基于PLC的工業(yè)機(jī)器人監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

馬偉俊，韓少華

（蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730060）

0 引言

工業(yè)機(jī)械人對我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)模式的升級發(fā)揮了重要的作用，同時出現(xiàn)的安全事故也不斷增多[1]?；赑LC的工業(yè)機(jī)器人監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計作為解決工業(yè)機(jī)器人的安全防護(hù)問題的有效路徑，已成為相關(guān)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)議題。本文就PLC工業(yè)機(jī)器人監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行分析。

1 PLC控制工業(yè)機(jī)器人監(jiān)控系統(tǒng)特點(diǎn)

PLC監(jiān)控系統(tǒng)即以PLC（可編程邏輯控制器）為處理器的監(jiān)視控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)多見于工業(yè)上的溫度控制處理、地鐵隧道中的實時監(jiān)控等；從應(yīng)用優(yōu)勢來講，具有處理速度快，可靠穩(wěn)定，能適應(yīng)各種惡劣環(huán)境，比之以往的電腦處理器監(jiān)控系統(tǒng)性能更佳的應(yīng)用優(yōu)勢。具體通信圖如圖1所示。

圖1 PLC通路的梯形圖

以PLC控制工業(yè)機(jī)器人監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計為例，在機(jī)床及其自動化生產(chǎn)線上，用于搬取貨物、拆卸零件，確保工業(yè)生產(chǎn)自動化上，以其可控制箱、編程控制輸入指令的便捷性、操作性能的穩(wěn)定性、運(yùn)行更簡便、穩(wěn)定性更高的優(yōu)勢，在連續(xù)性工作及其運(yùn)行可靠性中，更具系統(tǒng)穩(wěn)定發(fā)展優(yōu)勢[2]。

2 PLC工業(yè)機(jī)器人監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計細(xì)則

2.1 設(shè)計背景和目的

德國利用物聯(lián)信息系統(tǒng)（Cyber Physical System，CPS）將生產(chǎn)中的供應(yīng)，制造，銷售信息數(shù)據(jù)化、智慧化，最后達(dá)到快速，有效，個人化的產(chǎn)品供應(yīng)。中國以推進(jìn)智能化制造為主攻方向，以滿足經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和國防建設(shè)對重大技術(shù)裝備的需求為目標(biāo)[3]。機(jī)器人及其生產(chǎn)線上關(guān)鍵設(shè)備、各種執(zhí)行元件及控制系統(tǒng)的有效應(yīng)用，有待通過技術(shù)手段加以改善。

2.2 設(shè)計內(nèi)容

采用機(jī)器人及其生產(chǎn)線設(shè)備遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，基于硬件結(jié)構(gòu)結(jié)合軟件編程，實現(xiàn)對機(jī)器人及生產(chǎn)線中關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)采集、挖掘、離線分析及無線遠(yuǎn)傳，并最終實現(xiàn)，在遠(yuǎn)程平臺和移動平臺上監(jiān)控機(jī)器人及關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的目的。

硬件系統(tǒng)主要包括連接中控室工控機(jī)、交換機(jī)和數(shù)據(jù)服務(wù)器。其中數(shù)據(jù)服務(wù)器通過以太網(wǎng)連接機(jī)器人控制器、生產(chǎn)線所有以太網(wǎng)接口智能設(shè)備，生產(chǎn)線所有SIEMENS 系列 PLC通過PROFINET接口與數(shù)據(jù)服務(wù)器連接中控室工控機(jī)并附加連接中控室大屏幕和移動終端，交換機(jī)和數(shù)據(jù)服務(wù)器均為冗余配置[4]。具體設(shè)計實現(xiàn)如圖2所示。

圖2 基于PLC監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

2.3 設(shè)計優(yōu)勢

通過配置兩臺數(shù)據(jù)服務(wù)器，分別用于冗余，數(shù)據(jù)服務(wù)器中安裝SQLSERVER2008數(shù)據(jù)庫，在完成數(shù)據(jù)的篩選、分類、存儲等處理中效果明顯。中控室工控機(jī)安裝高級語言開發(fā)工具，用于開發(fā)監(jiān)控平臺軟件，在工控機(jī)上顯示需要的參數(shù)，也可以通過串口通訊，在大屏幕上有選擇的顯示所需要重點(diǎn)監(jiān)控的畫面。為方便在移動平臺上實時進(jìn)行監(jiān)控，可以開發(fā)基于安卓和蘋果平臺的APP，實現(xiàn)遠(yuǎn)程實時監(jiān)控。

本監(jiān)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)中，通過開發(fā)并安裝相關(guān)的程序軟件，以太網(wǎng)通訊接口，與數(shù)據(jù)服務(wù)器通信連接機(jī)器人控制器中配置。線上所有帶通信接口的智能設(shè)備通過以太網(wǎng)與數(shù)據(jù)服務(wù)器通信連接，所有PLC通過PROFINET接口與數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。數(shù)據(jù)服務(wù)器通過交換機(jī)與中控室工控機(jī)連接。中控室工控機(jī)可通過中控室大屏幕顯示操作界面，或通過移動終端操作。機(jī)器人、PLC及智能設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和操作記錄實時傳輸?shù)綌?shù)據(jù)服務(wù)器中保存，其中機(jī)器人核心參數(shù)及關(guān)鍵數(shù)據(jù)保存時間＞2年；模擬量建立趨勢記錄，存儲時間＞3月。比之機(jī)器人、智能設(shè)備和PLC中采集，在實時運(yùn)行數(shù)據(jù)對比，分析機(jī)器人、PLC等智能設(shè)備提取異常信息，故障點(diǎn)快速定位。數(shù)據(jù)服務(wù)器設(shè)置預(yù)警等級，中控室大屏幕操作界面中提示輕故障，重故障聲光報警或快速停車。離線或在線檢測設(shè)備，如點(diǎn)巡檢儀進(jìn)行設(shè)備點(diǎn)檢，點(diǎn)檢狀態(tài)實時在操作界面中顯示，對超過規(guī)定時間或未按規(guī)定線路進(jìn)行設(shè)備點(diǎn)檢的事件進(jìn)行記錄，并報警提示。數(shù)據(jù)服務(wù)器中預(yù)置機(jī)器人、智能設(shè)備及PLC控制設(shè)備的維保周期和維保內(nèi)容，同時對關(guān)鍵設(shè)備到達(dá)維保周期的，提前1-3天進(jìn)行提示。對超過規(guī)定時間未進(jìn)行維保操作的事件進(jìn)行記錄并報警提示，并可通過與OA系統(tǒng)的通信，為維保人員的績效考核提供依據(jù)。數(shù)據(jù)服務(wù)器中預(yù)置機(jī)器人及生產(chǎn)線各設(shè)備故障分類信息及處理方法，根據(jù)機(jī)器人及生產(chǎn)線各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行故障判斷，對于出現(xiàn)的故障隨時提示并提供參考解決方案，避免設(shè)備出現(xiàn)嚴(yán)重故障。同時根據(jù)設(shè)備監(jiān)控參數(shù)的變化趨勢以及各種統(tǒng)計分析結(jié)果，對可能出現(xiàn)的故障給出預(yù)測預(yù)判[5]。

2.4 設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)

以安全門的操作記錄在中控室大屏幕操作界面上集中顯示，生產(chǎn)線所有安全系統(tǒng)的狀態(tài)，如安全鎖的開啟或關(guān)閉狀態(tài)、安全光幕的狀態(tài)，也在中控室大屏幕操作界面上集中顯示，方便設(shè)備管理人員了解系統(tǒng)整體狀況。

線上電控柜中配置電量計量裝置，并通過PLC連接數(shù)據(jù)服務(wù)器，定期監(jiān)控并統(tǒng)計電量的消耗。機(jī)器人絕對值編碼器電池通過機(jī)器人控制器連接數(shù)據(jù)服務(wù)器，電量不足時報警提示，及時更換備件，防止機(jī)器人數(shù)據(jù)丟失。

數(shù)據(jù)服務(wù)器預(yù)留通信接口，可鏈接到已有OA系統(tǒng)或ERP系統(tǒng)，當(dāng)有生產(chǎn)線設(shè)備損壞時，直接鏈接至已有的庫存管理模塊，了解當(dāng)前的備件庫存狀態(tài)，方便設(shè)備管理人員及時補(bǔ)充備件，防止備件庫存過多或庫存不足，減少資金占用。

2.5 設(shè)計中的難點(diǎn)

隨著傳感技術(shù)的發(fā)展，各種傳感器在機(jī)器人及其生產(chǎn)線中得到了充分應(yīng)用，例如力傳感器、視覺傳感器、電池電量監(jiān)測傳感器、各種接近開關(guān)、光電開關(guān)等，這些傳感器相當(dāng)于生產(chǎn)線的“眼睛”，實時注視著生產(chǎn)線的狀態(tài)，同時參與對生產(chǎn)線各種執(zhí)行元件的控制，但由于缺乏系統(tǒng)性的功能架構(gòu)的設(shè)計，當(dāng)前這些傳感器采集到的數(shù)據(jù)并沒有得到充分有效的利用，例如，如何通過機(jī)器人某一軸電機(jī)電流的變化趨勢，分析出當(dāng)前潛在的故障信息；把機(jī)器人絕對值編碼器電池電量的信息實時遠(yuǎn)傳，讓設(shè)備管理者無需親臨現(xiàn)場，就能遠(yuǎn)程預(yù)知編碼器電池的電量，及時購買備件，防止機(jī)器人數(shù)據(jù)的丟失。構(gòu)建設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的第一步，就是利用總線或當(dāng)前設(shè)備現(xiàn)有的通訊接口，把這些現(xiàn)有的傳感器數(shù)據(jù)充分整合到一。實現(xiàn)對監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)挖掘等難度極大。

3 結(jié)語

工業(yè)機(jī)器人監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計PLC控制技術(shù)的應(yīng)用，比之以往單純的接線控制，在簡化裝置、節(jié)約空間、降低故障發(fā)生率、穩(wěn)定設(shè)備運(yùn)行、便于后期維護(hù)上，發(fā)揮了積極的作用。本文概述了PLC工業(yè)機(jī)器人監(jiān)控系統(tǒng)在設(shè)備運(yùn)行階段、提升勞動生產(chǎn)率，實現(xiàn)各動作自我轉(zhuǎn)換，更好地監(jiān)控工業(yè)生產(chǎn)，為滿足工況實際運(yùn)行需求提供了有效借鑒。