PLC的噴涂機(jī)器人控制系統(tǒng)研究

周建新

【摘要】對(duì)于我國中小型家具企業(yè)而言，在針對(duì)性強(qiáng)且性價(jià)比高的五軸噴涂機(jī)器人有非常大的需求。基于此，筆者從五軸噴涂機(jī)器人的組成及驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)入手，分析了基于PLC的五軸噴涂機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，分別指出了控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)，能夠?qū)崿F(xiàn)五軸噴涂機(jī)器人對(duì)噴涂對(duì)象的跟蹤，而且本文提出的設(shè)計(jì)方法可以有效提高電機(jī)控制的靈活性，有助于五軸噴涂機(jī)器人的有效應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】PLC；五軸噴涂機(jī)器人；控制電路

目前的表面噴涂設(shè)備而言，主要有噴涂機(jī)和噴涂機(jī)器人這兩類。噴涂機(jī)主要用于簡單的直線噴涂；噴涂機(jī)器人能夠進(jìn)行復(fù)雜的表面噴涂，而且運(yùn)動(dòng)軌跡非常靈活，噴涂的質(zhì)量也比較高。根據(jù)大型立方體工件的特點(diǎn)，有研究學(xué)者研發(fā)了五軸噴涂機(jī)器人用于該工件的噴涂，這種噴涂機(jī)器人能夠同時(shí)控制五個(gè)噴槍進(jìn)行噴涂工作，常用于電腦外殼或者汽車等塑料件以及金屬件的表面噴涂。在實(shí)際的使用中，如何有效控制噴槍是人們關(guān)注的重點(diǎn)。

1.基于PLC的五軸噴涂機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

首先，主電路設(shè)計(jì)。主電路住要用于控制系統(tǒng)各個(gè)單元的電力供應(yīng)，在進(jìn)行主電路的設(shè)計(jì)時(shí)，需要確保各個(gè)電路模塊能夠安全用電，并在電流過大的位置設(shè)計(jì)斷路器。一般來說，設(shè)計(jì)人員需要在交流電主線位置以及驅(qū)動(dòng)器的供電位置進(jìn)行了斷路器的設(shè)計(jì)。PLC內(nèi)部含有220V交流電轉(zhuǎn)換成直流24V的功能模塊，但是為了防止過多的24V供電設(shè)備與PLC進(jìn)行連接，導(dǎo)致PLC內(nèi)部電壓不穩(wěn)，設(shè)計(jì)人員需要在主電路增加一個(gè)220V交流電轉(zhuǎn)換成直流24V的功能模塊。

然后，控制電路設(shè)計(jì)。在機(jī)器人控制系統(tǒng)中，控制電路包含若干個(gè)輸入點(diǎn)及輸出口，輸入點(diǎn)主要包括高速輸入點(diǎn)以及通用輸入點(diǎn)這兩種。其中，高速輸入點(diǎn)主要用于編碼器等多種高頻信號(hào)的輸入；高速脈沖輸出口與驅(qū)動(dòng)器連接，用于脈沖序列以及方向信號(hào)的發(fā)送；通用輸入點(diǎn)主要用于控制系統(tǒng)啟動(dòng)、停止等開關(guān)信號(hào)的輸入；通用輸出口主要用于剎車指令的發(fā)送，還能夠進(jìn)行噴槍開關(guān)以及系統(tǒng)報(bào)警的輸出。

最后，硬件設(shè)施的選擇。機(jī)器人控制系統(tǒng)的硬件設(shè)施包括上位機(jī)、主控制器以及副控制器等設(shè)備。上位機(jī)主要用于主控制器PLC相關(guān)作業(yè)參數(shù)的設(shè)定，并控制系統(tǒng)的啟動(dòng)與停止，在控制系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，上位機(jī)會(huì)與主控制器的422端口進(jìn)行通信；設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)實(shí)際的機(jī)器人參數(shù)選擇不同型號(hào)的PLC主控制器及PLC副控制器，常用的主控制器為臺(tái)達(dá)的DVP40EH00T2型號(hào)，這種主控制器具備強(qiáng)大的運(yùn)算能力，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)配置比較好，能夠支持200多個(gè)應(yīng)用指令，可以實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)，常用的副控制器為臺(tái)達(dá)的DVP20EH00R2型號(hào)，這種副控制器能夠進(jìn)行懸掛線體運(yùn)動(dòng)的控制，設(shè)計(jì)人員可以在懸掛線體上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)編碼器的安裝，當(dāng)工件在工作區(qū)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其運(yùn)動(dòng)速度能夠通過旋轉(zhuǎn)編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)生成的脈沖信號(hào)傳輸?shù)絇LC中，有助于同步跟蹤作業(yè)的控制，提高控制系統(tǒng)的控制效果。

1.2系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

機(jī)器人控制系統(tǒng)的軟件可以根據(jù)梯形圖模塊化這一思路進(jìn)行設(shè)計(jì)。一般來說，機(jī)器人控制系統(tǒng)的軟件包括六個(gè)功能模塊，分別是系統(tǒng)參數(shù)初始化模塊、五軸原點(diǎn)復(fù)位模塊、左邊噴涂模塊、右邊噴涂模塊、正向噴涂模塊以及噴涂對(duì)象運(yùn)動(dòng)速度監(jiān)測計(jì)算模塊。其中，系統(tǒng)參數(shù)的初始化模塊主要進(jìn)行寄存器相關(guān)參數(shù)的賦值和清零，還用于輔助繼電器等操作，比如設(shè)定機(jī)器人的總噴涂次數(shù)；五軸原點(diǎn)復(fù)位模塊，該模塊主要是在初始階段，將五軸回歸到原點(diǎn)的復(fù)位程序，該模塊能夠?yàn)闄C(jī)器人下一步路徑的規(guī)劃提供便利；三個(gè)方向的噴涂模塊主要用于機(jī)器人各軸的調(diào)整，確保機(jī)器人進(jìn)行協(xié)調(diào)的噴涂運(yùn)動(dòng)；速度計(jì)算模塊主要用于噴涂對(duì)象移動(dòng)頻率和機(jī)器人跟蹤頻率的計(jì)算，并為X軸的跟蹤對(duì)象提供有價(jià)值的參考數(shù)據(jù)。

在進(jìn)行機(jī)器人控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員不僅需要應(yīng)用模塊化，還可以通過PLC實(shí)現(xiàn)程序的簡化及效率的提升。設(shè)計(jì)人員可以在梯形圖中引進(jìn)PLC的運(yùn)動(dòng)控制指令，通過運(yùn)動(dòng)控制指令的調(diào)動(dòng)，進(jìn)行脈沖輸出模式的有效控制。比如，在應(yīng)用脈沖波寬的PWM指令時(shí)，PWM指令會(huì)在執(zhí)行的過程中進(jìn)行設(shè)定值的改變，能夠使脈沖發(fā)送周期隨著設(shè)定值的變化而變化，并對(duì)電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，改變其運(yùn)轉(zhuǎn)速度，而機(jī)器人在進(jìn)行噴涂對(duì)象的跟蹤時(shí)，能夠?qū)崟r(shí)控制速度的變化非常適用于X軸的控制；在應(yīng)用減速脈沖輸出的PLSR指令時(shí)，用戶能夠通過該指令進(jìn)行加減速時(shí)間的設(shè)定，可以用于運(yùn)動(dòng)軸中起噴速度以及末端噴涂速度的設(shè)定，而且Y軸在進(jìn)行上下噴涂的設(shè)定，移動(dòng)速度比較快，在機(jī)械慣性的作用下，會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲與振動(dòng)，通過PLSR指令的應(yīng)用，能夠有效減少Y軸高速起噴產(chǎn)生的噪聲與振動(dòng)。PLC運(yùn)動(dòng)控制指令能夠在很大程度上簡化程序編寫的難度，能夠提高電機(jī)控制的靈活性。

2結(jié)論

綜上所述，基于PLC的五軸噴涂機(jī)器人控制系統(tǒng)能夠提高噴涂的效率和質(zhì)量，要求其具備較高的控制效果。通過對(duì)基于PLC的五軸噴涂機(jī)器人控制系統(tǒng)的分析可知，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，需要選取最適合的硬件設(shè)施，并保障系統(tǒng)電路的安全，還需要使用梯形圖模塊化進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，提高控制系統(tǒng)的控制靈活性。

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