基于PLC控制下工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

康穎　郭淼　劉玉瀟

摘 要：電子信息技術(shù)的發(fā)展，使得機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用越來越廣泛?；诖耍疚膶LC的機(jī)器人控制系統(tǒng)作為出發(fā)點(diǎn)，來更好的分析工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計。同時，還分析了PLC控制技術(shù)的具體應(yīng)用方法，包括硬件配置、程序設(shè)計等，來有效地提高工業(yè)機(jī)器人的可靠性及穩(wěn)定性，旨在取得良好的效果。通過論述以上內(nèi)容，來為技術(shù)人員提供一些參考。

關(guān)鍵詞：基于PLC控制；工業(yè)機(jī)器熱系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)通信

引言：在現(xiàn)如今，機(jī)器人已經(jīng)被應(yīng)用在生產(chǎn)中，主要是用來自動化搬運(yùn)零件、參與生產(chǎn)工作等，來實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)。由于關(guān)節(jié)式機(jī)器人能夠模擬出一些人類的手臂動作，并按照預(yù)先設(shè)定的程序來實(shí)現(xiàn)抓取、搬運(yùn)工作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自動化操作，同時通過電磁閥來控制，來對系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)動作間隔控制。

1基于PLC控制下工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)研究

基于PLC的工業(yè)機(jī)器人需進(jìn)行抓取、搬運(yùn)、裝卸等一系列操作，而這些動作主要是通過氣缸驅(qū)動。在實(shí)現(xiàn)操作的過程中，需要將其從加工的初始位置傳送到1號工作臺，將操作的工件傳遞到2號臺，進(jìn)而回到1號工作臺，來形成對一個工件的生產(chǎn)操作。

同時，工業(yè)機(jī)器人的設(shè)置需要從初始位置出發(fā)，將手腕水平移動，而操作手指將會加緊操作的工件，在到位后，機(jī)器人的手指及手腕處會引導(dǎo)下沿右側(cè)軌跡的移動，最后實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人的控制。當(dāng)該工件放置在含工作臺中，需要再次回到工作臺的動作順序，進(jìn)行形成一個完整的工作周期。根據(jù)工業(yè)機(jī)器人裝置的需求，需要通過設(shè)置相應(yīng)的開關(guān)裝置，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的信號檢測工作，來確定機(jī)器人的手臂動作。同時，當(dāng)操作構(gòu)件被夾緊前，需要預(yù)先設(shè)置夾緊力，只有當(dāng)夾緊值達(dá)到預(yù)設(shè)值的時候，才可以進(jìn)行下一步操作。

2基于PLC控制下工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

2.1系統(tǒng)設(shè)計

（1）生產(chǎn)件設(shè)計。每一個生產(chǎn)合格的設(shè)備都需要通過生產(chǎn)順序才能夠完成作業(yè)，通過研究前期的工藝行，能夠得出可靠的結(jié)論。為了完成工藝生產(chǎn)任務(wù)，需要根據(jù)操作維護(hù)要求，確保性高價比，來實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的設(shè)計；同時，生產(chǎn)產(chǎn)品需要進(jìn)行合理的工藝設(shè)計，來滿足設(shè)備的生產(chǎn)需求。

（2）選擇合適的系統(tǒng)，系統(tǒng)承擔(dān)著工業(yè)機(jī)器人工藝生產(chǎn)的自動流轉(zhuǎn)過程，通過使用專業(yè)化的機(jī)器人進(jìn)行生產(chǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)高效自動化生產(chǎn)；

（3）通過合理的設(shè)計系統(tǒng)，能夠構(gòu)成一個完成的生產(chǎn)流程。首先，在每個生產(chǎn)工藝中，需要由控制機(jī)器人系統(tǒng)自主完成生產(chǎn)。在每個產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，同樣需要機(jī)器人的自主系統(tǒng)來完成。這些功能都涉及到PLC系統(tǒng)之間的信息交換功能，因此，需要建立一個能夠?qū)崿F(xiàn)信號交互的網(wǎng)絡(luò)，來為工業(yè)機(jī)器人在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，完成上下料的工作任務(wù)提供技術(shù)支持。按照信號交互的質(zhì)量及系統(tǒng)的整體配置，主要包括了以下通信方式包括了直接I/O通信；H網(wǎng)絡(luò)通信；Devicenet網(wǎng)絡(luò)通信；Profibus網(wǎng)絡(luò)通信等等[1]。

2.2硬件配置

為了實(shí)現(xiàn)較高性能的系統(tǒng)控制，需要進(jìn)行合理的選擇、設(shè)計，來確保硬件設(shè)備具有非常好的使用性價比。通過選擇高質(zhì)量的PLC及其I/O模塊，以此來為智能模塊、網(wǎng)絡(luò)信息處理模塊、HMI等節(jié)目配置相對應(yīng)的控制系統(tǒng)，進(jìn)而建立一個自動化系統(tǒng)的信息網(wǎng)絡(luò)。

在選擇系列PLC中，需要選擇借助系統(tǒng)的需求，構(gòu)建一個適合的操控系統(tǒng)，但并不會造成PLC的浪費(fèi)，由于PLC具有60k的程序容量、4096點(diǎn)數(shù)I/O、0.034μs運(yùn)算處理速度、1M可擴(kuò)展空間等特點(diǎn)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)USB接口、RS232接口等接口的連接。此外，PLC還能夠使用二進(jìn)制系統(tǒng)以ASCII格式傳輸數(shù)據(jù)。PLC串行端口用于數(shù)據(jù)的發(fā)送/接收，它通過發(fā)送/接收電壓工作，RS232通常用一個電壓-12V表示1位，用+12V表示一個“0”表示；在+/-3伏之間的電壓被認(rèn)為有兩種類型的RS-232設(shè)備。DTE-數(shù)據(jù)終端設(shè)備和一個常見的例子是計算機(jī)。PLC可能是DTE或DCE設(shè)備，當(dāng)PLC和外部設(shè)備都是DTE（或兩個DCE）設(shè)備時，它們不能相互通話。解決方案是使用空調(diào)制解調(diào)器連接。通常PLC是DTE，外部設(shè)備是DCE。人機(jī)界面（HMI）的選擇。HIMI是通過系統(tǒng)操作及實(shí)現(xiàn)信息指示的主要構(gòu)件，需用選擇工業(yè)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的的人機(jī)界面。

2.3程序設(shè)計

現(xiàn)如今，程序設(shè)計使用的主要方法是PLC的編程方法，來構(gòu)建梯形圖。主要包括了指令表、順序流程表等內(nèi)容，這種方法能夠根據(jù)工藝控制點(diǎn)的要求，選擇的編程方法，并配合使用SFC編程方法，來分析和修改，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個生產(chǎn)過程的順序控制。

（1）搬運(yùn)系統(tǒng)控制流程。在開始編程前，需要借助編程的流程圖，以安裝系統(tǒng)為例，安裝系統(tǒng)主要有安裝機(jī)器的運(yùn)行軌道及相應(yīng)的生產(chǎn)工具，當(dāng)安裝機(jī)器人待機(jī)時，借助PLC來判斷機(jī)器人是否滿足生產(chǎn)的條件。當(dāng)滿足生產(chǎn)啟動條件時，PLC會向機(jī)器人發(fā)送生產(chǎn)指令，生產(chǎn)機(jī)器人就會按照示教程序。在機(jī)器人運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，需始終會和PLC信號進(jìn)行交換，來配合夾具動作，完成生產(chǎn)任務(wù)。當(dāng)生產(chǎn)機(jī)器人回到初始位置時，會重新進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，等待下一個啟動指令。

機(jī)器人通過設(shè)置5個示范程序，來構(gòu)成生四個工藝工程流程，當(dāng)物料發(fā)生流轉(zhuǎn)工作的時候，會在主要生產(chǎn)流程中進(jìn)行重復(fù)動作，然后根據(jù)生產(chǎn)機(jī)器人的啟動條件，開始生產(chǎn)；

（2）程序編寫。根據(jù)生產(chǎn)的流程，需要對PLC進(jìn)行程序編寫，編寫的方法包括了梯形圖、SFC等。梯形圖是一種順序控制使用方法，結(jié)構(gòu)較為繁瑣，需要將一系列算法進(jìn)行互索。在編寫程序時，搬運(yùn)系統(tǒng)的編程選用的更適合控制的SFC編程方法，能夠構(gòu)建一個有利于閱讀和安裝的環(huán)境。系統(tǒng)在控制的過程中，要設(shè)置為自動和手動兩種模式，在進(jìn)行手動模式設(shè)計時，搬運(yùn)系統(tǒng)的調(diào)整和機(jī)器人的編寫過程是重點(diǎn)；在自動模式中，機(jī)器人待機(jī)狀態(tài)下，會根據(jù)PLC的質(zhì)量的自動選擇要進(jìn)行質(zhì)量運(yùn)轉(zhuǎn)程序。完成后，會進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，等待新的指令。

自動模式的主程序包括MAIN的主程序，而設(shè)備的初始化READY等多種的分支進(jìn)行選擇，當(dāng)分支確認(rèn)后，會對分支啟動進(jìn)行信號測試，并不執(zhí)行人物，只能夠調(diào)用程序具體的內(nèi)容，才開始執(zhí)行。當(dāng)執(zhí)行完畢后，需要對機(jī)器人進(jìn)行待機(jī)工作，重點(diǎn)進(jìn)行判斷選擇檢查，才開始生產(chǎn)；

（3）人機(jī)界面設(shè)計。系統(tǒng)處于人機(jī)工作是為了進(jìn)一步提升操作系統(tǒng)及信息控制，來及時處理故障處理。為設(shè)計出手動、自動化遠(yuǎn)轉(zhuǎn)、人機(jī)信號畫面、系統(tǒng)監(jiān)控畫面生等調(diào)試的監(jiān)控界面，要在登陸界面及管理員界面設(shè)置權(quán)限，來確保系統(tǒng)安全性和管理性；

（4）機(jī)器人示教。在實(shí)際應(yīng)用中，機(jī)器人的示教是重要而且要求較高的一個環(huán)節(jié)，需要有熟練的操作人員進(jìn)行示教編程，才能使機(jī)器人能夠更加安全、準(zhǔn)確、流暢地完成搬運(yùn)任務(wù)[2]。

結(jié)論：綜上所述，基于PLC控制下的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)具有良好的操作效果。在此基礎(chǔ)上，機(jī)器人在待機(jī)狀態(tài)下，需要根據(jù)PLC的質(zhì)量，自動選擇進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)程序，在完成后，要進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，等待新的指令；同時，在機(jī)器人運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，會和PLC信號進(jìn)行交換，來配合夾具動作，完成生產(chǎn)任務(wù)。因此，通過對程序、人機(jī)界面進(jìn)行合理的設(shè)計，能夠?qū)崿F(xiàn)PLC控制下工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]牛紅林. 基于PLC控制的養(yǎng)殖場氨氣生物氧化裝置的研發(fā)[D].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2017.

[2]郝夢超. 一種基于PLC控制的全自動水肥一體化系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[D].石河子大學(xué)，2017.