李辰　喻建軍　杜斌　陶展　陳夢(mèng)婷

摘 要：文章簡(jiǎn)要介紹了ABB工業(yè)機(jī)器人與LabVIEW之間通過(guò)OPC服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控的解決方案。ABB機(jī)器人與LabVIEW通過(guò)OPC服務(wù)器讀取及寫入機(jī)器人坐標(biāo)、速度及I/O信號(hào)。以此為人機(jī)交互提供一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單高效的新思路。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人 LabVIEW OPC

1 前言

作為“中國(guó)制造2025”標(biāo)桿的工業(yè)機(jī)器人，將會(huì)帶領(lǐng)中國(guó)制造業(yè)加速向著信息化、智能化、精密化邁進(jìn)。中國(guó)工業(yè)也會(huì)伴隨著發(fā)生巨大的變革。工業(yè)機(jī)器人在制造業(yè)中也正加速取代人工操作。而為了更高效的發(fā)揮機(jī)器人的智能、精準(zhǔn)的優(yōu)勢(shì)，建立一套相對(duì)可靠、便捷的數(shù)據(jù)監(jiān)控渠道顯得尤為重要。（如圖1）

2 OPC通信簡(jiǎn)介

在國(guó)際上各大工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)商都會(huì)賦予其主打產(chǎn)品OPC通信功能。一般情況下，作為一種工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，工業(yè)機(jī)器人也不例外的帶有OPC通信功能。各大著名的工業(yè)機(jī)器人制造商，諸如：ABB，F(xiàn)ANUC、Yaskawa、KUKA等都為其主流工業(yè)機(jī)器人提供了專業(yè)的OPC通信軟件模塊，以便于提高其產(chǎn)品的二次開發(fā)便捷性和效率。有鑒于各種通信方式性能、效費(fèi)等比較，在數(shù)據(jù)交換量不太大，且數(shù)據(jù)交互速率不太高的情前提下，使用OPC通信方式最為便捷、可靠。

OPC通信的基礎(chǔ)：OPC通信基于微軟的DCOM（分布式組件對(duì)象模型）技術(shù)，它允許不同計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間進(jìn)行通信。DCOM是一種跨平臺(tái)的通信協(xié)議，可以在不同的操作系統(tǒng)和硬件平臺(tái)上運(yùn)行。

OPC服務(wù)器的配置：在工業(yè)機(jī)器人中，OPC服務(wù)器通常由PLC或控制器提供。在PLC或控制器上，需要配置OPC服務(wù)器，以便其他系統(tǒng)可以訪問PLC或控制器中的數(shù)據(jù)。配置OPC服務(wù)器需要設(shè)置OPC服務(wù)器的名稱、IP地址、端口號(hào)等參數(shù)。

OPC客戶端的設(shè)置：在工業(yè)機(jī)器人中，需要使用OPC客戶端來(lái)訪問PLC或控制器中的數(shù)據(jù)。OPC客戶端需要在PLC或控制器上注冊(cè)O(shè)PC服務(wù)器，以便它可以訪問PLC或控制器中的數(shù)據(jù)。在注冊(cè)O(shè)PC服務(wù)器時(shí)，需要設(shè)置OPC客戶端的名稱、IP地址、端口號(hào)等參數(shù)。

OPC數(shù)據(jù)的讀寫：在工業(yè)機(jī)器人中，通過(guò)OPC客戶端訪問PLC或控制器中的數(shù)據(jù)時(shí)，可以通過(guò)讀取或?qū)懭隣PC服務(wù)器中的數(shù)據(jù)來(lái)控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。例如，可以通過(guò)讀取機(jī)器人的位置數(shù)據(jù)來(lái)控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡。

OPC通信的安全性：在工業(yè)機(jī)器人中，由于涉及到控制系統(tǒng)的安全問題，因此需要確保OPC通信的安全性。為了確保OPC通信的安全性，通常需要在PLC或控制器上設(shè)置安全策略，以確保只有授權(quán)的用戶才能訪問PLC或控制器中的數(shù)據(jù)。

3 ABB工業(yè)機(jī)器人提供的OPC服務(wù)器

對(duì)于工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)景而言，與配套儀表、設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性、準(zhǔn)確性、高效性顯得尤為重要。下面我們就以ABB工業(yè)機(jī)器人的OPC通信為例，介紹通過(guò)LabVIEW如何對(duì)機(jī)器人TCP坐標(biāo)、運(yùn)行速度、I/O等數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取和寫入。

首先，ABB工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)軟件中需要配置616-1 PC interface模塊，這是在工業(yè)機(jī)器人與其外圍儀表、設(shè)備間建立OPC通信的基礎(chǔ)，同時(shí)安裝ABB IRC5 OPC DA server軟件包以及NI OPC servers 2016。確認(rèn)機(jī)器人與上位機(jī)的硬件WAN口連接正常，啟動(dòng)ABB OPC服務(wù)器（如圖2），點(diǎn)擊圖標(biāo)（如圖3），并通過(guò)掃描找到需要連接的機(jī)器人（如圖4）。在網(wǎng)絡(luò)中掃描到機(jī)器人后，選中該機(jī)器人，并勾選相關(guān)參數(shù)，并創(chuàng)建（如圖5）。

繼續(xù)設(shè)置ABB IRC5 OPC Configuration中的User ID、Comunication Setting、Server Control等相關(guān)參數(shù)（如圖6至圖8），至此完成了ABB機(jī)器人端的OPC服務(wù)器設(shè)置。利用ABB工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)軟件中623-1 multitasking（多任務(wù)）模塊，分別在前后臺(tái)建立程序“T_ROB1”和“T2”。其中運(yùn)動(dòng)指令放置在“T_ROB1”中，TCP坐標(biāo)的讀取則由“T2中”的指令完成（如圖9至圖10）。

4 使用LabVIEW OPC服務(wù)器開始讀取數(shù)據(jù)

上位機(jī)PC端使用LabVIEW OPC服務(wù)器接收讀取ABB機(jī)器人發(fā)送的字符串、I/O、整數(shù)等類型數(shù)據(jù)。在LabVIEW前面板中設(shè)置“字符串顯示控件”，用于讀取TCP坐標(biāo)值及系統(tǒng)ID、控制器名稱；設(shè)置“數(shù)值輸入控件”和“數(shù)值顯示控件”用于讀取/寫入機(jī)器人運(yùn)行速度數(shù)據(jù)；設(shè)置布爾按鍵開管和指示燈用于輸入和輸出I/O信號(hào)（如圖11至12所示）。以前面板中的“字符串顯示控件”為例，右鍵選擇“屬性”，再選擇“數(shù)據(jù)綁定”及“DataSocket”，并選擇DSTP服務(wù)器（如圖13至14所示）。隨后在彈出的OPC服務(wù)器列表中選擇“ABB.IRC5.OPC.Sever.DA1”，并沿RAPID程序模塊綁定所需的字符串、I/O、整數(shù)等數(shù)據(jù)（如圖15至16所示）。至此完成上位機(jī)對(duì)ABB機(jī)器人相關(guān)數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單監(jiān)控。

綜上而言，有兩點(diǎn)細(xì)節(jié)需要關(guān)注：1.TCP坐標(biāo)監(jiān)控的數(shù)據(jù)刷新速率最快200至300ms/次；2.速度等參數(shù)的修改必須在機(jī)器人處于自動(dòng)模式下才能進(jìn)行修改。

5 OPC通信發(fā)展趨勢(shì)及局限性

5.1 OPC通信發(fā)展趨勢(shì)

發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化：近年來(lái)，一系列OPC標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于不同層級(jí)和目的的通信應(yīng)用不斷出臺(tái)。如OPC DA（數(shù)據(jù)訪問）、OPC AE（事件處理）以及最新的OPC UA（統(tǒng)一架構(gòu)）標(biāo)準(zhǔn)等，提供了更強(qiáng)大和靈活的功能，增加了系統(tǒng)的互操作性。

云計(jì)算和大數(shù)據(jù)：隨著云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)的進(jìn)步，OPC通信也逐漸與其相結(jié)合。通過(guò)將工業(yè)數(shù)據(jù)上傳到云端進(jìn)行分析和處理，實(shí)現(xiàn)更高效的工業(yè)生產(chǎn)和智能決策。

異構(gòu)系統(tǒng)集成：在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中，存在著各種異構(gòu)的硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)。OPC通信為不同設(shè)備和系統(tǒng)的集成提供了便利，使得數(shù)據(jù)在不同平臺(tái)之間的交換變得更加容易和高效。

5.2 運(yùn)用場(chǎng)景的局限性

在技術(shù)方面，工業(yè)機(jī)器人OPC通信應(yīng)用場(chǎng)景的限制主要包括以下2個(gè)方面：

通信協(xié)議兼容性：不同廠家的工業(yè)機(jī)器人可能采用不同的通信協(xié)議，因此在應(yīng)用場(chǎng)景中要確保所選用的OPC通信協(xié)議與機(jī)器人的通信接口兼容。

系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性：工業(yè)機(jī)器人OPC通信應(yīng)用場(chǎng)景要求系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，并能快速響應(yīng)控制命令和返回?cái)?shù)據(jù)，以保證生產(chǎn)流程的高效進(jìn)行。

在安全方面，工業(yè)機(jī)器人OPC通信應(yīng)用場(chǎng)景的限制主要包括以下2個(gè)方面：

防止網(wǎng)絡(luò)攻擊：加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)措施，包括入侵檢測(cè)、防火墻、反病毒軟件等，以防止惡意攻擊者通過(guò)OPC通信渠道對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行攻擊或干擾。

應(yīng)急措施和備份策略：即使在OPC通信出現(xiàn)異?；蚬收蠒r(shí)，也需要建立相應(yīng)的應(yīng)急處理措施和數(shù)據(jù)備份策略，以盡快將工業(yè)機(jī)器人恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)。

5.3 數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性傳輸局限性

工業(yè)機(jī)器人OPC（OLE for Process Control）通信是一種常用的數(shù)據(jù)傳輸方式，用于在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和監(jiān)控。然而，由于OPC通信的特性，其數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性傳輸存在一定的局限。

首先，OPC 通信是基于 OPC 規(guī)范實(shí)現(xiàn)的，而OPC規(guī)范本身并不保證實(shí)時(shí)性。工業(yè)機(jī)器人的實(shí)時(shí)性要求比較高，因此在對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制時(shí)，需要采取措施來(lái)提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。

其次，工業(yè)機(jī)器人OPC通信的數(shù)據(jù)傳輸速度受到多種因素的影響，如網(wǎng)絡(luò)帶寬、通信協(xié)議、數(shù)據(jù)量大小等。如果數(shù)據(jù)量過(guò)大或網(wǎng)絡(luò)帶寬不足，可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸延遲或丟失。

綜上所述，雖然OPC通信是一種常用的數(shù)據(jù)傳輸方式，但其數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性傳輸存在一定的局限。因此需要根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)的軟硬件條件，進(jìn)行“量體裁衣”。

6 結(jié)束語(yǔ)

總體來(lái)說(shuō)，OPC通信的發(fā)展趨勢(shì)是朝著標(biāo)準(zhǔn)化、安全性、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和系統(tǒng)集成方向發(fā)展，進(jìn)一步滿足工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的需求，并推動(dòng)行業(yè)的智能化和數(shù)字化轉(zhuǎn)型。而隨著工業(yè)通信領(lǐng)域技術(shù)的快速融合發(fā)展，越來(lái)越多的工業(yè)產(chǎn)品正加速開放其通信協(xié)議或給出訪問接口，以便于更大程度的提高生產(chǎn)、協(xié)作效率。而基于OPC服務(wù)器通信模式正在大規(guī)模的應(yīng)用于工業(yè)制造生產(chǎn)、檢測(cè)監(jiān)控行業(yè)。僅借此文為工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的二次開發(fā)提供更多可供選擇的新思路和通道。

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