摘 要：機器人技術和企業信息化技術是提高制造業生產效率和工藝水平的兩大關鍵技術。本文在分析現場總線網絡控制技術的基礎上，介紹了一種利用Lonworks總線將工業現場中各機器人聯網的方案，在實現多機器人的協作及遙操作控制的同時，為企業信息化的實現創造了條件。
關鍵詞：現場總線;Lonworks;遙操作;企業信息化

1 引言

機器人技術和企業信息化技術是當前國內制造業企業提高生產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，是制造業進行技術革新和增效創利的重要途徑，具有可觀的經濟效益和應用價值。

在現代制造業中的智能機器人技術集傳感、控制、信息處理、人工智能和網絡通信于一體，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。而現場總線作為工業控制現場的底層網絡，一方面面向生產現場的各種設備，可以使單個分散的現場機器人設備連接成能夠相互通信和協作的網絡式控制系統，另一方面又可通過企業的內部局域網實現生產數據的全廠傳輸和共享。目前，基于現場總線技術而建立的網絡控制系統正成為我國大中型企業實現以信息化帶動工業化的主要解決方案。

2 Lonworks現場總線技術

2.1現場總線

現場總線是建立在網絡化控制基礎之上，應用于生產現場、在微機化測控設備之間實現雙向串行多字節數字通信的系統，是一種開放式、數字化、多點通信的底層控制網絡。它面向于生產控制設備，多采用短幀方式傳輸數據，網絡速率通常可達幾k～10Mbps，具有良好的實時性。現場總線技術為構造網絡集成式全分布控制系統提供了有效途徑。

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

2.2 Lonworks技術

Lonworks（Local Operating Networks）現場總線技術是由Echelon公司推出的一種先進的開放式網絡化控制技術，其結構簡單，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點，利用其開發平臺，編寫相應的程序，連接到控制網上即可完成，在物理上不必對網絡結構作任何修改。Lonworks是目前生產現場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總線技術。

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

智能結點及其神經元芯片是Lonworks總線的基礎部分，它們直接安裝于生產現場，采集工業現場信號并輸出控制量，同時通過網絡上傳和接收各種網絡數據，其結構如圖1所示。

一個智能控制器及其傳感器和執行器構成一個結點（Node），它可連接各種I/O設備，如工業機器人系統的行程開關、力傳感器、關節電機等。LonWorks的無主站點對點網絡方式，使其中任一節點的故障或關閉都不影響其它住戶節點的正常運行，從而提高了系統的穩定度。且網絡節點之間使用邏輯連接，使得系統中節點的增加、修改都很容易，便于系統調整和擴充升級。節點的核心是神經元芯片（neuron chip），它是通信處理、數據采集和控制的通用處理器，它通過運行芯片上的Neuron C應用程序來完成數據的采集、控制和網絡操作的。

3 基于Lonworks技術的機器人監控系統

3.1控制網絡設計

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

圖2是一個制造業生產中應用LonWorks現場總線技術實現機器人聯網監控的方案。系統中主干網采用總線式結構，將廠區內各車間與辦公樓中的核心監控主機相連;各子網分布于車間內部，均采用環形結構，從而有效地克服網絡斷線故障帶來的影響。每個子網都通過一個相應路由器連接到主干網上，實現與控制網絡主機之間的通信。不同監控對象所用的傳感 器和執行器類型不同，且分散分布于全廠各處，如采用一般的集散控制方式，很難將之連接在同一系統中，而Lonworks技術的開放性則能很容易地解決這一問題。生產加工中的各種監測信號分為兩路，所獲得的兩組信號，一組連接在現場的機器人控制器內，實現相對獨立的局部控制。另一組監測信號以及生產線上各機器人的控制信號則連接到分布于各車間的智能模塊的I/O口上，通過現場總線實現數據的網絡傳輸，以實現對機器人的現場控制與網絡遙操作相結合的監控體系。這樣，當生產線中出現異常情況時，通過控制網絡即可實現對多個機器人之間的工作協調，并進行異常情況的緊急處理;而當現場總線網絡出現故障時，相對獨立的機器人系統仍然可以正常地工作。