GB/T 38872-2020 工业机器人与生产环境通信架构

　　ICS 25 . 040 . 30 J 28

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 38872—2020

　　工业机器人与生产环境通信架构

　　Communicationarchitectureofindustrialrobotandproductionenvironment

　　2020-07-21 发布 2021-02-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　发

　　布

　　GB/T 38872—2020

　　I

　　GB/T 38872—2020

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1 . 1—2009 给出的规则起草 。

　　本标准由中国机械工业联合会提出 。

　　本标准由全国 自动化系统与集成标准化技术委员会(SAC/TC159)归口 。

　　本标准起草单位:北京机械工业自动化研究所有限公司 、航空工业成都飞机工业(集团)有限责任公司 、博众精工科技股份有限公司 、中国检验认证集团湖北有限公司 、重庆德新机器人检测中心有限公司 、上海沃迪智能装备股份有限公司 、东莞市李群自动化技术有限公司 、重庆邮电大学 、广州数控设备有限公司 、诺伯特智能装备(山东)有限公司 。

　　本标准主要起草人:郭栋 、曾德标 、曹俊 、尹作重 、闫新华 、郜秀春 、李晓明 、李本旺 、童上高 、李国振 、俞春华 、陈诗雨 、张毅 、刘想德 、王汉翼 、刘颖 、任建勋 、陈彬 、杜已超 、侯春敏 。

　　GB/T 38872—2020

　　工业机器人与生产环境通信架构

　　1 范围

　　本标准规定了工业机器人与管理系统 、生产设备和机器人附属装置等生产环境之间的通信对象 、系统框架 、通信方式与接口 、通信内容 。

　　本标准适用于工业机器人的研发和应用集成 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的 。凡是注 日期的引用文件 , 仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是不注日期的引用文件 , 其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 。

　　GB/T 29825—2013 机器人通信总线协议

　　JB/T 11962—2014 工业通信网络 网络和系统安全 工业自动化和控制系统信息安全技术

　　IEC 62591 工业网络 无线通信网络和通信子协议 无线 HARTTM(Industrial networks— Wireless communication network and communication profiles—WirelessHARTTM )

　　IEC62601 工业通信网络 现场总线规范 WIA-PA通信网络与通信协议(Industrial communi- cation networks—Fieldbus specifications—WIA-PA communication network and communication pro- file)

　　IEC 62734 工业网络 无线通信网络和通信协议 ISA 100 . 11a (Industrial networks—Wireless communication network and communication profiles—ISA 100 . 11a)

　　IEC 62948 工业网络 无线通信网络和通信概况 WIA-FA (Industrial networks—Wireless communication network and communication profiles—WIA-FA)

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件 。

　　3.1

　　工业机器人 industrial robot

　　自动控制的 、可重复编程 、多用途的操作机 , 可对三个或三个以上轴进行编程 。

　　注 1 : 工业机器人可以是固定式或移动式 。在工业自动化中使用 。

　　注 2 : 改写 GB/T 12643—2013 , 定义 2 . 9 。

　　3.2

　　机器人系统 robot system

　　工业机器人与其他装置有机集成在一起形成的具备完成某种生产作业任务所需的各项功能的系统 。

　　3.3

　　机器人附属装置 auxiliary device of robot

　　在一个机器人系统中 , 除工业机器人本体以外的装置 。

　　示例 : 末端执行器 、机器人轨道 。

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　　3.4

　　主控系统 master control system

　　在一个机器人系统中 , 接收作业任务和各类信息进行综合分析处理 , 并对工业机器人本体和机器人附属装置进行协同控制从而有效完成生产作业任务的控制系统 。

　　3.5

　　生产线(或生产单元)管控系统 production line control system

　　在一条由多个生产设备组成的生产线(或生产单元)中 , 接收生产任务和各类信息进行综合分析处理 , 并对各生产设备进行协同控制从而有效完成产品生产的控制系统 。

　　4 通信对象

　　工业机器人与生产环境的通信对象分为管理系统 、生产设备和机器人附属装置三类:

　　a) 管理系统包括:

　　1) 生产单元管控系统 ;

　　2) 制造执行系统(MES) ;

　　3) 企业资源计划系统(ERP) ;

　　4) 云服务平台 ;

　　5) 产品数据管理系统(PDM) ;

　　6) 产品生命周期管理系统(PLM) ;

　　7) 其他系统 。

　　b) 生产设备包括:

　　1) 加工设备 ;

　　示例 : 数控机床 、冲压机 、焊接机器人 。

　　2) 工艺装备 ;

　　示例 : 夹具 、模具 、型架 。

　　3) 检测设备 ;

　　示例 : 坐标测量机 、激光跟踪仪 、三维扫描仪 、室内 GPS。

　　4) 物流设备 ;

　　示例 : AGV、传送带 。

　　5) 其他设备 。

　　c) 机器人附属装置包括:

　　1) 末端执行器 ;

　　示例 : 焊枪 、夹持装置 、吸附装置 、打磨装置 、切割装置 。

　　2) 测量感知装置 ;

　　示例 : 距离传感器 、温度传感器 、视觉传感器 、力传感器 、安全光帘 。

　　3) 辅助装置 ;

　　示例 : 导轨 、转台 、底座 、刀库 、润滑装置 、除尘装置 。

　　4) 人机交互装置 。

　　示例 : 示教盒 、显示屏 、键盘 、鼠标 、触摸板 。

　　5 系统框架

　　工业机器人与生产环境采用如图 1 所示通信架构 , 并应符合 JB/T 11962—2014 的要求 。 工业机器人通过主控系统在机器人系统内部与机器人附属装置通信 , 在机器人系统外部与生产管理系统

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　　和其他生产设备通信 。 主控系统为机器人系统完成作业任务的通信和控制中心 , 工业机器人为接收主控系统指令执行作业任务的运动装置 。 生产管理系统既与机器人系统通信 , 也与生产设备通信 。

　　图 1 工业机器人与生产环境通信架构

　　6 通信方式与接口

　　6 . 1 一般要求

　　工业机器人与主控系统 、工业机器人与管理系统 、工业机器人与生产设备 、工业机器人与机器人附属装置之间的通信接口应符合 GB/T 29825—2013 的要求 。

　　6 . 2 工业机器人与主控系统

　　工业机器人与主控系统之间的通信可采用现场总线 、工业以太网等通信方式 。

　　6 . 3 工业机器人与管理系统

　　工业机器人与管理系统之间的通信可采用以太网 、工业以太网以及近场通信(NFc) 、无线保真通信技术(WIFI)等无线通信方式 , 接口为以太网接口和无线网络接 口 。 如采用 EthercAT 接 口 , 管理系统通过通信协议给工业机器人控制器发送控制指令并验证其指令的响应 , 工业机器人接收到指令后 , 通过 EthercAT及时做出响应 , 同时管理系统通过通信协议及时了解工业机器人生产情况 , 并作出相应调整和安排 。工业机器人与管理系统之间通信接口与要求见表 1 , 但不限于表 1 所述 。

　　表 1 工业机器人与管理系统之间接口与要求

　　GB/T 38872—2020

　　表 1 (续)

　　6 . 4 工业机器人与生产设备

　　工业机器人与生产设备之间的通信可采用现场总线 、工业以太网以及 NFC、WIFI 等无线通信方式 。EtherCAT 接 口 、EtherNet/IP 接 口 , 可 以 实 现 高 速 和 高 可 靠 性 。 面 向 无 连 接 的 可 以 采 用 IEC 62591: WirelessHART无线接 口 。通过 I/O 通信接 口 Foundation Fieldbus、Control&Communication Link (CC-Link) 、Highway Addressable Remote Transducer (HART)等可以实现高实时性 。工业机器人与生产设备接口与要求见表 2 , 但不限于表 2 所述 。

　　表 2 工业机器人与生产设备之间接口与要求

　　GB/T 38872—2020

　　表 2 (续)

　　6 . 5 工业机器人与机器人附属装置

　　工业机器人与机器人附属装置之间的通信可采用现场总线 、I/O、工业以太网以及 NFc、WIFI等无线通信方式 。如 EthercAT接口 、EtherNet/IP接 口 、USB接口 、串并行接口等 。 工业机器人与控制器与驱动器之间可以通过 EthercAT接口进行通信 , 可以实现高速和高可靠性 。 总线接口的数据通信可以实现高抗电磁干扰 , 具有灵活性 、易用性 、成本低等特点 。机器人与机器人附属装置接口与要求见表3 和表 2 、表 1 , 但不限于以上所述 。

　　表 3 工业机器人与机器人附属装置之间接口与要求

　　7 通信内容

　　7 . 1 机器人信息

　　机器人信息一般包括:

　　a) 与状态有关的数据 ;

　　示例 : 急停 、急停后待复位 、保护性停止 、初始化 、电机断电 、电机通电 、机器人断电 、机器人通电 。

　　b) 与运动有关的数据 ;

　　示例 : 运行模式 、速度 、倍率 、加速度 、位移 、关节角度 、末端位姿 、全局坐标值 、工具坐标值 、用户坐标值 、轨迹 。

　　c) 与负荷有关的数据 ;

　　示例 : 力 、扭矩 、电流 、电压 、功率 。

　　d) 与健康运行有关的数据 ;

　　示例 : 电机温度 、振动幅度 、振动频率 、故障代码 、故障信息 、警告信息 。

　　e) 与历史有关的数据 ;

　　示例 : 日志信息 、已使用时间 、使用频次 。

　　f) 其他信息 。

　　7 . 2 任务信息

　　任务信息一般包括:

　　a) 任务指令信息 ;

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　　示例 : 启动 、暂停 、急停 、中止。

　　b) 任务内容信息 ;

　　示例 : 程序号 、程序 、工作参数 、刀具 、工具。

　　c) 任务时间信息 ;

　　示例 : 启动时刻 、结束时刻 、预计结束时刻 、任务执行周期 、执行次数。

　　d) 任务准备状态信息 ;

　　示例 : 初始化 、准备就绪 、未准备就绪 、占用 、空闲。

　　e) 任务执行状态信息 ;

　　示例 : 未启动 、运行中 、暂停 、急停 、中止 、结束 、错误 、当前运行位置 、已运行时间。

　　f) 任务执行过程监控信息 ;

　　示例 : 各类传感器采集的原始数据 、传感器原始数据经分析计算后产生的有效数据。

　　g) 其他信息。

　　7 . 3 协作信息

　　工业机器人与附属装置 、生产设备和人的协作信息一般包括:

　　a) 工业机器人自身的任务信息(见 7 . 2) ;

　　b) 协作对象的任务信息(见 7 . 2) ;

　　c) 工作协同信息 ;

　　示例 : 位置、姿态、位移、角度、距离、速度、加速度、轨迹、力、力矩、启动时刻、运行周期、已运行时间、下步工作任务。

　　d) 其他信息。

　　7 . 4 环境信息

　　环境信息一般包括:

　　a) 自然环境信息 ;

　　示例 : 温度 、湿度 、气压 、振动幅度 、振动频率 、噪声 、照度 、浓度。

　　b) 安全生产环境信息 ;

　　示例 : 障碍物位置 、距离 、移动速度 、人员/动物/异物非法侵入。

　　c) 其他信息。

　　7 . 5 产品信息

　　产品信息一般包括:

　　a) 客户信息 ;

　　示例 : 客户名称 、客户编码 、客户地点 、交付时间。

　　b) 供应商信息 ;

　　示例 : 供应商名称 、供应商编码 、供应商地点 、供应时间。

　　c) 生产属性信息 ;

　　示例 : 编码 、图号 、品种 、规格 、批次 、数量。

　　d) 物理属性信息 ;

　　示例 : 形状 、尺寸 、颜色 、重量 、密度 、位置 、姿态 、距离 、速度 、加速度 、温度 、容积。

　　e) 化学属性信息 ;

　　示例 : 材料 、成分 、浓度。

　　f) 工艺状态信息 ;

　　示例 : 上步工序内容 、当前工序内容 、下步工序内容。

　　g) 质量状态信息 ;

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　　示例 : 质量数据 、质量判定信息 、处置方式 。

　　h) 产品符合性信息 ;

　　示例 : 符合 、不符合 、不确定 。

　　i) 其他信息 。

　　7 . 6 人员信息

　　人员信息一般包括 :

　　a) 人员身份信息 ;

　　示例 : 姓名 、工号 、性别 、职务 、角色 、用户名 、密码 、指纹 、用户权限 。

　　b) 人员任务信息 ;

　　示例 : 开始工作时间 、结束工作时间 、工作内容 。

　　c) 其他信息 。

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　　参 考 文 献

　　[1] GB/T 12643—2013 机器人与机器人装备 词汇