自“中国制造2025”计划推出以来,国内各制造业企业热抄“智能制造”,而智能制造的核心是机器人的大规模使用。机器人的使用和企业信息化监控是提高生产效率和工艺水平的最重要的技术手段。其中,智能机器人解决生产技术问题,企业信息化解决管理问题。这两种技术的应用是制造业提升技术水平和减员增效的重要手段,可以产生可观的经济效益及广泛的应用价值。
智能机器人技术集现场感知、自动控制、信息处理、人工智能和网络通信于一体。随着智能机器人技术的快速发展及应用领域的拓展,其具备的功能日益强大,结构也日趋复杂。为适应更广泛的任务,智能机器人装备的各种传感器和执行器数量快速增加。现场总线在面向生产现场的各种设备,使单个分散的现场设备连接成能够相互通信和协作的网络式控制系统的同时,还可通过企业的内部网络实现生产数据的传输和共享。因而,选择技术先进、功能完善的现场总线控制网络技术成为最重要的解决方案。
现场总线技术具有开放性、网络化信息共享、智能化、高度分散性、功能自治性和高可靠性等优点,可以大幅度节省硬件数量和投资,便于安装、扩展、维护。它面向于生产控制设备,多采用短帧方式传输数据,网络速率通常可达几k~10Mbps,具有良好的实时性。目前的现场总线技术主要有基金会总线FoundationField-bus、PROFIBUS(DP、PA、FMS)、CAN、LonWorks、工业以太网等。每种总线都在网络协议、传输速率和距离、应用场合和站点个数限制等方面具有不同的特点。
Lonworks(Local Operating Networks)现场总线技术是由Echelon公司推出的一种先进的开放式网络化控制技术,其结构简单,布线容易,易于扩容和增加新功能。对于用户各种不同的功能要求,只需选用不同的控制节点,利用其开发平台,编写相应的程序,连接到控制网上即可完成,在物理上不必对网络结构作任何修改。Lonworks是目前生产现场和智能楼宇等集散式监控系统中应用最为广泛的一种现场总线技术。
Lonworks支持多种传输介质和网络拓普结构,在使用变压器耦合接口收发器。通信速率达到78kbps/2700m,并可通过中继路由器扩展传输距离。Lonworks子网的节点数可达64个,并可通过桥接路由器扩展。各智能节点的数据传递在神经元芯片等硬件和网络的支持下,以网络变量的形式连接,每个节点最多可设置254个网络变量。按照Lonworks的标准网络变量来定义的数据结构,可以解决和不同厂家产品的互操作性问题。
智能节点及其神经元芯片是Lonworks网络的核心,它们直接安装于工业现场,采集现场信号并输出控制量,同时通过网络上传和接收各种网络数据。其结构如下图所示:
一个智能控制器及其传感器和执行器构成一个结点(Node),它可连接各种I/O设备,如工业机器人系统的行程开关、力传感器、关节电机等。LonWorks的无主/从、点对点网络方式,使其中任一节点的故障或关闭都不影响其它节点的正常运行,从而提高了系统的稳定度。且网络节点之间使用逻辑连接,使得系统中节点的增加、修改都很容易,便于系统调整和扩充升级。节点的核心是神经元芯片(neuronchip),它是通信处理、数据采集和控制的通用处理器,它通过运行芯片上的NeuronC应用程序来完成数据的采集、控制和网络操作的。