PLC技術(shù)在工業(yè)機器人控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

朝陽工程技術(shù)學(xué)校 遼寧 朝陽 122000

前言

在機電一體化趨勢愈發(fā)明朗的當(dāng)下,工業(yè)機器人被賦予了較之前更強大的性能,工業(yè)生產(chǎn)率也因此而得到顯著提高。以PLC為切入點,對控制系統(tǒng)進行優(yōu)化,使機器人獲得自動化控制,現(xiàn)已成為研究的重點。這樣做既能夠賦予機器人更為理想的價值,又與一體化趨勢不謀而合,由此可見,本文所研究課題有極為突出的現(xiàn)實意義。

1 工業(yè)機器人介紹

工業(yè)機器人是指以重復(fù)編程、自動控制為依托,對人工操作進行模仿并完成的設(shè)備?，F(xiàn)階段,大量企業(yè)選擇引入機器人,用來輔助日常生產(chǎn)及相關(guān)活動的開展,其所帶來的積極影響也有目共睹,即:在提高生產(chǎn)效率的基礎(chǔ)上,最大程度減弱復(fù)雜環(huán)境給工業(yè)生產(chǎn)帶來的影響,僅需投入較少的人力資源,就可獲得理想質(zhì)量的產(chǎn)品。

2 基于PLC的控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 技術(shù)優(yōu)勢

2.1.1 性價比高 由多個軟件構(gòu)成的PLC系統(tǒng),其兼容性不言而喻,即便設(shè)備所處環(huán)境十分復(fù)雜,用戶仍然可借助該系統(tǒng),對設(shè)備情況進行實時監(jiān)控。由此可見,PLC擁有較高的性價比,這也是其最突出的優(yōu)勢。

2.1.2 能夠抵抗干擾 在很長一段時間內(nèi),對電氣設(shè)備加以控制的主體均為繼電器,一旦出現(xiàn)接觸不良的問題,極易給設(shè)備運行帶來影響。PLC賦予了設(shè)備控制更為理想的實用性,通過硬件結(jié)合軟件的方式,將抵抗干擾的能力提升到了全新高度。

2.1.3 具備良好適應(yīng)性 現(xiàn)階段,PLC已經(jīng)擁有趨于完善的標(biāo)準體系,可借助模塊化系統(tǒng),使不同設(shè)備得到有效控制。用戶可以利用不同系統(tǒng)對功能模塊加以設(shè)計,確保據(jù)自身需求得到滿足[1]。另外,對PLC進行連接的方法也十分簡單,除特殊情況外,用戶均可通過接線的方式,確保PLC被投入應(yīng)用。

2.1.4 便于應(yīng)用和維護 一方面,PLC可借助邏輯圖和梯形圖對編程語言加以完善,設(shè)計人員無需借助計算機系統(tǒng),便能夠完成開發(fā)和調(diào)試的工作,對系統(tǒng)進行控制的工具為計算機,真正做到了實時改變或修改控制方向。另一方面,PLC出現(xiàn)故障的概率較小,即便有問題出現(xiàn),技術(shù)也可經(jīng)由編程器,對問題進行及時了解并處理,其維護難度自然較其他技術(shù)更低。

2.2 控制系統(tǒng)功能 工業(yè)機器人所運用方式,主要是模仿人工操作,作為智能設(shè)備的代表,機器人只有接受中樞指揮,才能順利完成各項任務(wù),利用PLC對科學(xué)控制系統(tǒng)加以設(shè)計,其意義不言而喻。一般來說,由伺服電機組成執(zhí)行機構(gòu)是控制系統(tǒng)的核心,設(shè)計人員可借助運動控制器,通過運算的方式,對機器人路徑加以控制。目前,固定參數(shù)結(jié)合固定動作的控制方式,經(jīng)常被用來對運動加以控制,PLC的出現(xiàn)又給設(shè)計人員帶來了全新思路,即:利用柔性系統(tǒng)替代原有系統(tǒng),將繼電器所存在不足加以彌補,充分利用計算機與微電子技術(shù),使控制系統(tǒng)的自動化及智能化特征得到凸顯。事實證明,PLC擁有便于應(yīng)用的優(yōu)勢,將其與工業(yè)生產(chǎn)向結(jié)合,可賦予設(shè)備運行更強的抗干擾力,而利用其優(yōu)化機器人原有控制系統(tǒng)所帶來積極影響,主要是確保監(jiān)測工作得到自動化開展。圖1是控制系統(tǒng)的運行示意圖,供相關(guān)人員參考。

2.3 PLC應(yīng)用方向及策略

2.3.1 系統(tǒng)原理 圖2是本文研究機器人的內(nèi)部機制。該機器人設(shè)有三條傳動鏈,不同傳動鏈負責(zé)驅(qū)動不同關(guān)節(jié)[2]。在底座安裝的電機1確保升降臂垂直運動,其傳動比是1:80。將電機輸出向絲桿進行傳遞時,由于有減速器1的存在,因此,升降臂始終處于垂直運動狀態(tài)。受關(guān)節(jié)作用影響,大臂狀態(tài)往往是旋轉(zhuǎn)運動。電機2的轉(zhuǎn)動比同樣是1:80,而減速器2、減速器3的作用,主要是驅(qū)使大臂運動,借助電機所輸出電流,對齒形帶、小臂進行驅(qū)動。

圖1 控制系統(tǒng)示意圖

圖2 工業(yè)機器人內(nèi)部機制

2.3.2 精度控制 精度是決定機器人工作效率和功能發(fā)揮的重要指標(biāo),對位置精度有影響的因素,主要有溫度、安裝精度和機電精度。基于PLC的機器人,在分析工作精度時,通常要對以下內(nèi)容引起重視:首先,利用旋轉(zhuǎn)編碼器,對交流伺服電機精度進行控制,將增量光電碼盤安裝在非負載軸上,以反饋信號為基礎(chǔ),確定信息反饋閉環(huán),為精度控制效果提供保證。其次,安裝增量光電碼盤的目的,主要是減弱設(shè)備振動或變形給精度控制帶來的負面影響。再次,全數(shù)字伺服驅(qū)動可確保電路穩(wěn)定,通過控制漂移量的方式,對溫度所帶來影響進行規(guī)避,確保參數(shù)指標(biāo)精確。最后,如果條件允許,設(shè)計人員應(yīng)利用低慣性轉(zhuǎn)子替代原有轉(zhuǎn)子,而自動控制配合手動控制的模式,更適合控制運動慣性,在某些情況下,運動慣性可以忽略不計。

2.3.3 通信控制 要想使通信擁有更為理想的穩(wěn)定性和安全性,落實通信協(xié)議,確保信息得到有效交互是前提。從本質(zhì)上說,通信協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)通信規(guī)程相似,都是強調(diào)以信息傳輸與通信為基礎(chǔ),在判斷信息價值的前提下,通過同步處理的方式,使錯誤信息得到及時發(fā)現(xiàn)與處理?；赑LC的通信協(xié)議往往分為企業(yè)專用和應(yīng)用通用,前者適用于底層和中層子網(wǎng)絡(luò),這是因為子網(wǎng)絡(luò)是傳遞數(shù)據(jù)和命令的主要載體,即便所涉及數(shù)據(jù)量有限,仍對實時性有極高要求。另外,通信系統(tǒng)還應(yīng)當(dāng)具備鑒別、處理錯誤數(shù)據(jù)的功能?，F(xiàn)階段,常見通信控制方式為檢錯,常規(guī)任務(wù)可采用奇偶校驗,高級任務(wù)適用方法為CRC,通過自動檢錯的方式,為所得結(jié)果的準確性與可靠性提供保證。由于通信系統(tǒng)屬于開放性系統(tǒng),在布置現(xiàn)場總線時,設(shè)計人員應(yīng)以集中布置為原則,借助傳感器、控制器,通過針對性管理的方式,為PLC運行效益提供保證。

2.3.4 硬件設(shè)計 基于PLC所設(shè)計硬件,可為自動化運行目標(biāo)的實現(xiàn)提供先決條件。事實證明,這樣做能夠提高機器人性價比,且工業(yè)生產(chǎn)所提出需求也可獲得最大程度的滿足。本文所討論機器人,通常被用來對工業(yè)生產(chǎn)流程加以承載,只有以生產(chǎn)特點和需求為依據(jù),對硬件和軟件進行設(shè)計,并確保二者充分融合,才能使工業(yè)生產(chǎn)表現(xiàn)出更符合預(yù)期的自動化水平[3]。簡而言之,就是以生產(chǎn)流程為依托,在確定同流程的基礎(chǔ)上,利用PLC完成設(shè)計工作,賦予機器人獲取生產(chǎn)所需信息的功能,此時,再引入交互網(wǎng)絡(luò),方可確保信息得到實時且有效的交互。

對處于運行狀態(tài)的機器人而言,要想擁有理想的自動化水平,不僅需要設(shè)計軟件系統(tǒng),還要調(diào)整硬件設(shè)備,借助硬件設(shè)備為系統(tǒng)功能的發(fā)揮提供支持。本文所討論技術(shù),通常需要憑借編碼控制器,對自身優(yōu)勢進行發(fā)揮,這也給設(shè)計人員提出了全新的要求,即:對處理網(wǎng)絡(luò)信息的模塊及智能模塊引起重視,通過設(shè)計硬件適用操作系統(tǒng)的方式,確保設(shè)備和硬件的有效連接,隨著軟件穩(wěn)定性的提高,智能終端自然具備了自動調(diào)節(jié)的功能。

2.3.5 軟件設(shè)計 PLC強調(diào)利用編程對梯形圖進行構(gòu)建,確保指令程序順利完成。開展相關(guān)工作時,設(shè)計人員應(yīng)綜合考慮多方因素,確定流程順序,再確定拾取、搬運操作的控制系統(tǒng),以流程圖為依托,確保工作軌跡得到直觀展示,隨后,利用搬運及運行所需工具,完成安裝機器人的環(huán)節(jié)。由PLC自動向機器人發(fā)出相關(guān)指令,再借助所設(shè)計程序,逐項完成夾取、移動和回到位置的操作。要想達成該目標(biāo),對程序進行編寫時,設(shè)計人員需要重視梯形圖、表格的利用,確保各類算法擁有交互使用的平臺,現(xiàn)將設(shè)計要點歸納如下:其一,參考不同模塊及其功能,對編程方法加以確定。梯形圖適合被用來對搬運系統(tǒng)進行編程,旨在為機器人提供良好的運行環(huán)境。其二,綜合運用自動控制與手動控制,強化系統(tǒng)靈活性。自動控制的前提是機器人待機,PLC的作用是確定轉(zhuǎn)運程序,而手動控制依托系統(tǒng)的功能,主要是對機器人所處位置加以調(diào)整。

結(jié)論

由上述內(nèi)容可知,在工業(yè)領(lǐng)域?qū)C器人加以應(yīng)用成為大勢所趨,要想使機器人表現(xiàn)出更加理想的應(yīng)用效果,利用PLC對其進行控制很有必要,詳細來說,就是以建立控制系統(tǒng)為落腳點,對機器人運行具有的智能化及自動化水平進行凸顯。