PLC技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

謝超藝 常德職業(yè)技術(shù)學(xué)院

引言：PLC即可編程控制器，是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎(chǔ)上，引入微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、和通信技術(shù)而形成的一代新型工業(yè)控制裝置。該控制器由計(jì)算機(jī)完成程序的編寫，然后輸入到控制器中，控制器執(zhí)行邏輯程序，判斷生產(chǎn)步驟的準(zhǔn)確性。在該項(xiàng)技術(shù)控制下的工業(yè)機(jī)器人具有一定的“思考能力”?？梢圆粩嘀貜?fù)一段程序，在自控裝置的輔助下可以簡(jiǎn)單完成一些生產(chǎn)操作，未來(lái)該項(xiàng)技術(shù)可能會(huì)滲透到更多的領(lǐng)域。

1.PLC控制技術(shù)的顯著優(yōu)點(diǎn)

PLC是通過(guò)計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)其相應(yīng)的功能的，其編程過(guò)程簡(jiǎn)單，可隨時(shí)進(jìn)行變換，因此體現(xiàn)出PLC超強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力，以及靈活多變的特點(diǎn)。隨著編程語(yǔ)言的多樣化，機(jī)器人中的電路需要進(jìn)行少量的變更，而PLC控制系統(tǒng)并不會(huì)阻礙其它程序的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。機(jī)械設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)的動(dòng)力來(lái)源是電能，將PLC技術(shù)運(yùn)用到其中，可提升電力傳輸系統(tǒng)排除外界電網(wǎng)干擾的能力，從而使得工作過(guò)程更加穩(wěn)定。

原來(lái)工廠的自動(dòng)化生產(chǎn)是使用微機(jī)來(lái)進(jìn)行編程的，匯編語(yǔ)言的學(xué)習(xí)難度很大，編程過(guò)程若出現(xiàn)細(xì)微的差錯(cuò)，機(jī)械設(shè)備在執(zhí)行上就會(huì)出現(xiàn)很大偏差。PLC編程的出現(xiàn)很好地解決了這一問(wèn)題。使用梯圖形語(yǔ)言進(jìn)行編程，技術(shù)人員只需進(jìn)行簡(jiǎn)單的學(xué)習(xí)即可掌握；控制構(gòu)件的體積很小，在很小的電路板上就完成整個(gè)電路的集成，對(duì)機(jī)電一體化的實(shí)現(xiàn)有很大的促進(jìn)作用，集成化程度高。不僅能實(shí)現(xiàn)計(jì)算、定時(shí)等功能，借助相關(guān)的硬件還能實(shí)現(xiàn)各種各樣的控制過(guò)程。

2.PLC控制系統(tǒng)的特征和分類

2.1 突出特征及相關(guān)要求

工業(yè)機(jī)器人準(zhǔn)確完成整個(gè)工作過(guò)程，依靠的是控制系統(tǒng)的精確控制，而PLC技術(shù)直接影響著控制系統(tǒng)的工作效率。優(yōu)秀的控制系統(tǒng)能夠保證機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可以按照既定的軌跡進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，在程序不更換的情況下長(zhǎng)時(shí)間保持這一運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。為保證機(jī)器人工作過(guò)程的穩(wěn)定，控制系統(tǒng)需要在速度、定點(diǎn)等方面進(jìn)行合理控制。下面對(duì)兩種主要的控制方式進(jìn)行介紹，并對(duì)其基本要求進(jìn)行闡述。

PTP控制，該種控制方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)某點(diǎn)位置的精確定位，并在相應(yīng)的點(diǎn)上進(jìn)行操作。為保證定位的準(zhǔn)確性，需要將執(zhí)行器的位姿進(jìn)行嚴(yán)格控制。若位姿得不到保證，機(jī)器人的工作質(zhì)量可能會(huì)很低。該控制方式的優(yōu)勢(shì)在于不用考慮作業(yè)過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)軌跡，只要找準(zhǔn)點(diǎn)完成相應(yīng)的工作即可，對(duì)點(diǎn)坐標(biāo)的確定是電位控制的難點(diǎn)。

CP控制，該方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡的控制，忽略對(duì)點(diǎn)的定位。若想執(zhí)行器按照設(shè)計(jì)的軌跡進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，需要保證機(jī)器人能夠進(jìn)行連續(xù)動(dòng)作。即身體各個(gè)關(guān)節(jié)串聯(lián)起來(lái)，沒(méi)有停頓的完成一系列動(dòng)作。與點(diǎn)位控制相比，CP控制難度很大，需要同時(shí)兼顧多個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，在必要的時(shí)候還要進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算。

2.2 分類概述

控制系統(tǒng)的分類可從其原理、結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行劃分，最終將其劃分為兩類：非伺服控制和伺服控制。前者機(jī)器人工作之前提前將程序編好，按下啟動(dòng)按鈕之后，系統(tǒng)中的各驅(qū)動(dòng)元件相互配合，共同完成動(dòng)作的執(zhí)行，在執(zhí)行各項(xiàng)操作的過(guò)程信號(hào)不會(huì)反饋給計(jì)算機(jī)終端。此種控制系統(tǒng)適合用在作業(yè)流程比較固定、簡(jiǎn)單、且對(duì)精度要求較低的場(chǎng)合。后者需要對(duì)機(jī)器人的作業(yè)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，將檢測(cè)到的速度、加速等參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化傳回?cái)?shù)據(jù)終端。在計(jì)算機(jī)的分析和處理下，對(duì)作業(yè)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行調(diào)整，該系統(tǒng)靈活性較強(qiáng)，適用于執(zhí)行比較復(fù)雜的動(dòng)作，精密儀器的制造中伺服系統(tǒng)的運(yùn)用十分廣泛。

3.PLC技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人在工廠的生產(chǎn)制造中得到廣泛使用，不僅提高了生產(chǎn)的效率，還有效減少了在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤的頻率。傳統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程中，人工難以完成的操作，機(jī)器人都能輕松完成，由此可見(jiàn)機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中的重要地位。下面具體介紹PLC技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)中發(fā)揮的重要作用。

3.1 保證作業(yè)過(guò)程獨(dú)立進(jìn)行

該項(xiàng)技術(shù)對(duì)運(yùn)控原理的把控比較精準(zhǔn)，機(jī)器人可在程序的指導(dǎo)下獨(dú)立完成各項(xiàng)作業(yè)?？刂葡到y(tǒng)中，軸的運(yùn)轉(zhuǎn)都是獨(dú)立進(jìn)行的，通過(guò)不同大小的齒輪嚙合在一起，實(shí)現(xiàn)力的傳遞。技術(shù)人員只需記住不同顏色的按鈕代表的控制動(dòng)作即可。只要按下按鈕，控制系統(tǒng)在PLC技術(shù)的協(xié)調(diào)下就能有條不紊的進(jìn)行各類作業(yè)。工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)轉(zhuǎn)方式分為三種，及直線運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和垂直運(yùn)動(dòng)。要想實(shí)現(xiàn)三種動(dòng)作的協(xié)調(diào)配合，需要對(duì)伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的規(guī)格、數(shù)量進(jìn)行合理選擇，下面是電機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)表，僅供參考。

表一 電機(jī)參數(shù)表

3.2 輔助計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)編程

在對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行編程前，需對(duì)其工作原理進(jìn)行了解，再進(jìn)行相應(yīng)的編程工作。首先，升降臂負(fù)責(zé)上下運(yùn)動(dòng)過(guò)程，其運(yùn)動(dòng)過(guò)程是由絲桿負(fù)責(zé)的，絲桿的速度由減速器控制，電機(jī)為整個(gè)運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力。在利用PLC技術(shù)進(jìn)行編程時(shí)，將傳動(dòng)比、螺距按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)置，電機(jī)發(fā)生的是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其MAM指令通過(guò)以下公式完成編程：

n1—升降臂運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速

pz—功率

其次，對(duì)大臂運(yùn)動(dòng)進(jìn)行輔助編程，其工作原理和升降臂類似。需要對(duì)傳動(dòng)比進(jìn)行設(shè)定，還要對(duì)轉(zhuǎn)速嚴(yán)格控制，轉(zhuǎn)速編程需要借助以下

公式來(lái)進(jìn)行計(jì)算：

n2—大臂運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速

θ·—轉(zhuǎn)角

最后是對(duì)小臂的運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行編程。在此運(yùn)動(dòng)中不僅需要電機(jī)、減速機(jī)，還需要皮帶輔助完成傳動(dòng)。通過(guò)對(duì)升降臂、大臂和小臂的編程，再加上一定的協(xié)調(diào)工作，就能很好地控制機(jī)器人完成各類動(dòng)作。在三者編程時(shí)，都需要用到MAM指令，若想機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)能夠同時(shí)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，需要對(duì)MAM指令的速度進(jìn)行調(diào)整。電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)保持一致，系統(tǒng)對(duì)各臂的控制動(dòng)作就不會(huì)出現(xiàn)時(shí)間差，從外部表現(xiàn)看機(jī)器人可以順暢地完成指定動(dòng)作。

此外，為保證周在傳遞力時(shí)的一致性，伺服系統(tǒng)也需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑鲆娌僮鳌？傊甈LC就是一種可靈活操作的邏輯控制器，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)地機(jī)器人動(dòng)作的定點(diǎn)、定位控制，多個(gè)硬件單元共同指導(dǎo)機(jī)器人完成一系列的連續(xù)性動(dòng)作。PLC技術(shù)的有效使用是離不開(kāi)代碼的編寫的，為保證機(jī)器人動(dòng)作的準(zhǔn)確性和靈活性，代碼編寫完成后需要進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試通過(guò)才能進(jìn)行相應(yīng)的控制作業(yè)。

4.結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)PLC技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用進(jìn)行了具體介紹，從文中可看出其在工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。該項(xiàng)技術(shù)的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)模式，加速工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。機(jī)器人的使用可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)的自動(dòng)化，生產(chǎn)過(guò)程中的錯(cuò)誤率不斷減少，為企業(yè)帶來(lái)可觀的利潤(rùn)。PLC技術(shù)在控制系統(tǒng)中的各項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)趨于完善，也將會(huì)在其它系統(tǒng)中應(yīng)用。