基于現場總線的工業機器人智能控制研究

崔寧

（德州職業技術學院 山東省德州市 253034）

科學技術是第一生產力，伴隨著現場總線技術在工業機器人智能控制系統中逐漸顯露價值，相關領域的學者對工業機器人的智能控制也研究探索也越來越深入，逐漸開發出了工業機器人在眾多領域的價值。相信在未來的工業機器人控制領域，基于現場總線技術的工業機器人智能控制系統一定會發揮自身優勢，為各行各業提供便利，起到更加重要的作用。

1 現場總線技術與工業機器人相關概述

FCS 控制系統（Field bus Control System），即現場總線數字化控制系統。現場總線控制系統是一種基礎現場設備之間互相進行數字信號傳輸的新型總線控制系統[1]。工業機器人作為借助現代高新技術研發出來的一個系統工程，其主要結構包括有人機操作界面、運動控制器及驅動器，同時還包括機器人機械本體，這些部件之間通過多種系統緊密聯系、相互協作，最終形成一個閉環的系統工程[2]。

2 工業機器人現場總線智能控制的優勢

2.1 穩定性優勢

在工業制造領域中應用現場總線技術，通過現場總線技術對工業機器人進行智能控制，可以對機械設計制造現場工作進行控制協調。通過總線技術，機械設計制造工作現場內所有正在運行的機械設備以及監測儀器，都能集中到一臺總控設備上，以便于進行統一的把控和操作，進而實現全方位自動化制造的效果。在機械設計制造工作當中使用總線技術代替信號傳輸控制技術，可以有效避免信號傳輸受到機械設計制造現場電磁信號的營養，導致的信號傳輸緩慢甚至錯誤產生的制造事故。總線技術通過線纜傳輸，傳輸的穩定程度遠遠超過信號傳輸控制技術，能夠最大程度上保障機械設計制造生產當中自動化控制指令傳達的穩定性，從而為機械設計制造生產的高效穩定開展保駕護航。

2.2 適配性優勢

數字化儀控系統的控制系統有多種綜合應用形式，而DCS+FCS+PLC 控制系統的綜合應用就是其中之一。DCS+FCS+ PLC 控制系統，即集散式控制系統、現場總線控制系統與可編程邏輯控制系統的集成綜合系統，如圖1 所示。通常情況下，工業場地的開關柜、電動門、執行器、變送器等監控設備將多達上萬臺，而工業場地的大量監控設備的檢修、維護、運行以及調整的工作非常巨大，傳統的儀控系統管理模式往往只能被動的進行維護檢修，很容易影響工業制造產業的科研生產工作，嚴重的情況下甚至會威脅工業制造現場工作人員的人身生命安全。而使用集散式控制系統、現場總線控制系統與可編程邏輯及控制系統的集成綜合系統，就能夠輕松獲得生產場地各個監控設備的即時信息，以便于在監控設備出現問題的情況下，能夠及時的發現并且進行維護檢修[3]。

圖1：現場總線智能控制系統

圖2：智能控制工業機器人結構

2.3 高效性優勢

現場總線技術本質是一種新興的集成控制技術，憑借著自身的卓越技術優勢，使得現場總線技術對工業機器人進行智能控制這一系統被廣泛應用于各個領域。傳統的傳感器技術應用過程當中都需要在機械設備之外單獨部署線路系統，并且因為傳統傳感器技術所使用的信號規格與機械設計制造設備的信號規格不同，想要實現傳感器的自動化還需經過十分繁瑣的信號轉換工作。而解決傳統傳感器技術繁瑣操作問題的關鍵就在于現場總線技術對工業機器人進行智能控制，通過將傳感器與機械設計制造設備進行現場總線技術改造，通過總線進行統一自動化控制，將所有傳感器全部通過交流傳動技術進行信息傳輸，將傳感器技術進行高效率利用，大大簡化了傳統傳感器技術的繁瑣流程，實現了總線控制一步到位，極大的促進了機械設計制造工作中各項數據信息的感應收集，為機械設計制造行業的安全生產提供了保障。

2.4 智能化優勢

現場總線技術對工業機器人進行智能控制，從根本上提升了CAM 等相關數控技術的導向性特點，通過操作性更強的可編輯邏輯控制器，連接總線系統進行全方位的自動化控制。除此之外，現場總線技術對工業機器人進行智能控制，還可以結合智能運算芯片，通過三維建模模擬操作的形式，將預估操作情況通過數字模擬的形式呈現出來，方便機械設計制造工作人員對工業機器人進行實時的調整控制。自動化技術在機械時機制造工業機器人當中的應用，不但將數控技術可視化，還大大提高了工業機器人的即時造作性，很大程度上拔高了機械設計制造行業整體的工業機器人智能化水準。

3 基于現場總線智能控制工業機器人的應用

3.1 通過工業機器人進行控制裝置適配

現場總線技術對工業機器人進行智能控制，能夠實現對不同型號的工業工程控制裝置進行適配。工業機器人可以根據不同工業工程控制裝置的不同需求，進行可編輯邏輯控制器的個性化定制，通過不同的可編輯邏輯控制器與工業工程控制裝置的適配，來滿足不同的工業工程控制裝備需求。使得可編輯邏輯控制器能夠在工業工程控制裝置當中，充分發揮出自身的各種優勢，滿足工業工程控制裝置的運行需求。并且當工業工程當中的控制裝置運行發生宕機或者錯誤的情況時，由于提前預留了備用傳輸路徑，通過工業機器人就可以將本地傳輸路徑運行的問題自動切換到預留的備用傳輸路徑，以保證工業工程控制裝置能夠正常運行，避免宕機或者錯誤。

3.2 通過工業機器人進行監測數據存儲

由于工業機器人所具有的存儲空間大的特點，在工業工程控制裝置中可編輯邏輯控制器的實際應用中，可編輯邏輯控制器不僅僅可以充當工業工程控制裝置的邏輯元件，還可以輔助工業工程控制裝置在數據監測當中的進行監測數據存儲。現場總線技術對工業機器人進行智能控制，借助掃描儀進行掃描以及存儲功能，將工業機器人通過掃描的形式來實現數據的收集，整理以及存儲于內存當中，結構如圖2 所示。通過可編輯邏輯控制器對于工業控制裝置監測數據存儲的幫助，減輕了工業工程控制裝置的監測數據存儲壓力，變相的提高了工業工程控制裝置的監測性能與工作效率的提升。在傳統的工業工程控制裝置中，往往為了盡可能大的數據存儲空間就會壓縮了運算能力以及控制元件的位置。但有了工業機器人的外部存儲空間支持，就可以使得工業工程控制裝置的性能與空間并重。

采用雙閉環控制模式對機器人進行控制，由復合智能控制器、電機、編碼器組成內閉環控制機構，依靠復合智能控制器控制，復合智能控制器中設置有控制管理模塊、神經網絡學習模塊、前饋控制模塊、PID 控制模塊、模糊控制模塊、專家系統模塊、控制決策模塊、傳感器及比較器，傳感器與電機、比較器連接，控制管理模塊、神經網絡學習模塊與傳感器連接，反饋輸入端與前饋控制模塊連接，比較器接入控制管理模塊、神經網絡學習模塊、PID 控制模塊、模糊控制模塊，控制管理模塊、神經網絡學習模塊、PID 控制模塊、模糊控制模塊依次根據輸出誤差反饋遞進最后輸出至控制決策模塊，專家系統模塊與控制決策模塊組成輸出循環，而后專家系統模塊與控制管理模塊連接，控制決策模塊接入電機；由智能工業機器人、GPS 及軌跡糾偏器組成外閉環控制機構，依靠軌跡糾偏器控制，有利于提高智能割草機器人的性能與可靠性。模糊控制模塊包括適應大負載變化的模糊控制器。PID 控制模塊包括主控制器，主控制器根據輸出誤差反饋學習。以克服系統干擾影響。神經網絡學習模塊采用D-FNN 方式學習，具有更快速的學習速度[4]。

3.3 建筑配電電路設備實時智能監測應用

現代生活中，傳統的建筑配電電路設備往往只配備保險絲，在電路短路情況下，保險絲會產生大量熱量將自身熔斷，將電路中斷，以達到預防短路致使電路產生高溫引發火災的情況。而保險絲本身是一個一次性用品，成本較高的同時，也只能起到安全保護作用，卻沒有實時監測提前預警，或者給出電路何時何處發生短路事故的結果。并且在房屋建筑發生短路情況，保險絲熔斷后，還需要房屋建筑業主自行對保險絲進行更換，如果操作不當更是容易引發觸電事故，造成人員傷亡，得不償失。而通過現場總線技術對工業機器人進行智能控制，就可以實時對房屋建筑的整體電路情況進行實時監測，并且在電路溫度產生變化時及時預警，對于電路的短路、錯接、漏電等情況也能做到通過終端日志記錄找出事故源頭[5]。通過現場總線技術對工業機器人進行智能控制，在房屋建筑電氣工程項目中的實際應用，對房屋建筑配電電路進行實時智能監測，不但大大增強了房屋建筑業主的電路監管便利性，還為房屋建筑業主日常生活的用電安全提供了極大保障。

3.4 建筑室內室外安全保障通訊系統應用

在現代生活中，應用電氣工程科學以及工業機器人，可以在建筑室內室外構建基于現場總線技術的智能安全保障通訊系統。此系統由電氣工程科學以及工業機器人為基礎，通過互聯網以及房屋建筑內部現場總線建立的安全保障通訊系統。通過建筑內部的現場總線，實現建筑室內室外，以及建筑室內各樓層部分之間的即時通訊。在結合了電氣工程科學以及工業機器人后，房屋建筑電氣工程得以實現房屋建筑室內室外的安全保障通訊系統，同時建筑各樓層室內之間的通訊系統均是以局域網為基礎構建，所以即使互聯網中斷，也不影響房屋建筑個樓層之間的室內通訊。同時室內以及室外的通訊系統同步進行互聯網接入，在緊急情況下可以實時與當地公安、消防以及急救機關線上服務中心進行通信，以實現在火災、入室盜竊搶劫、突發醫療事故等危險意外情況下，能夠得到及時的幫助，保障房屋建筑業主的人身生命以及個人財產安全。

4 結束語

綜上所述，基于現場總線技術的工業機器人智能控制系統憑借其自身卓越優勢，不但在工業制造領域有著顯著的推進作用，在現代生活中結合電氣工程技術也能夠為人們的生活帶來極大的便利。相信未來隨著科學技術的不斷進步，現場總線智能控制工業機器人也勢必會在工業發展領域以及現代生活中發揮更大的作用，為我國工業發展以及生活水平提高提供源動力。