CN105171748A - 一种机器人及其生产线设备远程状态监控方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机器人及其生产线设备远程状态监控方法及系统，所述系统包括依次连接的中控室工控机、交换机和数据服务器，数据服务器分别通过以太网连接机器人控制器和生产线所有以太网接口的智能设备，生产线所有PLC通过PROFINET接口与数据服务器连接；中控室工控机另外连接中控室大屏幕和移动终端，交换机和数据服务器均为冗余配置。本发明通过对机器人及生产线中关键设备的运行状态进行数据采集、数据挖掘、离线分析及无线远传，能够在远程平台和移动平台上监控机器人及关键设备的运行状态，预测其可能出现的潜在故障、快速准确定位当前发生的故障并给出专家指导建议。

Description

一种机器人及其生产线设备远程状态监控方法及系统

技术领域

本发明涉及机器人及其生产线设备运行状态监控技术领域，尤其涉及一种机器人及其生产线设备远程状态监控方法及系统。

背景技术

在德国工业4.0和国家2025规划的指引下，机器人在各行业中的应用得到了很大的发展，目前存在的问题是：一方面，随着应用场合的增加，机器人及其生产线上关键设备的远程故障诊断也成为困扰各个公司的首要问题；另一方面，机器人及其生产线广泛应用了各种执行元件及控制系统，但是这些资源却没有得到充分有效的利用。

发明内容

本发明提供了一种机器人及其生产线设备远程状态监控方法，通过对机器人及生产线中关键设备的运行状态进行数据采集、数据挖掘、离线分析及无线远传，能够在远程平台和移动平台上监控机器人及关键设备的运行状态，预测其可能出现的潜在故障、快速准确定位当前发生的故障并给出专家指导建议；本发明同时提供了能够实现这种监控方法的系统。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种机器人及其生产线设备远程状态监控方法，包括如下步骤：

1)机器人控制器中配置以太网通讯接口，与数据服务器通讯连接；生产线所有带通讯接口的智能设备也通过以太网与数据服务器通讯连接，生产线所有PLC通过PROFINET接口与数据服务器进行数据交互；数据服务器通过交换机与中控室工控机连接；中控室工控机可通过中控室大屏幕显示操作界面，或通过移动终端操作；

2)机器人、PLC及智能设备的运行状态和操作记录实时传输到数据服务器中保存，其中机器人核心参数及关键数据保存时间在2年以上，所有模拟量建立趋势记录，存储时间不小于3个月；

3)数据服务器中保存的机器人及生产线各设备的历史运行数据和固有参数信息，与从机器人、智能设备和PLC中采集到的实时运行数据进行对比,分析机器人、PLC等智能设备当前运行状态，并提取出异常信息，对故障点进行快速定位；数据服务器中设置预警等级，轻故障在中控室大屏幕操作界面中提示，重故障声光报警或快速停车；

4)通过离线或在线检测设备，如点巡检仪进行设备点检，点检状态实时在操作界面中显示，对超过规定时间或未按规定线路进行设备点检的事件进行记录，并报警提示；数据服务器中预置机器人、智能设备及PLC控制设备的维保周期和维保内容，同时对关键设备到达维保周期的，提前1-3天进行提示；对超过规定时间未进行维保操作的事件进行记录并报警提示，并可通过与OA系统的通讯，为维保人员的绩效考核提供依据；

5)数据服务器中预置机器人及生产线各设备故障分类信息及处理方法，根据机器人及生产线各设备运行状态进行故障判断，对于出现的故障随时提示并提供参考解决方案，避免设备出现严重故障；同时根据设备监控参数的变化趋势以及各种统计分析结果，对可能出现的故障给出预测预判；

6)机器人及生产线关键设备，如安全门的操作记录在中控室大屏幕操作界面上集中显示，生产线所有安全系统的状态，如安全锁的开启或关闭状态、安全光幕的状态，也在中控室大屏幕操作界面上集中显示，方便设备管理人员了解系统整体状况；

7)生产线所有电控柜中配置电量计量装置，并通过PLC连接数据服务器，定期监控并统计电量的消耗；机器人绝对值编码器电池通过机器人控制器连接数据服务器，电量不足时报警提示，及时更换备件，防止机器人数据丢失；

8)数据服务器预留通讯接口，可以链接到已有的OA系统或ERP系统，当有生产线设备损坏时，直接链接至已有的库存管理模块，了解当前的备件库存状态，方便设备管理人员及时补充备件，防止备件库存过多或库存不足，减少资金占用。

用于实现一种机器人及其生产线设备远程状态监控方法的系统，包括依次连接的中控室工控机、交换机和数据服务器，所述数据服务器分别通过以太网连接机器人控制器和生产线所有以太网接口的智能设备，生产线所有PLC通过PROFINET接口与数据服务器连接；中控室工控机另外连接中控室大屏幕和移动终端，交换机和数据服务器均为冗余配置。

所述机器人包括点焊机器人、重载搬运机器人及小负荷安装机器人。

所述PLC选用SIEMENS系列PLC。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)能够对机器人及生产线关键设备运行状态进行数据采集及数据挖掘；

2)能够对设备故障进行快速定位及实时报警；

3)可以存储设备运行状态数据及操作记录，通过数据分析可为判定故障原因提供依据；

4)方便设备进行点检和维保管理，防止出现遗漏；

5)可以及时发明设备故障并提供解决方案，或对可能发生的故障进行预测预判；

6)可以对整个生产线的电量消耗等能源消耗状态进行监控；

7)方便进行备品配件库存管理。

附图说明

图1是本发明所述系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

见图1，是本发明所述一种机器人及其生产线设备远程状态监控系统的结构示意图。本发明一种机器人及其生产线设备远程状态监控方法，包括如下步骤：

1)机器人控制器中配置以太网通讯接口，与数据服务器通讯连接；生产线所有带通讯接口的智能设备也通过以太网与数据服务器通讯连接，生产线所有PLC通过PROFINET接口与数据服务器进行数据交互；数据服务器通过交换机与中控室工控机连接；中控室工控机可通过中控室大屏幕显示操作界面，或通过移动终端操作；

2)机器人、PLC及智能设备的运行状态和操作记录实时传输到数据服务器中保存，其中机器人核心参数及关键数据保存时间在2年以上，所有模拟量建立趋势记录，存储时间不小于3个月；

3)数据服务器中保存的机器人及生产线各设备的历史运行数据和固有参数信息，与从机器人、智能设备和PLC中采集到的实时运行数据进行对比,分析机器人、PLC等智能设备当前运行状态，并提取出异常信息，对故障点进行快速定位；数据服务器中设置预警等级，轻故障在中控室大屏幕操作界面中提示，重故障声光报警或快速停车；

4)通过离线或在线检测设备，如点巡检仪进行设备点检，点检状态实时在操作界面中显示，对超过规定时间或未按规定线路进行设备点检的事件进行记录，并报警提示；数据服务器中预置机器人、智能设备及PLC控制设备的维保周期和维保内容，同时对关键设备到达维保周期的，提前1-3天进行提示；对超过规定时间未进行维保操作的事件进行记录并报警提示，并可通过与OA系统的通讯，为维保人员的绩效考核提供依据；

5)数据服务器中预置机器人及生产线各设备故障分类信息及处理方法，根据机器人及生产线各设备运行状态进行故障判断，对于出现的故障随时提示并提供参考解决方案，避免设备出现严重故障；同时根据设备监控参数的变化趋势以及各种统计分析结果，对可能出现的故障给出预测预判；

6)机器人及生产线关键设备，如安全门的操作记录在中控室大屏幕操作界面上集中显示，生产线所有安全系统的状态，如安全锁的开启或关闭状态、安全光幕的状态，也在中控室大屏幕操作界面上集中显示，方便设备管理人员了解系统整体状况；

7)生产线所有电控柜中配置电量计量装置，并通过PLC连接数据服务器，定期监控并统计电量的消耗；机器人绝对值编码器电池通过机器人控制器连接数据服务器，电量不足时报警提示，及时更换备件，防止机器人数据丢失；

8)数据服务器预留通讯接口，可以链接到已有的OA系统或ERP系统，当有生产线设备损坏时，直接链接至已有的库存管理模块，了解当前的备件库存状态，方便设备管理人员及时补充备件，防止备件库存过多或库存不足，减少资金占用。

用于实现一种机器人及其生产线设备远程状态监控方法的系统，包括依次连接的中控室工控机、交换机和数据服务器，所述数据服务器分别通过以太网连接机器人控制器和生产线所有以太网接口的智能设备，生产线所有PLC通过PROFINET接口与数据服务器连接；中控室工控机另外连接中控室大屏幕和移动终端，交换机和数据服务器均为冗余配置。

所述机器人包括点焊机器人、重载搬运机器人及小负荷安装机器人。

所述PLC选用SIEMENS系列PLC。

本发明中，配置了两台数据服务器，一台用于冗余，数据服务器中安装SQLSERVER2008数据库，用于数据的筛选、分类、存储等处理。

中控室工控机安装高级语言开发工具，用于开发监控平台软件，在工控机上显示需要的参数，也可以通过串口通讯，在大屏幕上有选择的显示所需要重点监控的画面。

为方便在移动平台上实时进行监控，可以开发基于安卓和苹果平台的APP，实现远程实时监控。

本发明能够实现的功能包括：

1)设备运行状态的数据采集、数据挖掘；

随着传感技术的发展，各种传感器在机器人及其生产线中得到了充分应用，例如力传感器、视觉传感器、电池电量监测传感器、各种接近开关、光电开关等，这些传感器相当于生产线的“眼睛”，实时注视着生产线的状态，同时参与对生产线各种执行元件的控制，但由于缺乏系统性的功能架构的设计，当前这些传感器采集到的数据并没有得到充分有效的利用，例如，如何通过机器人某一轴电机电流的变化趋势，分析出当前潜在的故障信息，如何把机器人绝对值编码器电池电量的信息实时远传，让设备管理者无需亲临现场，就能远程预知编码器电池的电量，及时购买备件，防止机器人数据的丢失。

构建设备状态监控系统的第一步，就是利用总线或当前设备现有的通讯接口，把这些现有的传感器数据充分整合到一个平台上，利用数据挖掘技术，从浩瀚的数据海洋中提取有价值的信息，避免繁杂数据对设备管理人员的干扰，同时让设备管理人员直观、快速的了解设备当前的状态，实现全面的设备监控和管理。通过数据库和硬件存储设备，机器人核心参数的关机关键数据保存时间在2年以上，所有模拟量建立趋势记录，存储时间不小于3个月。

对于一条生产线，基于工艺的要求，机器人与其他辅助设备启停条件的互锁也是制约生产线安全稳定运行的重要前提，本发明可以通过通讯接口，读取控制辅助设备PLC中的关键信息，把整条生产线的关键节点集成到一个平台上，根据工艺要求对设备进行运行检测、启停控制、开车鸣铃和连锁保护，进行集中监视和预警。便于设备管理人员及时掌握设备情况，分析故障原因。

2)设备故障定位及实时报警；

全面的设备运行状态数据采集、数据挖掘是机器保护、生产保障、预测维修的基础，此基础是为了实现设备的快速故障定位和实时报警。通过采集机器人等设备的历史运行数据和固有参数信息，在数据服务器中构建专有的设备库、故障库，通过集成的分析工具，对比分析设备的当前状态和历史状态，预测设备将来状态，并快速提取出异常信息，对故障点快速定位，并设置预警等级，实现轻故障提示，重故障声光报警、以至于快速停车。

3)设备操作记录；

针对机器人生产线中的关键设备，尤其是安全防护设备，设备状态监控系统可以对这类关键设备的操作事件进行记录，存储在历史数据库中。通过各类数据分析，为优化生产过程、考核生产效率等提供基本记录。同时，在出现设备故障时，为分析故障原因提供分析依据。

4)设备实时点检、维保管理；

通过离线的或在线的检测设备，例如点巡检仪，设备状态监控系统可以直接把点检状态实时反映在设备监控界面中，对未按规定时间和线路进行点检的行为进行记录，并给出报警提示。

在数据服务器中提前记录各设备的维保周期，对关键设备的维保状态进行实时监控，若超过规定时间未进行相关操作，系统作为事件记录并给出报警提示，同时对关键设备系统会提前给出维保提示，并可以通过与OA系统的通讯，为维保人员的绩效考核提供依据。

5)设备故障分析与预测预判；

设备状态监控系统提供各种对比分析工具，为设备管理人员分析设备运行状态，总结设备运行规律提供便利。

设备故障的预测预判，一方面可从对比分析中发现数据异常，从而及时发现设备问题，排除隐患，避免设备出现大的故障；另一方面，根据设备监控参数的变化趋势以及各种统计分析结果，对可能出现的故障给出预测预判。

本发明所述系统的操作界面可以包括：

1)工艺流程界面；

应用三维制图软件，形象展示生产线的工艺流程，设备管理人员可以在一张图中全面浏览生产线的概况。

2)机器人及其重点设备运行状态显示界面；

针对机器人等关键重点设备，可以通过不同的颜色标识直观展示运行状态，对生产线中各台机器人的状态一目了然。

3)故障显示及分析界面；

所有故障集中到一个界面上进行显示，根据故障的影响程度，分级显示，并通过开发二级界面，分析故障原因，给出故障处理的指导意见。

4)设备操作记录界面；

对于安全防护系统，把安全门等关键设备的操作记录集中显示在一个界面上，方便安全监控。

5)安全防护系统专属界面；

对于安全防护系统，集中展示当前生产线中所有安全系统的状态，例如安全锁的开启或关闭状态、安全光幕的状态等，让设备管理人员很系统的了解当前安全系统的状况，方便设备维护管理。

6)电量统计界面；

在电控柜中增加电量计量装置，定期监控并统计电量的消耗，为节能生产作铺垫。

7)备件管理界面；

本系统预留通讯接口，可以链接到已有的OA系统或ERP系统，当有设备损坏时，可以在本系统中直接链接至已有的库存管理模块，了解当前的备件状态，方便设备管理人员及时补充备件，防止备件库存过多或库存不足，减少资金占用。

8)点巡检维护管理界面；

按照巡检周期的不同，例如日巡检、、周巡检、月巡检，对生产线中需要巡检的设备集中展示，让设备维护人员能够很系统，很直观的了解每日、每周、每月的巡检任务，方便设备维护管理。

9)设备故障统计分析界面；

客户可以在此界面上设置故障统计分析的周期，系统会根据周期的不同，自动扫描已经发生的故障，并根据历史故障的核心信息，进行统计归类，找出规律性，提出预防方案。

以上界面可以在中控室设置大屏幕进行直观形象显示，也可以通过下载APP软件，在手机或IPAD上显示。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种机器人及其生产线设备远程状态监控方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)机器人控制器中配置以太网通讯接口，与数据服务器通讯连接；生产线所有带通讯接口的智能设备也通过以太网与数据服务器通讯连接，生产线所有PLC通过PROFINET接口与数据服务器进行数据交互；数据服务器通过交换机与中控室工控机连接；中控室工控机可通过中控室大屏幕显示操作界面，或通过移动终端操作；

2)机器人、PLC及智能设备的运行状态和操作记录实时传输到数据服务器中保存，其中机器人核心参数及关键数据保存时间在2年以上，所有模拟量建立趋势记录，存储时间不小于3个月；

3)数据服务器中保存的机器人及生产线各设备的历史运行数据和固有参数信息，与从机器人、智能设备和PLC中采集到的实时运行数据进行对比,分析机器人、PLC等智能设备当前运行状态，并提取出异常信息，对故障点进行快速定位；数据服务器中设置预警等级，轻故障在中控室大屏幕操作界面中提示，重故障声光报警或快速停车；

4)通过离线或在线检测设备，如点巡检仪进行设备点检，点检状态实时在操作界面中显示，对超过规定时间或未按规定线路进行设备点检的事件进行记录，并报警提示；数据服务器中预置机器人、智能设备及PLC控制设备的维保周期和维保内容，同时对关键设备到达维保周期的，提前1-3天进行提示；对超过规定时间未进行维保操作的事件进行记录并报警提示，并可通过与OA系统的通讯，为维保人员的绩效考核提供依据；

5)数据服务器中预置机器人及生产线各设备故障分类信息及处理方法，根据机器人及生产线各设备运行状态进行故障判断，对于出现的故障随时提示并提供参考解决方案，避免设备出现严重故障；同时根据设备监控参数的变化趋势以及各种统计分析结果，对可能出现的故障给出预测预判；

6)机器人及生产线关键设备，如安全门的操作记录在中控室大屏幕操作界面上集中显示，生产线所有安全系统的状态，如安全锁的开启或关闭状态、安全光幕的状态，也在中控室大屏幕操作界面上集中显示，方便设备管理人员了解系统整体状况；

7)生产线所有电控柜中配置电量计量装置，并通过PLC连接数据服务器，定期监控并统计电量的消耗；机器人绝对值编码器电池通过机器人控制器连接数据服务器，电量不足时报警提示，及时更换备件，防止机器人数据丢失；

8)数据服务器预留通讯接口，可以链接到已有的OA系统或ERP系统，当有生产线设备损坏时，直接链接至已有的库存管理模块，了解当前的备件库存状态，方便设备管理人员及时补充备件，防止备件库存过多或库存不足，减少资金占用。

2.用于实现权利要求1所述的一种机器人及其生产线设备远程状态监控方法的系统，其特征在于，包括依次连接的中控室工控机、交换机和数据服务器，所述数据服务器分别通过以太网连接机器人控制器和生产线所有以太网接口的智能设备，生产线所有PLC通过PROFINET接口与数据服务器连接；中控室工控机另外连接中控室大屏幕和移动终端，交换机和数据服务器均为冗余配置。

3.根据权利要求1或2所述的一种机器人及其生产线设备远程状态监控系统，其特征在于，所述机器人包括点焊机器人、重载搬运机器人及小负荷安装机器人。

4.根据权利要求1或2所述的一种机器人及其生产线设备远程状态监控系统，其特征在于，所述PLC选用SIEMENS系列PLC。