基于Lonworks總線技術工業(yè)機器人監(jiān)控系統(tǒng)研究

　　1 引言

　　機器人技術和企業(yè)信息化技術是當前國內(nèi)制造業(yè)企業(yè)提高生產(chǎn)效率和工藝水平的兩大關鍵技術，前者針對技術問題，后者則針對管理問題，是制造業(yè)進行技術革新和增效創(chuàng)利的重要途徑，具有可觀的經(jīng)濟效益和應用價值。

　　在現(xiàn)代制造業(yè)中的智能機器人技術集傳感、控制、信息處理、人工智能和網(wǎng)絡通信于一體，其功能日益強大，結(jié)構(gòu)更趨復雜和完善，其所裝備的各種傳感器和執(zhí)行器數(shù)量不斷增加。而現(xiàn)場總線作為工業(yè)控制現(xiàn)場的底層網(wǎng)絡，一方面面向生產(chǎn)現(xiàn)場的各種設備，可以使單個分散的現(xiàn)場機器人設備連接成能夠相互通信和協(xié)作的網(wǎng)絡式控制系統(tǒng)，另一方面又可通過企業(yè)的內(nèi)部局域網(wǎng)實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的全廠傳輸和共享。目前，基于現(xiàn)場總線技術而建立的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)正成為我國大中型企業(yè)實現(xiàn)以信息化帶動工業(yè)化的主要解決方案。

　　2 Lonworks現(xiàn)場總線技術

　　2.1 現(xiàn)場總線

　　現(xiàn)場總線是建立在網(wǎng)絡化控制基礎之上，應用于生產(chǎn)現(xiàn)場、在微機化測控設備之間實現(xiàn)雙向串行多字節(jié)數(shù)字通信的系統(tǒng)，是一種開放式、數(shù)字化、多點通信的底層控制網(wǎng)絡。它面向于生產(chǎn)控制設備，多采用短幀方式傳輸數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡速率通常可達幾k～10Mbps，具有良好的實時性?，F(xiàn)場總線技術為構(gòu)造網(wǎng)絡集成式全分布控制系統(tǒng)提供了有效途徑。

　　現(xiàn)場總線技術與集散控制相比，具有開放性、網(wǎng)絡化信息共享、智能化、高度分散性、功能自治性和高可靠性等優(yōu)點，可以大幅度節(jié)省硬件數(shù)量和投資，便于安裝、擴展、維護。目前的現(xiàn)場總線技術主要有基金會總線FoundationField-bus、PROFIBUS（DP、PA、FMS）、CAN、Lonworks、工業(yè)以太網(wǎng)等，每種總線都在網(wǎng)絡協(xié)議、傳輸速率和距離、應用場合和站點個數(shù)限制等方面具有不同的特點。

　　2.2 Lonworks技術

　　Lonworks（LocalOperatingNetworks）現(xiàn)場總線技術是由Echelon公司推出的一種先進的開放式網(wǎng)絡化控制技術，其結(jié)構(gòu)簡單，布線容易，易于擴容和增加新功能。對于用戶各種不同的功能要求，只需選用不同的控制節(jié)點，利用其開發(fā)平臺，編寫相應的程序，連接到控制網(wǎng)上即可完成，在物理上不必對網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)作任何修改。Lonworks是目前生產(chǎn)現(xiàn)場和智能樓宇等集散式監(jiān)控系統(tǒng)中應用最為廣泛的一種現(xiàn)場總線技術。

　　Lonworks支持多種傳輸介質(zhì)和網(wǎng)絡拓普結(jié)構(gòu)，在使用變壓器耦合接口FTT-10收發(fā)器，并采用雙絞線的總線式結(jié)構(gòu)時，可達到78kbps/2700m，并可通過中繼路由器擴展傳輸距離。Lonworks網(wǎng)的節(jié)點數(shù)可達64個，并可通過橋接路由器擴展。各智能節(jié)點的數(shù)據(jù)傳遞在神經(jīng)元芯片等硬件和網(wǎng)絡的支持下，以網(wǎng)絡變量的形式連接，每個節(jié)點最多可設置62個網(wǎng)絡變量。按照Lonworks的標準網(wǎng)絡變量來定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以解決和不同廠家產(chǎn)品的互操作性問題。目前已有上千家公司推出Lonworks產(chǎn)品。

　　智能結(jié)點及其神經(jīng)元芯片是Lonworks總線的基礎部分，它們直接安裝于生產(chǎn)現(xiàn)場，采集工業(yè)現(xiàn)場信號并輸出控制量，同時通過網(wǎng)絡上傳和接收各種網(wǎng)絡數(shù)據(jù)。

　　一個智能控制器及其傳感器和執(zhí)行器構(gòu)成一個結(jié)點（Node），它可連接各種I/O設備，如工業(yè)機器人系統(tǒng)的行程開關、力傳感器、關節(jié)電機等。Lon Works的無主站點對點網(wǎng)絡方式，使其中任一節(jié)點的故障或關閉都不影響其它住戶節(jié)點的正常運行，從而提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定度。且網(wǎng)絡節(jié)點之間使用邏輯連接，使得系統(tǒng)中節(jié)點的增加、修改都很容易，便于系統(tǒng)調(diào)整和擴充升級。節(jié)點的核心是神經(jīng)元芯片（neuronchip），它是通信處理、數(shù)據(jù)采集和控制的通用處理器，它通過運行芯片上的NeuronC應用程序來完成數(shù)據(jù)的采集、控制和網(wǎng)絡操作的。

　　3 基于Lonworks技術的機器人監(jiān)控系統(tǒng)

　　3.1 控制網(wǎng)絡設計

　　在制造業(yè)的生產(chǎn)過程中，工業(yè)機器人加工流程之間需要緊密的配合與協(xié)作，因此各機器人之間的通信與傳感器數(shù)據(jù)的共享必不可少，這一性能對生產(chǎn)中出現(xiàn)的異常情況，例如缺料、故障、卡死等的智能化處理尤為重要。傳統(tǒng)的集中通信方式存在硬件結(jié)構(gòu)復雜、現(xiàn)場布線困難、不易于擴展能力和實時性差等缺點，難以滿足工業(yè)機器人高速、精密的協(xié)調(diào)化加工需要。為此，采用現(xiàn)場總線技術將眾多分散的底層傳感器和執(zhí)行器連接起來，各底層控制器和監(jiān)控級計算機都作為網(wǎng)絡結(jié)點接入總線，構(gòu)成具有高速數(shù)據(jù)通信和信息共享特點的控制網(wǎng)絡。在控制網(wǎng)絡中，各個控制級的智能結(jié)點都將相關的生產(chǎn)數(shù)據(jù)以網(wǎng)絡變量的形式發(fā)送到現(xiàn)場總線網(wǎng)絡中，監(jiān)控主機和其它控制級的智能結(jié)點都可以根據(jù)程序設定對這些數(shù)據(jù)進行訪問并分析處理，從而實現(xiàn)理想的全局監(jiān)控效果以及各底層工業(yè)機器人在加工過程中的良好配合，尤其在生產(chǎn)線中的異常情況處理中，將會發(fā)揮重要的作用。對于有高級智能化信息處理功能的機器人和計算機，所有這些實時性數(shù)據(jù)都為進一步的傳感器融合和信息融合創(chuàng)造了條件。