PLC控制在工業(yè)機器人組裝系統(tǒng)中的應(yīng)用

孫祥云 李 丹

（1．邢臺職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 邢臺 054035；2．冀中工程技師學(xué)院，河北 邢臺 054000）

0 引言

隨著我國工業(yè)領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展，其中的工藝技術(shù)和形式也有了很大改變，工業(yè)機器人能夠模仿真人進(jìn)行操作，自動完成工業(yè)生產(chǎn)工作，在提高生產(chǎn)效率的同時，還能實現(xiàn)我國的智能化制造戰(zhàn)略，將PLC 控制技術(shù)應(yīng)用其中，可以使多個工業(yè)機器人通過PLC 網(wǎng)絡(luò)連接在一起，并對其進(jìn)行綜合控制，實現(xiàn)多個工業(yè)機器人的共同協(xié)作和信息互通，進(jìn)而形成自動化的生產(chǎn)流程[1]。隨著PLC 控制技術(shù)的不斷發(fā)展，需要加強PLC 控制在工業(yè)機器人組裝系統(tǒng)中的應(yīng)用研究，提高工業(yè)機器人的智能化和自動化程度，有效推動我國工業(yè)的發(fā)展。

1 PLC技術(shù)的概念及優(yōu)點

1.1 PLC技術(shù)的概念

PLC 即可編程邏輯控制器，是一種具備微處理器，能夠?qū)崿F(xiàn)自動化控制的數(shù)字運算控制器，也是一種專門用于工業(yè)控制的計算機。PLC 由處理器、控制指令、數(shù)據(jù)內(nèi)存、接口、電源等功能單元組成，可以執(zhí)行邏輯運算、控制、定時以及算術(shù)操作等指令，通過接口輸出到各種控制模塊中進(jìn)行機械生產(chǎn)[2]。PLC 控制系統(tǒng)相比傳統(tǒng)的工業(yè)控制系統(tǒng)，具有更強的靈活性、邏輯性，有較快的數(shù)據(jù)處理速度。

在工業(yè)機器人組裝系統(tǒng)中應(yīng)用PLC 控制技術(shù)可以實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，通過PLC 將信號傳遞給機器人，機器人根據(jù)指令完成各種操作，其不僅能在工業(yè)機器人中得到應(yīng)用，而且在視頻識別、伺服電機等系統(tǒng)中也能得到綜合應(yīng)用，其可以優(yōu)化工業(yè)生產(chǎn)流程及生產(chǎn)線中自動化的柔性設(shè)置。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，將PLC 控制技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)機器人中，可以提高機器人系統(tǒng)的智能化程度，并且隨著通信技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，其在工業(yè)生產(chǎn)中能夠?qū)⒍鄠€機器人通過網(wǎng)絡(luò)連接在一起，實現(xiàn)大規(guī)?？刂?。

1.2 PLC技術(shù)的優(yōu)點

1.2.1 適應(yīng)性強

PLC 技術(shù)的控制功能主要是實現(xiàn)存儲器的存儲功能控制，假如要更換控制功能，只需要改變系統(tǒng)參數(shù)或者接線方式，就可以改變控制系統(tǒng)。另外，PLC 技術(shù)的種類繁多，可以滿足各種控制需求，具有較強的適應(yīng)性。

1.2.2 安全性高

一般PLC 設(shè)備在生產(chǎn)的過程中，生產(chǎn)商為了保證其實用價值，在其中采取了一些軟、硬件上的抗干擾措施，這樣在使用PLC 技術(shù)時，就會有很強的抗干擾能力，能夠保證工業(yè)生產(chǎn)的安全性。

1.2.3 編程簡單

PLC 系統(tǒng)的編程較為簡單，而且操作起來也非常便捷，在使用過程中，利用微型計算機就能對顯影系統(tǒng)進(jìn)行控制，同時，還能對計算機的軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)進(jìn)行控制，通過邏輯控制、算術(shù)運算以及數(shù)據(jù)計算等方式，實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的數(shù)據(jù)化控制[3]。

1.2.4 性價比高

一臺PLC 設(shè)備中有無數(shù)個編程元件，可供用戶隨意使用，滿足用戶的不同需求，因此，其具有較強、較全的功能，同時還能實現(xiàn)難度較高、較復(fù)雜的控制，和具有一樣功能的繼電器相比較，PLC 設(shè)備具有更高的性價比。

1.2.5 維護(hù)簡單

PLC 設(shè)備在使用過程中不容易出現(xiàn)故障，同時還具有較為完善的自我診斷和預(yù)警功能。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時，其中的編程器會提供相應(yīng)的信息，查詢故障所在位置，并通過發(fā)光二極管進(jìn)行預(yù)警，只需要更換其中的模塊就可以解決故障問題，維護(hù)簡單、方便。

2 PLC控制在工業(yè)機器人組裝系統(tǒng)中的應(yīng)用

PLC 控制在工業(yè)機器人組裝系統(tǒng)中的應(yīng)用主要可以分為硬件和軟件2 個方面進(jìn)行說明。

2.1 硬件結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

2.1.1 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

一般工業(yè)機器人系統(tǒng)由機械、控制、驅(qū)動以及感知4個部分組成。機器人系統(tǒng)主要由四軸機器人、PLC、視覺系統(tǒng)、氣缸等部分組成，同時還包括氣動和電磁回路。應(yīng)用PLC 控制技術(shù)的機器人主要是四軸機器人，其能夠自由活動，動作準(zhǔn)確、快速，可靠性高。在該系統(tǒng)中，PLC 是主要的計算控制中心，其內(nèi)部裝有以太網(wǎng)模塊和I/O 模塊等，可以實現(xiàn)對工業(yè)機器人各種運動狀態(tài)的收集。

2.1.2 組裝系統(tǒng)原理

對于工業(yè)機器人組裝系統(tǒng)來說，其主要功能是完成貨物的裝配，因此，需要機器人能夠進(jìn)行一些搬運、抓放、檢測等作業(yè)，該過程較為復(fù)雜，工業(yè)機器人進(jìn)行流水線式的組裝時，需要有較高性能的控制系統(tǒng)，而PLC 具有較強的抗干擾性能，且具有較強的穩(wěn)定性，可以對一些接收的信息進(jìn)行處理，這主要是由于PLC 能夠?qū)飧走M(jìn)行控制，控制氣缸的驅(qū)動作用，再利用PLC 將信號輸出傳遞給電磁閥，電磁閥再進(jìn)行吸合和釋放等運動，實現(xiàn)夾具的緊、松功能[4]。在工業(yè)生產(chǎn)的裝配和檢測環(huán)節(jié)中，PLC、機器人以及視覺系統(tǒng)3 個部分能夠?qū)崿F(xiàn)信息傳遞，利用PLC 輸出信號或者接收信號，以此來控制機器人的動作，并對生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行檢測。

2.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計

2.2.1 PLC軟件設(shè)計

在工業(yè)機器人中，PLC 是其組裝系統(tǒng)中的核心，在組裝的過程中，首先，需要選擇適合機器人的PLC 設(shè)備以及I/O 點數(shù)。例如，選擇使用48 個I/O 點數(shù)的小型PLC設(shè)備，結(jié)合實際需求，對I/O 端口以及硬件接口進(jìn)行設(shè)置。其次，使用以太網(wǎng)對工業(yè)機器人、PLC 設(shè)備、視覺系統(tǒng)以及觸摸屏等進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)信息通信和交換。最后，編寫PLC 程序，要求編寫梯形圖程序，在此過程中，要注意機器人和PLC 之間的信息交換，在編寫的過程中，要設(shè)計合理的通信地址，同時要有風(fēng)險預(yù)防措施，避免使用的過程中發(fā)生意外，可以在系統(tǒng)中設(shè)計互鎖等保護(hù)程序[5]。

2.2.2 工業(yè)機器人中的PLC控制軟件設(shè)計

工業(yè)機器人的程序編寫一般是按照機器人的工作內(nèi)容和流程進(jìn)行設(shè)計的。在應(yīng)用PLC 控制技術(shù)之后，機器人能夠?qū)崿F(xiàn)手動控制和自動控制，因此，在對整個工業(yè)機器人組裝系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計時，要對機器人的工作過程有全面的了解，分析其中可能發(fā)生的問題，否則在實際運作過程中會產(chǎn)生嚴(yán)重的后果?？梢詮? 個方面對PLC 控制軟件進(jìn)行設(shè)計。1）工業(yè)機器人組裝系統(tǒng)要有初始化設(shè)置，這樣當(dāng)機器人出現(xiàn)問題時可以進(jìn)行初始化，下一次使用就不會受到影響。2）工業(yè)機器人組裝系統(tǒng)要實現(xiàn)手動控制，設(shè)置手動操作按鈕和開關(guān)等，能夠?qū)C器人的運動速度、力矩大小等進(jìn)行控制。3）工業(yè)機器人組裝系統(tǒng)要實現(xiàn)自動控制，根據(jù)整個工作內(nèi)容，對每一個機器人進(jìn)行工作定點，讓機器人按照程序進(jìn)行工作，保證工作的流暢性和協(xié)調(diào)性。以某工業(yè)的工業(yè)機器人組裝系統(tǒng)為例進(jìn)行分析，在其組裝的工業(yè)機器人中，每一個機器人共有40 個控制點，所以要選擇有48 個I/O 點數(shù)的PLC設(shè)備，多余的點作為備用的接口。設(shè)置實際需要的I/O 端口和硬件接線，用來連接各個控制點。另一方面，在設(shè)計工業(yè)機器人系統(tǒng)的線路時，還需要解決組裝系統(tǒng)當(dāng)中的工業(yè)機器人的PLC 以及相關(guān)的觸摸屏和視覺系統(tǒng)的組網(wǎng)問題，通過以太網(wǎng)對機器人進(jìn)行控制，實現(xiàn)工作信息的交換。在編寫組裝系統(tǒng)的工業(yè)機器人的PLC 控制程序時，需要注意的問題是PLC 與組裝系統(tǒng)中的工業(yè)機器人之間的信息交換，在保證PLC 的通信地址合理的前提下，減少由于通信地址設(shè)置不當(dāng)而出現(xiàn)的問題，例如PLC 無法控制組裝系統(tǒng)中的工業(yè)機器人，只有這樣才能保證工業(yè)機器人的工作效率。

2.2.3 運動控制編程設(shè)計

設(shè)計工業(yè)機器人的運動控制編程時，可以采用設(shè)置未知數(shù)的方式。首先，對升降臂的程序進(jìn)行設(shè)計，一般由電機的傳動功能實現(xiàn)，通過減速器帶動絲桿，實現(xiàn)機械臂的升降功能，減速器采用1 ∶80 的傳動比例，絲桿螺距為4 mm，電機通過定位控制，當(dāng)轉(zhuǎn)速設(shè)置為n1時，在mam 指令下，升降臂的參數(shù)值為n1=P2×80/4=20P2（rps），P2為升降臂的參數(shù)。其次，可以利用轉(zhuǎn)速來控制工業(yè)機器人大臂和小臂的升降，也就是v1∶v2∶v3=n1∶n2∶n3（速度比=轉(zhuǎn)速比），以此來實現(xiàn)設(shè)備的統(tǒng)一控制。同時，機器人各個軸中能夠進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，各關(guān)節(jié)也不例外，都有相應(yīng)的伺服系統(tǒng)最后，對工業(yè)機器人進(jìn)行編程設(shè)計時，離不開PLC 控制技術(shù)的應(yīng)用，通過高級語言的編寫，能夠?qū)C器人控制程序轉(zhuǎn)變?yōu)镻LC 數(shù)學(xué)控制程序，工業(yè)機器人的運動軌跡是通過運動指令進(jìn)行控制的，在運用PLC 技術(shù)的過程中，要把控好相應(yīng)的運動狀態(tài)。應(yīng)用PLC 技術(shù)時需要編寫具體的控制代碼，再利用高級編程語言轉(zhuǎn)換成PLC 數(shù)控程序，以此實現(xiàn)對工業(yè)機器人的有效控制，這一過程非常復(fù)雜，需要保存控制指令和相關(guān)參數(shù)內(nèi)容，同時利用PLC 控制器對相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理計算，借助有關(guān)下達(dá)命令的參數(shù)獲取機器人的控制運動指令，機器人再通過這些數(shù)據(jù)指令進(jìn)行相應(yīng)的動作，完成相應(yīng)的控制目標(biāo)，進(jìn)而滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求，提升自動化生產(chǎn)的效率[6]。

3 結(jié)語

綜上所述，PLC 控制技術(shù)的優(yōu)點較多，將其應(yīng)用在工業(yè)機器人組裝系統(tǒng)中，能夠?qū)C器人進(jìn)行更好的控制，通過網(wǎng)絡(luò)將多個機器人連接在一起，可以實現(xiàn)互相協(xié)作和信息交換等功能，保證機器人工作的安全性、穩(wěn)定性，同時，還能推動工業(yè)機器人的改革和發(fā)展，從而進(jìn)一步提高工業(yè)生產(chǎn)的效率，為我國工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展做出巨大貢獻(xiàn)。