基于现场总线的工业机器人智能控制研究

崔宁

（德州职业技术学院 山东省德州市 253034）

科学技术是第一生产力，伴随着现场总线技术在工业机器人智能控制系统中逐渐显露价值，相关领域的学者对工业机器人的智能控制也研究探索也越来越深入，逐渐开发出了工业机器人在众多领域的价值。相信在未来的工业机器人控制领域，基于现场总线技术的工业机器人智能控制系统一定会发挥自身优势，为各行各业提供便利，起到更加重要的作用。

1 现场总线技术与工业机器人相关概述

FCS 控制系统（Field bus Control System），即现场总线数字化控制系统。现场总线控制系统是一种基础现场设备之间互相进行数字信号传输的新型总线控制系统[1]。工业机器人作为借助现代高新技术研发出来的一个系统工程，其主要结构包括有人机操作界面、运动控制器及驱动器，同时还包括机器人机械本体，这些部件之间通过多种系统紧密联系、相互协作，最终形成一个闭环的系统工程[2]。

2 工业机器人现场总线智能控制的优势

2.1 稳定性优势

在工业制造领域中应用现场总线技术，通过现场总线技术对工业机器人进行智能控制，可以对机械设计制造现场工作进行控制协调。通过总线技术，机械设计制造工作现场内所有正在运行的机械设备以及监测仪器，都能集中到一台总控设备上，以便于进行统一的把控和操作，进而实现全方位自动化制造的效果。在机械设计制造工作当中使用总线技术代替信号传输控制技术，可以有效避免信号传输受到机械设计制造现场电磁信号的营养，导致的信号传输缓慢甚至错误产生的制造事故。总线技术通过线缆传输，传输的稳定程度远远超过信号传输控制技术，能够最大程度上保障机械设计制造生产当中自动化控制指令传达的稳定性，从而为机械设计制造生产的高效稳定开展保驾护航。

2.2 适配性优势

数字化仪控系统的控制系统有多种综合应用形式，而DCS+FCS+PLC 控制系统的综合应用就是其中之一。DCS+FCS+ PLC 控制系统，即集散式控制系统、现场总线控制系统与可编程逻辑控制系统的集成综合系统，如图1 所示。通常情况下，工业场地的开关柜、电动门、执行器、变送器等监控设备将多达上万台，而工业场地的大量监控设备的检修、维护、运行以及调整的工作非常巨大，传统的仪控系统管理模式往往只能被动的进行维护检修，很容易影响工业制造产业的科研生产工作，严重的情况下甚至会威胁工业制造现场工作人员的人身生命安全。而使用集散式控制系统、现场总线控制系统与可编程逻辑及控制系统的集成综合系统，就能够轻松获得生产场地各个监控设备的即时信息，以便于在监控设备出现问题的情况下，能够及时的发现并且进行维护检修[3]。

图1：现场总线智能控制系统

图2：智能控制工业机器人结构

2.3 高效性优势

现场总线技术本质是一种新兴的集成控制技术，凭借着自身的卓越技术优势，使得现场总线技术对工业机器人进行智能控制这一系统被广泛应用于各个领域。传统的传感器技术应用过程当中都需要在机械设备之外单独部署线路系统，并且因为传统传感器技术所使用的信号规格与机械设计制造设备的信号规格不同，想要实现传感器的自动化还需经过十分繁琐的信号转换工作。而解决传统传感器技术繁琐操作问题的关键就在于现场总线技术对工业机器人进行智能控制，通过将传感器与机械设计制造设备进行现场总线技术改造，通过总线进行统一自动化控制，将所有传感器全部通过交流传动技术进行信息传输，将传感器技术进行高效率利用，大大简化了传统传感器技术的繁琐流程，实现了总线控制一步到位，极大的促进了机械设计制造工作中各项数据信息的感应收集，为机械设计制造行业的安全生产提供了保障。

2.4 智能化优势

现场总线技术对工业机器人进行智能控制，从根本上提升了CAM 等相关数控技术的导向性特点，通过操作性更强的可编辑逻辑控制器，连接总线系统进行全方位的自动化控制。除此之外，现场总线技术对工业机器人进行智能控制，还可以结合智能运算芯片，通过三维建模模拟操作的形式，将预估操作情况通过数字模拟的形式呈现出来，方便机械设计制造工作人员对工业机器人进行实时的调整控制。自动化技术在机械时机制造工业机器人当中的应用，不但将数控技术可视化，还大大提高了工业机器人的即时造作性，很大程度上拔高了机械设计制造行业整体的工业机器人智能化水准。

3 基于现场总线智能控制工业机器人的应用

3.1 通过工业机器人进行控制装置适配

现场总线技术对工业机器人进行智能控制，能够实现对不同型号的工业工程控制装置进行适配。工业机器人可以根据不同工业工程控制装置的不同需求，进行可编辑逻辑控制器的个性化定制，通过不同的可编辑逻辑控制器与工业工程控制装置的适配，来满足不同的工业工程控制装备需求。使得可编辑逻辑控制器能够在工业工程控制装置当中，充分发挥出自身的各种优势，满足工业工程控制装置的运行需求。并且当工业工程当中的控制装置运行发生宕机或者错误的情况时，由于提前预留了备用传输路径，通过工业机器人就可以将本地传输路径运行的问题自动切换到预留的备用传输路径，以保证工业工程控制装置能够正常运行，避免宕机或者错误。

3.2 通过工业机器人进行监测数据存储

由于工业机器人所具有的存储空间大的特点，在工业工程控制装置中可编辑逻辑控制器的实际应用中，可编辑逻辑控制器不仅仅可以充当工业工程控制装置的逻辑元件，还可以辅助工业工程控制装置在数据监测当中的进行监测数据存储。现场总线技术对工业机器人进行智能控制，借助扫描仪进行扫描以及存储功能，将工业机器人通过扫描的形式来实现数据的收集，整理以及存储于内存当中，结构如图2 所示。通过可编辑逻辑控制器对于工业控制装置监测数据存储的帮助，减轻了工业工程控制装置的监测数据存储压力，变相的提高了工业工程控制装置的监测性能与工作效率的提升。在传统的工业工程控制装置中，往往为了尽可能大的数据存储空间就会压缩了运算能力以及控制元件的位置。但有了工业机器人的外部存储空间支持，就可以使得工业工程控制装置的性能与空间并重。

采用双闭环控制模式对机器人进行控制，由复合智能控制器、电机、编码器组成内闭环控制机构，依靠复合智能控制器控制，复合智能控制器中设置有控制管理模块、神经网络学习模块、前馈控制模块、PID 控制模块、模糊控制模块、专家系统模块、控制决策模块、传感器及比较器，传感器与电机、比较器连接，控制管理模块、神经网络学习模块与传感器连接，反馈输入端与前馈控制模块连接，比较器接入控制管理模块、神经网络学习模块、PID 控制模块、模糊控制模块，控制管理模块、神经网络学习模块、PID 控制模块、模糊控制模块依次根据输出误差反馈递进最后输出至控制决策模块，专家系统模块与控制决策模块组成输出循环，而后专家系统模块与控制管理模块连接，控制决策模块接入电机；由智能工业机器人、GPS 及轨迹纠偏器组成外闭环控制机构，依靠轨迹纠偏器控制，有利于提高智能割草机器人的性能与可靠性。模糊控制模块包括适应大负载变化的模糊控制器。PID 控制模块包括主控制器，主控制器根据输出误差反馈学习。以克服系统干扰影响。神经网络学习模块采用D-FNN 方式学习，具有更快速的学习速度[4]。

3.3 建筑配电电路设备实时智能监测应用

现代生活中，传统的建筑配电电路设备往往只配备保险丝，在电路短路情况下，保险丝会产生大量热量将自身熔断，将电路中断，以达到预防短路致使电路产生高温引发火灾的情况。而保险丝本身是一个一次性用品，成本较高的同时，也只能起到安全保护作用，却没有实时监测提前预警，或者给出电路何时何处发生短路事故的结果。并且在房屋建筑发生短路情况，保险丝熔断后，还需要房屋建筑业主自行对保险丝进行更换，如果操作不当更是容易引发触电事故，造成人员伤亡，得不偿失。而通过现场总线技术对工业机器人进行智能控制，就可以实时对房屋建筑的整体电路情况进行实时监测，并且在电路温度产生变化时及时预警，对于电路的短路、错接、漏电等情况也能做到通过终端日志记录找出事故源头[5]。通过现场总线技术对工业机器人进行智能控制，在房屋建筑电气工程项目中的实际应用，对房屋建筑配电电路进行实时智能监测，不但大大增强了房屋建筑业主的电路监管便利性，还为房屋建筑业主日常生活的用电安全提供了极大保障。

3.4 建筑室内室外安全保障通讯系统应用

在现代生活中，应用电气工程科学以及工业机器人，可以在建筑室内室外构建基于现场总线技术的智能安全保障通讯系统。此系统由电气工程科学以及工业机器人为基础，通过互联网以及房屋建筑内部现场总线建立的安全保障通讯系统。通过建筑内部的现场总线，实现建筑室内室外，以及建筑室内各楼层部分之间的即时通讯。在结合了电气工程科学以及工业机器人后，房屋建筑电气工程得以实现房屋建筑室内室外的安全保障通讯系统，同时建筑各楼层室内之间的通讯系统均是以局域网为基础构建，所以即使互联网中断，也不影响房屋建筑个楼层之间的室内通讯。同时室内以及室外的通讯系统同步进行互联网接入，在紧急情况下可以实时与当地公安、消防以及急救机关线上服务中心进行通信，以实现在火灾、入室盗窃抢劫、突发医疗事故等危险意外情况下，能够得到及时的帮助，保障房屋建筑业主的人身生命以及个人财产安全。

4 结束语

综上所述，基于现场总线技术的工业机器人智能控制系统凭借其自身卓越优势，不但在工业制造领域有着显著的推进作用，在现代生活中结合电气工程技术也能够为人们的生活带来极大的便利。相信未来随着科学技术的不断进步，现场总线智能控制工业机器人也势必会在工业发展领域以及现代生活中发挥更大的作用，为我国工业发展以及生活水平提高提供源动力。