工業(yè)機器人機械臂智能化遠程管理系統(tǒng)

▋行業(yè)背景

在全球工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)浪潮日益高漲的背景下，現(xiàn)代工業(yè)機器人機械臂在柔性加工等生產(chǎn)中應用越來越廣泛。生產(chǎn)線上的工業(yè)機器人的穩(wěn)定可靠性對企業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟效益保證意義重大。為了提高生產(chǎn)效率與產(chǎn)品優(yōu)良率，越來越多的制造企業(yè)開始引進具有高效、持久及高精的機器人機械臂應用，在汽車、面板、晶圓、金屬、化工、塑料、食品等領域，機械臂都在工廠內(nèi)扮演著不可或缺的關鍵角色。然而，當數(shù)量眾多的機械臂被導入自動化生產(chǎn)作業(yè)流程時，設備突發(fā)故障卻成為影響產(chǎn)能的一大隱患，特別是對需要24小時不停機生產(chǎn)的高科技廠商而言，任何一條生產(chǎn)線的停擺都將造成巨大的損失。部分工廠為保障機械臂在出現(xiàn)故障時能及時維護會高薪聘請專業(yè)的技術人員長駐工廠，而往往這個技術人員的利用率非常低，但維護成本高昂，如何遠程監(jiān)控機械臂運行狀態(tài)，以及預測故障發(fā)生，實現(xiàn)精準定位故障變得尤為重要。

智能化機器人機械臂的大規(guī)模部署，機械臂結構復雜、維護成本高，除了對生產(chǎn)企業(yè)技術人員的專業(yè)維護能力提出很高的要求，而且按機械臂應用的行業(yè)現(xiàn)狀來看，也對機械臂生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品高品質(zhì)服務能力提出了更高的要求?，F(xiàn)如今物聯(lián)網(wǎng)技術和TCP/IP協(xié)議將工業(yè)機器人機械臂的狀態(tài)和報警信息傳送給數(shù)據(jù)監(jiān)控中心，實現(xiàn)其遠程數(shù)據(jù)監(jiān)控和故障診斷，發(fā)現(xiàn)問題并且迅速解決故障，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中具有重要意義。

▋系統(tǒng)組成

工業(yè)機器人機械臂遠程監(jiān)控系統(tǒng)由三個部分組成：遠程監(jiān)控中心、數(shù)據(jù)傳輸終端、終端數(shù)據(jù)采集器。

監(jiān)控中心包括WEB服務器、數(shù)據(jù)服務器以及vpn服務器等，監(jiān)控平臺可以24小時不間斷采集現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)，動態(tài)顯示現(xiàn)場各個監(jiān)控站點變化的數(shù)據(jù)，自動形成報表以及數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時自動發(fā)送短信報警,外勤人員可以通過Internet訪問監(jiān)控平臺實時查看相應數(shù)據(jù)等。

數(shù)據(jù)采集終端包含機械臂控制器、以太網(wǎng)PLC、各種傳感器?？赏ㄟ^以太網(wǎng)實時采集現(xiàn)場PLC、傳感器數(shù)據(jù)，并實時對PLC、機械臂控制器進行程序控制以及程序更新。

數(shù)據(jù)傳輸終端：鑒于采集器的接口和設備的工作環(huán)境等多種情況的要求，選擇才茂通信工業(yè)級別的無線5G/4G路由器作為傳輸設備。CM520系列工業(yè)路由器是一種物聯(lián)網(wǎng)無線通信路由器，利用公用5G/4G全網(wǎng)絡為用戶提供無線長距離數(shù)據(jù)傳輸功能。該產(chǎn)品采用高性能的高通處理器方案和工業(yè)級5G/4G全網(wǎng)通網(wǎng)絡制式模塊，以嵌入式實時操作系統(tǒng)為軟件支撐平臺，同時提供4個千兆以太網(wǎng)口（LAN)，1個以太網(wǎng)口(WAN ),1個RS232,1個RS485以及IO接口，可同時連接串口設備、以太網(wǎng)設備和WIFI連接設備，實現(xiàn)數(shù)據(jù)透明傳輸和路由功能。

▋系統(tǒng)拓撲結構

監(jiān)控中心端采用ADSL/光纖接入Internet 公網(wǎng)，獲取公網(wǎng)IP，在公網(wǎng)路由下搭建VPN服務器。才茂通信路由器做為VPN客戶端通過本地有線、WIFI或者5G/4G網(wǎng)絡和服務器建立VPN隧道，實現(xiàn)兩端內(nèi)網(wǎng)互通。數(shù)據(jù)庫服務器上運行采集系統(tǒng)，可以采集才茂路由器下接的以太網(wǎng)PLC數(shù)據(jù)以及控制機械臂控制程序。從而達到實時采集監(jiān)控機械臂的運行狀態(tài)。

 ▋系統(tǒng)功能

1、運行數(shù)據(jù)實時采集上傳，系統(tǒng)擴展性強

才茂工業(yè)5G/4G路由器擔負著數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾蝿?，上行采?G/4G聯(lián)網(wǎng)，支持移動、聯(lián)通、電信等多種網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸，能實時將現(xiàn)場工業(yè)機器人機械臂采集到的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)、加工數(shù)據(jù)上傳到控制中心，遠程即可查看設備運行情況。工業(yè)5G/4G路由器具有高速數(shù)據(jù)處理、大容量內(nèi)存與儲存空間，內(nèi)置大容量內(nèi)存和外置擴展接口，支持標準串口和以太網(wǎng)口，可擴展接各式各樣的下位機，系統(tǒng)整體擴展性強。

2、生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時分析，設備預測性維護，降低設備更新成本

工業(yè)5G/4G路由器支持多種語言的二次開發(fā)環(huán)境，客戶可自定義數(shù)據(jù)處理模型，通過現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)和歷史正常運行數(shù)據(jù)比對，生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時分析，提前預判設備可能出現(xiàn)的問題，做到提前維護和保養(yǎng)，相較于因大量舊設備使用到無法維修導致花大量費用換新設備，此方案極大降低設備更新成本。

3、云平臺遠程運維，降低運維成本

企業(yè)無需安排專業(yè)技術人員常駐在現(xiàn)場監(jiān)督，可在監(jiān)控后臺實現(xiàn)機械手數(shù)據(jù)的遠程查看、分析，并且可以在設備停機的時候做設備維護，節(jié)省了利用利不高的機械臂技術人員，降低運維成本

▋系統(tǒng)優(yōu)勢

 1、穩(wěn)定性

采用工業(yè)級高性能處理器，能夠經(jīng)受長期的惡劣環(huán)境考驗，保證通信的順暢性；可靠的網(wǎng)絡連接，有設備重撥功能，能夠確保設備永遠在線。

2、成本低

采用的是無線數(shù)據(jù)傳輸終端，使用運營商的5G/4G網(wǎng)絡，無需進行網(wǎng)絡布線，設備安裝靈活，不受地理環(huán)境影響，單點設備價格便宜，減少布線問題降低成本。

3、靈活性和擴展性

采用標準的通信協(xié)議以及接口便于安裝施工、調(diào)試、運行、維護?？赏瑫r采集控制廠房內(nèi)的多臺機械臂。

4、實時性

當數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常等情況，監(jiān)控端能及時發(fā)現(xiàn)以及下發(fā)指令對機械臂進行控制。

▋結束語

工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的PLC、HMI等智能設備通過各種工業(yè)總線或高速以太網(wǎng)連接CM520工業(yè)5G/4G路由器進行數(shù)據(jù)采集和遠程傳輸。完成的之后通過MQTT、HTTP等物聯(lián)網(wǎng)常用傳輸協(xié)議發(fā)送到云端系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)云平臺可以部署在企業(yè)私有數(shù)據(jù)中心或Azure、AWS、Aliyun 等公共云服務平臺。云平臺可實現(xiàn)設備遠程狀態(tài)監(jiān)控，實時告警通知和故障診斷分析，遠程故障定位和程序升級，設備資產(chǎn)管理，設備預防性維護以及工業(yè)大數(shù)據(jù)挖掘等功能。