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              WIA-FA在工業機器人中的應用

              WIA-FA在工業機器人中的應用

              WIA-FA Application on Industrial Robots

              劉帥 楊雨沱 梁煒 曾鵬

              (中國科學院沈陽自動化研究所,遼寧 沈陽 110016)

              摘要

                 本文介紹了面向工廠自動化的工業無線網絡—WIA-FA及其在新松工業機器人中的應用情況。該系統降低了布線和維護成本,具有移動性、靈活性等方面優勢,改變了原有工業機器人生產線純粹單機控制的現狀,實現了工業機器人聯網,為工業機器人的遠程監測和控制提供了技術及系統支撐。

               

              1 引言

                 工業機器人引領未來工廠革命,新松公司“數字化工廠”生產線上SR系列機器人是典型的生產線自動化裝配機器人,具有設備密集、生產線長、自動化程度高等特點。但機器人手臂的往復運動容易使線纜產生扭曲、磨損乃至斷裂,一般機器臂都有超過50或者更多根的線纜,由于線纜有磨損,線纜的壽命通常不足一年。如使用傳統的有線網絡傳遞機器人與服務器間的數據信息會導致頻繁更換線纜,結果浪費大量人力與物力。

              本文針對當前工業機器人發展的通信需求,將WIA-FA技術應用在工業機器人系統中,使各個工業機器人間能夠實時、可靠地進行數據通信,整個生產線實現網絡化實時交互。采用無線網絡的工業機器人生產線具有降低布線和維護成本的優勢,同時還具備移動性、靈活性等特征。

               

              2  WIA-FA

                 Industrial networks - Wireless communication network and communication profiles -(以下簡稱WIA-FA),是國際上第一個,經IEC/TC65(國際電工委員會工業過程測量、控制與自動化技術委員會)投票通過,成為面向工廠高速自動控制應用的無線技術規范。WIA-FA協議棧結構如圖1所示,包括物理層、數據鏈路層、應用層(具體包括應用子層,用戶應用進程UAP以及設備管理應用進程DMAP)。其中,DMAP中包括網絡管理者/模塊、安全管理者/模塊以及管理信息庫MIB。

               

                                                                    圖1  WIA-FA協議棧結構

               

               

              3 應用于新松工業機器人

               

              3.1 需求特征

                 新松公司“數字化工廠”生產線上SR系列機器人的裝配對象會不定期更換,需要遠程主控制柜對各個線上機器人進行遠程配置動作信息。各個機器人也將不間斷匯報自身的狀態信息,控制柜收到狀態信息后對各個機器人進行故障診斷,并最終將數據匯報到服務器。因此,需要在工業現場鋪設通信網絡以保證服務器與機器人間的實時數據交互。

              具體的需求特征如下:

                 速率:機器人與主控制柜間的通信(站間通信)包括信息統計與故障診斷,通常數據量較大,要求機器人與控制柜的的平均負載可達100KByte/s。

                 實時性:動作控制與狀態監測高實時的無線網絡的接入性能,以確保機器人的可靠運行,通常要求無線網絡的實時性小于50毫秒。

                 可靠性:可靠性是工廠自動化的關鍵指標之一,要求無線網絡的可靠性達到99.99%以上。

                 機器數量:要求一個主控制柜可至少與10個機器人通信。

                 通信距離:新松廠房面積約20000平方米,要求通信距離達到150米以上。

               

              3.2 網絡布局

                 整個廠區占地面積約20000平方米,分南北兩個區域,每個區域有一個主控制柜和10個機器人調試工位,每個機器人控制柜控制一個機器人的運行,每個區域的主控制柜與所在區域的機器人通信,兩個區域的主控制柜同時將數據傳送至主控服務器。其中一個區域如圖2所示。網絡布局示意圖如圖3所示。

              圖2  現場環境

              圖2  網絡布局示意圖

               

               

              3.3 系統功能

                 新松機器人站間通信系統的結構示意圖如圖3所示,系統由機器人、WIA-FA網絡、主控制柜與服務器組成。

               

              圖3  系統結構示意圖

               

                 系統采用具有高實時與高可靠接入性能的WIA-FA網絡作為機器人站間通信網絡。圖中RC即為SR系列機器人的控制柜,每個RC的數據通過現場設備與其所在區域的連接接入設備的主控制柜進行數據交互,交互的數據信息主要用于對工業機器人進行動作控制、信息統計、狀態監測以及故障診斷,主控制柜端的監控界面如圖4所示。

              圖4  機器人狀態監控記錄

               

                 每個主控制柜通過接入設備與連接網關設備的服務器進行數據交互,用于將現場設備的狀態信息等匯報給服務器,或用于服務器下達動作控制指令。服務器端的監控界面如圖5所示。

              圖5  機器人的狀態信息

               

               

              結論

               

                 系統驗證了WIA-FA高速無線網絡在工業機器人生產線上的技術可用性,并在降低布線和維護成本,以及滿足移動性、靈活性要求等方面優勢明顯;改變了原有工業機器人生產線純粹單機控制的現狀,實現了工業機器人聯網,為工業機器人的遠程監測和控制、故障診斷和維護提供了技術及系統支撐。

               

              創建時間:2021-10-08 20:26
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              投稿:張少偉

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