点Node，它可连接各种I/O设备，如工业机器人系统的行程开关、力传感器、关节电机等。LonWorks的无主站点对点网络方式，使其中任一节点的故障或者关闭都不影响其它住户节点的正常运行，进而进步了系统的稳定度。且网络节点之间使用逻辑连接，使得系统中节点的增加、修改都很轻易，便于系统调整和扩大晋级。节点的核心是神经元芯片neuronchip，它是通讯处理、数据收集和控制的通用途理器，它通过运行芯片上的NeuronC应用程序来完成数据的收集、控制和网络操纵的。3基于Lonworks技术的机器人监控系统3.1控制网络设计在制造业的消费经过中，工业机器人加工流程之间需要严密的配合与协作，因此各机器人之间的通讯与传感器数据的分享必不可少，这一性能对消费中出现的异常情况，例如缺料、故障、卡死等的智能化处理尤为重要。传统的集中通讯方式存在硬件构造复杂、现场布线困难、不易于扩展才能和实时性差等缺点，难以知足工业机器人高速、精细的协调化加工需要。为此，采用现场总线技术将诸多分散的底层传感器和执行器连接起来，各底层控制器和监控级计算机都作为网络结点接入总线，构成具有高速数据通讯和信息分享特点的控制网络。在控制网络中，各个控制级的智能结点都将相关的消费数据以网络变量的形式发送到现场总线网络中，监控主机和其它控制级的智能结点都可以根据程序设定对这些数据进展访问并分析处理，进而实现理想的全局监控效果以及各底层工业机器人在加工经过中的良好配合，尤其在消费线中的异常情况处理中，将会发挥重要的作用。对于有高级智能化信息处理功能的机器人和计算机，所有这些实时性数据都为进一步的传感器交融和信息交融创造了条件。图2是一个制造业消费中应用LonWorks现场总线技术实现机器人联网监控的方案。系统中主干网采用总线式构造，将厂区内各车间与办公楼中的核心监控主机相连;各子网分布于车间内部，均采用环形构造，进而有效地克制网络断线故障带来的影响。每个子网都通过一个相应路由器连接到主干网上，实现与控制网络主机之间的通讯。不同监控对象所用的传感器和执行器类型不同，且分散分布于全厂各处，如采用一般的集散控制方式，很难将之连接在同一系统中，而Lonworks技术的开放性那么能很轻易地解决这一问题。消费加工中的各种监测信号分为两路，所获得的两组信号，一组连接在现场的机器人控制器内，实现相对独立的部分控制。另一组监测信号以及消费线上各机器人的控制信号那么连接到分布于各车间的智能模块的I/O口上，通过现场总线实现数据的网络传输，以实现对机器人的现场控制与网络遥操纵相结合的监控体系。这样，当消费线中出现异常情况时，通过控制网络即可实现对多个机器人之间的工作协调，并进展异常情况的紧急处理;而当现场总线网络出现故障时，相对独立的机器人系统仍然可以正常地工作。3.2系统监控与治理经过智能模块的计算和转换，各种现场消费数据通过Lonworks网络送到监控中心的计算机，通过FIX或者其它组态软件，以DDE动态数据交换DynamicDataExchange或者ODBC开放式数据库互联OpenDatabaseConnectivity接收网上数据，生成数据文件并实时显示，实现对全厂消费现场各机器人的在线监控，并对异常信号还可以进展多媒体的声光报警。FIX组态软件编写的程序还可以对各智能模块的拆卸、断电和故障做出判定并报警。为知足企业信息化治理的需要，可在插有Lonworks网卡的控制网监控主机的内部另外再插一块TCP/IP的企业内部Intranet网卡，利用FIX或者其它实现企业治理中的消费数据分享。各相关的被受权部门那么可通过企业内部网，根据各自的访问权限对消费经过进展远程监视。此外，组态软件还具备有自动生成报表的功能，可生玉成厂和各车间的各类报表，各类信息数据都能直接提供应企业的治理人员，并在此根底上构建CIMS或者ERP等形式的企业信息化治理系统，用以支持全厂和各车间治理与决策，其数据流向方式如图3所示。此外，制造业消费的治理具有双重性，根据产品加工经过流程进展的纵向治理，或根据消费工艺类型和人员装备进展的横向治理。以机器人加工技术为代表的当代化消费线系统具有高度的连续性，从最初的元件或者毛坯，经太多个消费环节的逐步的加工和装配，最后形成产品，整个经过前后连接，其治理形式是纵向的。而另一方面，在同一工厂的不同车间中，各条消费线上都具有处于一样消费环节的机器人设备和操纵维护人员，例如每条消费线上都有进料、装配和包装等环节，假如是消费同一种产品，那么各消费线中各环节都是平行且一样的。为了以最高效率发挥人力资源，以便于设备的维护和消费的进展，同类消费和技术人员应可以分工治理分布于不同车间中的同一类消费工艺和设备，同时也可以减少消费线维修的备件数目。这样就可以最大限度的减少备用劳动力人员，由每车间一组备用人员精简到全厂多个车间共用较少组的备用人员，也就是横向化治理形式。但这种纵横穿插的形式，在一定程度上增加了治理上的难度。应用现场总线这种网络化控制技术，可以很好地解决这一问题。通过FIX组态软件所制作的监控界面，既能按各车间消费线的实际加工经过进展监控，也可以将分布于厂区不同车间内的同类机器人加工经过放置在计算机的同一监控窗口之内，形成一个一体的虚拟车间，使处于不同车间的同类机器人的现场数据可同时显示于这个车间的内部，这样就可以灵敏的装备消费、技术和维修经过中所需要的人员，并进展高效的消费物流控制，进而进步整体的治理效率。4系统软件4.1现场总线网络系统软件Lonworks总线具有功能完善的软件平台，包括网络通讯治理系统LNS和现场调试工具Lonbuilder等，其通讯协议Lontalk采用ISO/OSI模型的全部七层构造，是直接面向对象的网络协议。在网络系统软件的支持下，用户只需要将网络的拓扑构造模型和各智能模块及其网络变量参数输入到监控主机的配置文件中，整个控制网络即可自行配置并运行。4.2智能模块编程软件各智能模块内部神经元芯片中的应用CPU、片内存储器和I/O接口构成现场总线的底层控制体系。应用网络开发语言NeuronC可以在网络的监控主机上编写各智能模块的内部程序，并可通过总线网络对程序进展下载或者修改。4.3监控组态软件在现场总线的根底上，利用DDE动态数据交换或者ODBC开放式数据库互联技术，可通过FIX、组态王等组态软件，开发出面向某特定应用消费现场的系统监控软件，实现对全厂消费现场各机器人的在线监控。同时，组态软件还可实现数据的远传与分享、历史数据显示、报表自动生成、异常情况报警等功能。4.4企业信息化治理软件当代制造业企业，一方面应是以机器人应用为特点的高精度、高效率、高质量自动化消费，另一方面应是以计算机集成制造系统CIMS和企业资源方案ERP等先进治理形式的信息化消费。现场总线技术为消费层数据的网络化传输、存储和分享提供了条件，通过先进数据库软件、CAD/CAM软件、CIMS或者ERP系统软件等，就可使信息化治理深化到从企业最高的治理决策层到最低的消费层中每一个环节。5完毕语现场总线技术作为一种先进的、智能的网络化控制技术，基于控制网络构成的分布式智能机器人感悟系统，对于进步智能机器人系统的总体协调合作性能与人机交互才能，具有重要的科研价值和现实意义。Lonworks现场总线的高度实时性、可靠性、可扩展才能和容错才能等方面的优点，为智能机器人构造先进的网络集成式全分布控制系统提供了有效途径，是实现CIMS和ERP等先进企业治理系统的重要根底，正成为我国大中型企业实现以信息化带开工业化的主要解决方案。参考文献： 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