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3 基于Lonworks技术的机器人监控系统

3.1控制网络设计

在制造业的生产过程中，工业机器人加工流程之间需要紧密的配合与协作，因此各机器人之间的通信与传感器数据的共享必不可少，这一性能对生产中出现的异常情况，例如缺料、故障、卡死等的智能化处理尤为重要。传统的集中通信方式存在硬件结构复杂、现场布线困难、不易于扩展能力和实时性差等缺点，难以满足工业机器人高速、精密的协调化加工需要。为此，采用现场总线技术将众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信和信息共享特点的控制网络。在控制网络中，各个控制级的智能结点都将相关的生产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行访问并分析处理，从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过程中的良好配合，尤其在生产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融合和信息融合创造了条件。

图2是一个制造业生产中应用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结构，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，均采用环形结构，从而有效地克服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信。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技术的开放性则能很容易地解决这一问题。生产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，实现相对独立的局部控制。另一组监测信号以及生产线上各机器人的控制信号则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作相结合的监控体系。这样，当生产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，并进行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系统监控与管理

经过智能模块的计算和转换，各种现场生产数据通过Lonworks网络送到监控中心的计算机，通过FIX或其它组态软件，以DDE动态数据交换（Dynamic Data Exchange）或ODBC开放式数据库互联 （Open Database Connectivity）接收网上数据，生成数据文件并实时显示，实现对全厂生产现场各机器人的在线监控，并对异常信号还可以进行多媒体的声光报警。FIX组态软件编写的程序还可以对各智能模块的拆卸、断电和故障做出判断并报警。

为满足企业信息化管理的需要，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或其它组态软件实现企业管理中的生产数据共享。各相关的被授权部门则可通过企业内部网，根据各自的访问权限对生产过程进行远程监视。此外，组态软件还具备有自动生成报表的功能，可生成全厂和各车间的各类报表，各类信息数据都能直接提供给企业的管理人员，并在此基础上构建CIMS或ERP等形式的企业信息化管理系统，用以支持全厂和各车间管理与决策，其数据流向方式如图3所示。

此外，制造业生产的管理具有双重性，根据产品加工过程流程进行的纵向管理，或者根据生产工艺类型和人员配备进行的横向管理。以机器人加工技术为代表的现代化生产线系统具有高度的连续性，从最初的元件或毛坯，经过多个生产环节的逐步的加工和装配，最后形成产品，整个过程前后连贯，其管理模式是纵向的。而另一方面，在同一工厂的不同车间中，各条生产线上都具有处于相同生产环节的机器人设备和操作维护人员，例如每条生产线上都有进料、装配和包装等环节，如果是生产同一种产品，则各生产线中各环节都是平行且相同的。为了以最高效率发挥人力资源，以便于设备的维护和生产的进行，同类生产和技术人员应能够分工管理分布于不同车间中的同一类生产工艺和设备，同时也可以减少生产线维修的备件数量。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，也就是横向化管理模式。

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关键词： 现场总线 工业机器人 监控系统 Lonworks