基于Lonworks總線技術工業機器人監控系統研究

　　是一個制造業生產中應用Lon Works現場總線技術實現機器人聯網監控的方案。系統中主干網采用總線式結構，將廠區內各車間與辦公樓中的核心監控主機相連；各子網分布于車間內部，均采用環形結構，從而有效地克服網絡斷線故障帶來的影響。每個子網都通過一個相應路由器連接到主干網上，實現與控制網絡主機之間的通信。不同監控對象所用的傳感器和執行器類型不同，且分散分布于全廠各處，如采用一般的集散控制方式，很難將之連接在同一系統中，而Lonworks技術的開放性則能很容易地解決這一問題。生產加工中的各種監測信號分為兩路，所獲得的兩組信號，一組連接在現場的機器人控制器內，實現相對獨立的局部控制。另一組監測信號以及生產線上各機器人的控制信號則連接到分布于各車間的智能模塊的I/O口上，通過現場總線實現數據的網絡傳輸，以實現對機器人的現場控制與網絡遙操作相結合的監控體系。這樣，當生產線中出現異常情況時，通過控制網絡即可實現對多個機器人之間的工作協調，并進行異常情況的緊急處理；而當現場總線網絡出現故障時，相對獨立的機器人系統仍然可以正常地工作。

　　3.2 系統監控與管理

　　經過智能模塊的計算和轉換，各種現場生產數據通過Lonworks網絡送到監控中心的計算機，通過FIX或其它組態軟件，以DDE動態數據交換（Dynamic Data Exchange）或ODBC開放式數據庫互聯（OpenDatabaseConnectivity）接收網上數據，生成數據文件并實時顯示，實現對全廠生產現場各機器人的在線監控，并對異常信號還可以進行多媒體的聲光報警。FIX組態軟件編寫的程序還可以對各智能模塊的拆卸、斷電和故障做出判斷并報警。

　　為滿足企業信息化管理的需要，可在插有Lonworks網卡的控制網監控主機的內部另外再插一塊TCP/IP的企業內部Intranet網卡，利用FIX或其它組態軟件實現企業管理中的生產數據共享。各相關的被授權部門則可通過企業內部網，根據各自的訪問權限對生產過程進行遠程監視。此外，組態軟件還具備有自動生成報表的功能，可生成全廠和各車間的各類報表，各類信息數據都能直接提供給企業的管理人員，并在此基礎上構建CIMS或ERP等形式的企業信息化管理系統，用以支持全廠和各車間管理與決策。

　　此外，制造業生產的管理具有雙重性，根據產品加工過程流程進行的縱向管理，或者根據生產工藝類型和人員配備進行的橫向管理。以機器人加工技術為代表的現代化生產線系統具有高度的連續性，從最初的元件或毛坯，經過多個生產環節的逐步的加工和裝配，最后形成產品，整個過程前后連貫，其管理模式是縱向的。而另一方面，在同一工廠的不同車間中，各條生產線上都具有處于相同生產環節的機器人設備和操作維護人員，例如每條生產線上都有進料、裝配和包裝等環節，如果是生產同一種產品，則各生產線中各環節都是平行且相同的。為了以最高效率發揮人力資源，以便于設備的維護和生產的進行，同類生產和技術人員應能夠分工管理分布于不同車間中的同一類生產工藝和設備，同時也可以減少生產線維修的備件數量。這樣就可以最大限度的減少備用勞動力人員，由每車間一組備用人員精簡到全廠多個車間共用較少組的備用人員，也就是橫向化管理模式。

　　但這種縱橫交叉的模式，在一定程度上增加了管理上的難度。應用現場總線這種網絡化控制技術，可以很好地解決這一問題。通過FIX組態軟件所制作的監控界面，既能按各車間生產線的實際加工過程進行監控，也能夠將分布于廠區不同車間內的同類機器人加工過程放置在計算機的同一監控窗口之內，形成一個一體的“虛擬車間”，使處于不同車間的同類機器人的現場數據可同時顯示于這個“車間”的內部，這樣就可以靈活的配備生產、技術和維修過程中所需要的人員，并進行高效的生產物流控制，從而提高整體的管理效率。

　　4 系統軟件

　　4.1 現場總線網絡系統軟件

　　Lonworks總線具有功能完善的軟件平臺，包括網絡通信管理系統LNS和現場調試工具Lonbuilder等，其通信協議Lontalk采用ISO/OSI模型的全部七層結構，是直接面向對象的網絡協議。在網絡系統軟件的支持下，用戶只需要將網絡的拓撲結構模型和各智能模塊及其網絡變量參數輸入到監控主機的配置文件中，整個控制網絡即可自行配置并運行。

　　4.2 智能模塊編程軟件

　　各智能模塊內部神經元芯片中的應用CPU、片內存儲器和I/O接口構成現場總線的底層控制體系。應用網絡開發語言NeuronC可以在網絡的監控主機上編寫各智能模塊的內部程序，并可通過總線網絡對程序進行下載或修改。

　　4.3 監控組態軟件

　　在現場總線的基礎上，利用DDE動態數據交換或ODBC開放式數據庫互聯技術，可通過FIX、組態王等組態軟件，開發出面向某特定應用生產現場的系統監控軟件，實現對全廠生產現場各機器人的在線監控。同時，組態軟件還可實現數據的遠傳與共享、歷史數據顯示、報表自動生成、異常情況報警等功能。

　　4.4 企業信息化管理軟件

　　現代制造業企業，一方面應是以機器人應用為特點的高精度、高效率、高質量自動化生產，另一方面應是以計算機集成制造系統CIMS和企業資源計劃ERP等先進管理模式的信息化生產。現場總線技術為生產層數據的網絡化傳輸、存儲和共享提供了條件，通過先進數據庫軟件、CAD/CAM軟件、CIMS或ERP系統軟件等，就可使信息化管理深入到從企業最高的管理決策層到最低的生產層中每一個環節。

　　5 結束語

　　現場總線技術作為一種先進的、智能的網絡化控制技術，基于控制網絡構成的分布式智能機器人感知系統，對于提高智能機器人系統的總體協調合作性能與人機交互能力，具有重要的科研價值和現實意義。Lonworks現場總線的高度實時性、可靠性、可擴展能力和容錯能力等方面的優點，為智能機器人構造先進的網絡集成式全分布控制系統提供了有效途徑，是實現CIMS和ERP等先進企業管理系統的重要基礎，正成為我國大中型企業實現以信息化帶動工業化的主要解決方案。