基于PLC的工業(yè)機器人監(jiān)控系統(tǒng)設計

馬偉俊，韓少華

（蘭州石化職業(yè)技術學院，甘肅 蘭州 730060）

0 引言

工業(yè)機械人對我國經(jīng)濟發(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]。基于PLC的工業(yè)機器人監(jiān)控系統(tǒng)設計作為解決工業(yè)機器人的安全防護問題的有效路徑，已成為相關研究領域的熱點議題。本文就PLC工業(yè)機器人監(jiān)控系統(tǒng)設計進行分析。

1 PLC控制工業(yè)機器人監(jiān)控系統(tǒng)特點

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；從應用優(yōu)勢來講，具有處理速度快，可靠穩(wěn)定，能適應各種惡劣環(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)機器人監(jiān)控系統(tǒng)的設計為例，在機床及其自動化生產(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、運行更簡便、穩(wěn)定性更高的優(yōu)勢，在連續(xù)性工作及其運行可靠性中，更具系統(tǒng)穩(wěn)定發(fā)展優(yōu)勢[2]。

2 PLC工業(yè)機器人監(jiān)控系統(tǒng)設計細則

2.1 設計背景和目的

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

2.2 設計內容

采用機器人及其生產(chǎn)線設備遠程狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件結構，基于硬件結構結合軟件編程，實現(xiàn)對機器人及生產(chǎn)線中關鍵設備運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)采集、挖掘、離線分析及無線遠傳，并最終實現(xiàn)，在遠程平臺和移動平臺上監(jiān)控機器人及關鍵設備運行狀態(tài)的目的。

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

圖2 基于PLC監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

2.3 設計優(yōu)勢

通過配置兩臺數(shù)據(jù)服務器，分別用于冗余，數(shù)據(jù)服務器中安裝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監(jiān)控的畫面。為方便在移動平臺上實時進行監(jiān)控，可以開發(fā)基于安卓和蘋果平臺的APP，實現(xiàn)遠程實時監(jiān)控。

本監(jiān)控系統(tǒng)的硬件結構中，通過開發(fā)并安裝相關的程序軟件，以太網(wǎng)通訊接口，與數(shù)據(jù)服務器通信連接機器人控制器中配置。線上所有帶通信接口的智能設備通過以太網(wǎng)與數(shù)據(jù)服務器通信連接，所有PLC通過PROFINET接口與數(shù)據(jù)服務器進行數(shù)據(jù)交互。數(shù)據(jù)服務器通過交換機與中控室工控機連接。中控室工控機可通過中控室大屏幕顯示操作界面，或通過移動終端操作。機器人、PLC及智能設備的運行狀態(tài)和操作記錄實時傳輸?shù)綌?shù)據(jù)服務器中保存，其中機器人核心參數(shù)及關鍵數(shù)據(jù)保存時間＞2年；模擬量建立趨勢記錄，存儲時間＞3月。比之機器人、智能設備和PLC中采集，在實時運行數(shù)據(jù)對比，分析機器人、PLC等智能設備提取異常信息，故障點快速定位。數(shù)據(jù)服務器設置預警等級，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。離線或在線檢測設備，如點巡檢儀進行設備點檢，點檢狀態(tài)實時在操作界面中顯示，對超過規(guī)定時間或未按規(guī)定線路進行設備點檢的事件進行記錄，并報警提示。數(shù)據(jù)服務器中預置機器人、智能設備及PLC控制設備的維保周期和維保內容，同時對關鍵設備到達維保周期的，提前1-3天進行提示。對超過規(guī)定時間未進行維保操作的事件進行記錄并報警提示，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)服務器中預置機器人及生產(chǎn)線各設備故障分類信息及處理方法，根據(jù)機器人及生產(chǎn)線各設備運行狀態(tài)進行故障判斷，對于出現(xiàn)的故障隨時提示并提供參考解決方案，避免設備出現(xiàn)嚴重故障。同時根據(jù)設備監(jiān)控參數(shù)的變化趨勢以及各種統(tǒng)計分析結果，對可能出現(xiàn)的故障給出預測預判[5]。

2.4 設計中的關鍵技術

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)服務器，定期監(jiān)控并統(tǒng)計電量的消耗。機器人絕對值編碼器電池通過機器人控制器連接數(shù)據(jù)服務器，電量不足時報警提示，及時更換備件，防止機器人數(shù)據(jù)丟失。

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

2.5 設計中的難點

隨著傳感技術的發(fā)展，各種傳感器在機器人及其生產(chǎn)線中得到了充分應用，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、光電開關等，這些傳感器相當于生產(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)性的功能架構的設計，當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，如何通過機器人某一軸電機電流的變化趨勢，分析出當前潛在的故障信息；把機器人絕對值編碼器電池電量的信息實時遠傳，讓設備管理者無需親臨現(xiàn)場，就能遠程預知編碼器電池的電量，及時購買備件，防止機器人數(shù)據(jù)的丟失。構建設備狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的第一步，就是利用總線或當前設備現(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 結語

工業(yè)機器人監(jiān)控系統(tǒng)設計PLC控制技術的應用，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)定設備運行、便于后期維護上，發(fā)揮了積極的作用。本文概述了PLC工業(yè)機器人監(jiān)控系統(tǒng)在設備運行階段、提升勞動生產(chǎn)率，實現(xiàn)各動作自我轉換，更好地監(jiān)控工業(yè)生產(chǎn)，為滿足工況實際運行需求提供了有效借鑒。