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基于現場(chǎng)總線(xiàn)的工業(yè)機器人監控系統研究
作者：
時(shí)間：2013-02-22
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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1 引言
機器人技術(shù)和企業(yè)信息化技術(shù)是當前國內制造業(yè)企業(yè)提高生產(chǎn)效率和工藝水平的兩大關(guān)鍵技術(shù)，前者針對技術(shù)問(wèn)題，后者則針對管理問(wèn)題，是制造業(yè)進(jìn)行技術(shù)革新和增效創(chuàng )利的重要途徑，具有可觀(guān)的經(jīng)濟效益和應用價(jià)值。
在現代制造業(yè)中的智能機器人技術(shù)集傳感、控制、信息處理、人工智能和網(wǎng)絡(luò )通信于一體，其功能日益強大，結構更趨復雜和完善，其所裝備的各種傳感器和執行器數量不斷增加。而現場(chǎng)總線(xiàn)作為工業(yè)控制現場(chǎng)的底層網(wǎng)絡(luò )，一方面面向生產(chǎn)現場(chǎng)的各種設備，可以使單個(gè)分散的現場(chǎng)機器人設備連接成能夠相互通信和協(xié)作的網(wǎng)絡(luò )式控制系統，另一方面又可通過(guò)企業(yè)的內部局域網(wǎng)實(shí)現生產(chǎn)數據的全廠(chǎng)傳輸和共享。目前，基于現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)而建立的網(wǎng)絡(luò )控制系統正成為我國大中型企業(yè)實(shí)現以信息化帶動(dòng)工業(yè)化的主要解決方案。
2 Lonworks現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)
2.1現場(chǎng)總線(xiàn)
現場(chǎng)總線(xiàn)是建立在網(wǎng)絡(luò )化控制基礎之上，應用于生產(chǎn)現場(chǎng)、在微機化測控設備之間實(shí)現雙向串行多字節數字通信的系統，是一種開(kāi)放式、數字化、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò )。它面向于生產(chǎn)控制設備，多采用短幀方式傳輸數據，網(wǎng)絡(luò )速率通?？蛇_幾k～10Mbps，具有良好的實(shí)時(shí)性?，F場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)為構造網(wǎng)絡(luò )集成式全分布控制系統提供了有效途徑。
現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)與集散控制相比，具有開(kāi)放性、網(wǎng)絡(luò )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(diǎn)，可以大幅度節省硬件數量和投資，便于安裝、擴展、維護。目前的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)主要有基金會(huì )總線(xiàn)Foundation Field-bus、PROFIBUS（DP、PA、FMS）、CAN、Lonworks、工業(yè)以太網(wǎng)等，每種總線(xiàn)都在網(wǎng)絡(luò )協(xié)議、傳輸速率和距離、應用場(chǎng)合和站點(diǎn)個(gè)數限制等方面具有不同的特點(diǎn)。
2.2 Lonworks技術(shù)
Lonworks（Local Operating Networks）現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)是由Echelon公司推出的一種先進(jìn)的開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò )化控制技術(shù)，其結構簡(jiǎn)單，布線(xiàn)容易，易于擴容和增加新功能。對于用戶(hù)各種不同的功能要求，只需選用不同的控制節點(diǎn)，利用其開(kāi)發(fā)平臺，編寫(xiě)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(luò )結構作任何修改。Lonworks是目前生產(chǎn)現場(chǎng)和智能樓宇等集散式監控系統中應用最為廣泛的一種現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)。
Lonworks支持多種傳輸介質(zhì)和網(wǎng)絡(luò )拓普結構，在使用變壓器耦合接口FTT-10收發(fā)器，并采用雙絞線(xiàn)的總線(xiàn)式結構時(shí)，可達到78kbps/2700m，并可通過(guò)中繼路由器擴展傳輸距離。Lonworks網(wǎng)的節點(diǎn)數可達64個(gè)，并可通過(guò)橋接路由器擴展。各智能節點(diǎn)的數據傳遞在神經(jīng)元芯片等硬件和網(wǎng)絡(luò )的支持下，以網(wǎng)絡(luò )變量的形式連接，每個(gè)節點(diǎn)最多可設置62個(gè)網(wǎng)絡(luò )變量。按照Lonworks的標準網(wǎng)絡(luò )變量來(lái)定義的數據結構，可以解決和不同廠(chǎng)家產(chǎn)品的互操作性問(wèn)題。目前已有上千家公司推出Lonworks產(chǎn)品。
智能結點(diǎn)及其神經(jīng)元芯片是Lonworks總線(xiàn)的基礎部分，它們直接安裝于生產(chǎn)現場(chǎng)，采集工業(yè)現場(chǎng)信號并輸出控制量，同時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò )上傳和接收各種網(wǎng)絡(luò )數據，其結構如圖1所示。 
一個(gè)智能控制器及其傳感器和執行器構成一個(gè)結點(diǎn)（Node），它可連接各種I/O設備，如工業(yè)機器人系統的行程開(kāi)關(guān)、力傳感器、關(guān)節電機等。LonWorks的無(wú)主站點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )方式，使其中任一節點(diǎn)的故障或關(guān)閉都不影響其它住戶(hù)節點(diǎn)的正常運行，從而提高了系統的穩定度。且網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)之間使用邏輯連接，使得系統中節點(diǎn)的增加、修改都很容易，便于系統調整和擴充升級。節點(diǎn)的核心是神經(jīng)元芯片（neuron chip），它是通信處理、數據采集和控制的通用處理器，它通過(guò)運行芯片上的Neuron C應用程序來(lái)完成數據的采集、控制和網(wǎng)絡(luò )操作的。
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