工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在電氣控制中的應(yīng)用淺談

馬鞍山技師學(xué)院 徐勇杰

引言

機(jī)器人技術(shù)是目前高端制造中的一些創(chuàng)新技術(shù)，可以使制造業(yè)得到快速的發(fā)展。智能控制技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)各類設(shè)備智能化管控，機(jī)器人技術(shù)為電氣設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)帶來(lái)更大的安全保障，而且還會(huì)減少設(shè)備在運(yùn)作中，給人員帶來(lái)的威脅，會(huì)節(jié)省電能消耗，而且也會(huì)提高設(shè)備的運(yùn)作效率，給操作人員節(jié)省更多的工作量。因而，在未來(lái)的電氣行業(yè)中，機(jī)器人技術(shù)會(huì)成為電氣設(shè)備制造的新發(fā)展趨勢(shì)。

1 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)概述

機(jī)器人應(yīng)用到工業(yè)領(lǐng)域會(huì)使用更多的智能化的機(jī)械，它們可以自由執(zhí)行各類生產(chǎn)制造任務(wù)，靠電動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各類設(shè)備的智能操控。另外，根據(jù)后臺(tái)的計(jì)算機(jī)終端發(fā)出的指令來(lái)操作設(shè)備，這些計(jì)算機(jī)的設(shè)備就會(huì)像人腦一樣發(fā)出各類指令信息，進(jìn)而去完成整個(gè)操作過程，會(huì)實(shí)現(xiàn)整體生產(chǎn)制造智能化自動(dòng)化，使制造工作效率變得更高，系統(tǒng)運(yùn)作更加靈活，也更加穩(wěn)定，會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)各類設(shè)備的運(yùn)行效率。機(jī)器人會(huì)包含主體控制核心系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)等多個(gè)部分組成，機(jī)器人主體包含了基座和執(zhí)行部位，如機(jī)器人的臂部、腕部和手部，有些機(jī)器人還會(huì)行走，因此還有行駛的功能。很多機(jī)器人都會(huì)有4個(gè)左右的運(yùn)動(dòng)自由度，其中在機(jī)器人的腕部就會(huì)有3個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度，另外在機(jī)器人內(nèi)部的啟動(dòng)裝置中會(huì)有傳動(dòng)設(shè)備和動(dòng)力設(shè)備，來(lái)促使機(jī)器人運(yùn)轉(zhuǎn)。在機(jī)器人的核心控制系統(tǒng)，通過輸入一定的程序指令，來(lái)操作機(jī)器人各個(gè)部位的運(yùn)作。目前，機(jī)器人可以根據(jù)腕類型，劃分為直角坐標(biāo)系和圓柱坐標(biāo)系，其中直角坐標(biāo)就是在直角坐標(biāo)的三個(gè)方向移動(dòng)，圓柱形則可以上升、下降、回轉(zhuǎn)以及伸縮。在一些工業(yè)制造企業(yè)內(nèi)部，還會(huì)有關(guān)節(jié)型的機(jī)器人，這類機(jī)器人有很多的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，可以根據(jù)下發(fā)的指令去轉(zhuǎn)動(dòng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)操作[1]。

機(jī)器人是比較精密智能，而且在機(jī)器人中有大量的軟件。通過應(yīng)用軟件控制系統(tǒng)的方式，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)部件的靈活操控。自動(dòng)控制系統(tǒng)可以對(duì)機(jī)器人做好管理控制調(diào)度，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)生產(chǎn)作業(yè)有序推進(jìn)，提高產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量，降低整個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)的成本。另外，機(jī)器人設(shè)備也能夠減少對(duì)能源的消耗，以及對(duì)外界環(huán)境的污染，隨著當(dāng)前我國(guó)高科技迅速的發(fā)展，在機(jī)器人中，會(huì)使用更多自動(dòng)化的裝備，這些裝備可以使產(chǎn)品生產(chǎn)制造工作變得更加精細(xì)，更加柔性，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化生產(chǎn)、智能化生產(chǎn)、網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)[2]。

2 機(jī)器人自動(dòng)沖壓線系統(tǒng)的控制方案設(shè)計(jì)研究

2.1 雙層控制系統(tǒng)方案

通過應(yīng)用雙層網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)沖壓系統(tǒng)從總控系統(tǒng)中獨(dú)立，另外工作人員可以應(yīng)用數(shù)據(jù)通信裝置和耦合器，逐步將壓機(jī)與自動(dòng)傳感器控制主站連接，也可以應(yīng)用太網(wǎng)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)各設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控。另外，應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制終端，能夠?qū)Ω鱾€(gè)生產(chǎn)線的作業(yè)環(huán)節(jié)做好全面的監(jiān)控，應(yīng)用分層的管理控制，可以在不同的設(shè)備中，設(shè)置不同數(shù)據(jù)傳輸通訊的速率，如果一側(cè)的網(wǎng)段產(chǎn)生問題，那么另一側(cè)也能夠有正常運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而會(huì)提高整體生產(chǎn)系統(tǒng)的柔性和穩(wěn)定性，也方便對(duì)各類設(shè)施設(shè)備的維修[3]。

2.2 安全防護(hù)系統(tǒng)方案

使用安全防護(hù)系統(tǒng)可以確保生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和人員人身安全，也可以使電氣設(shè)備更加穩(wěn)定安全地運(yùn)作，安全保護(hù)系統(tǒng)需要通過軟硬件的設(shè)計(jì)，如在硬件方面可以安裝安全門，以及應(yīng)用IOS模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各類操作設(shè)備的連接。應(yīng)用安全總線與PLC控制系統(tǒng)。在安全管理系統(tǒng)方面，可以使用安全軟件對(duì)各類設(shè)備的故障部位做好精準(zhǔn)的判別。從安全軟件管理系統(tǒng)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，并加強(qiáng)對(duì)安全回路的管理控制[4]。

2.3 電控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)控制器時(shí)，要考慮到控制器的穩(wěn)定性，可應(yīng)用西門子的S7400作為控制器，應(yīng)用PC終端顯示，設(shè)備供電電源模塊就可以應(yīng)用西門子CP460，在選擇以太網(wǎng)時(shí)，就可以應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)CP443模塊。在電機(jī)設(shè)備的控制機(jī)柜上，要配備照明、插座裝置、PLC、交換機(jī)。在電力設(shè)備的配電方面要應(yīng)用380伏的電源接線，而且可應(yīng)用控制柜來(lái)接地，應(yīng)用24伏的直流電機(jī)作為機(jī)械使用控制箱的配電設(shè)備。要為插座提供電源以及配備相應(yīng)的照明系統(tǒng)，左邊電機(jī)控制柜為提供照明的控制系統(tǒng)，右邊為控制柜的插座。

2.4 機(jī)器人控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

在機(jī)器人控制的軟件上，可以使用西門子所配套的編程軟件作為公司系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境?？刂栖浖?nèi)要包含設(shè)備的組態(tài)設(shè)備通信模塊、分配模塊地址，另外也要包含設(shè)備運(yùn)維管理、文檔資料管理、故障診斷。在控制系統(tǒng)內(nèi)，設(shè)置數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)更新。在現(xiàn)場(chǎng)總線中，要實(shí)現(xiàn)即插即用，就要使用電子設(shè)備的數(shù)據(jù)庫(kù)的文件來(lái)描述設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息。另外，要給該裝置配備電子數(shù)據(jù)庫(kù)文件，通過將設(shè)備內(nèi)部的各類部件集成的控制系統(tǒng)平臺(tái)上，以便能夠使系統(tǒng)了解到各個(gè)部件運(yùn)作信息[5]。

3 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在電氣控制中的應(yīng)用功能研究

3.1 高效處理數(shù)據(jù)及采集數(shù)據(jù)

在電氣控制裝置中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各類設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，通過將數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_(tái)的控制終端，由工作人員對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行深度的挖掘分析，并將部分關(guān)鍵數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來(lái)，以便后期數(shù)據(jù)分析。在電氣設(shè)備中安裝一些傳感器，通過直接傳感器實(shí)時(shí)捕捉電氣設(shè)備運(yùn)作時(shí)狀態(tài)信息，應(yīng)用智能機(jī)器人技術(shù)來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)做好實(shí)時(shí)分析，并且機(jī)器人技術(shù)也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備異常故障定位，也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備故障的智能化處理、自動(dòng)處理。

3.2 監(jiān)督系統(tǒng)運(yùn)行，發(fā)出警報(bào)信息

機(jī)器人技術(shù)可以對(duì)電氣設(shè)備運(yùn)行中出現(xiàn)的各類故障做好有效的監(jiān)督，也能夠快速地傳送到終端系統(tǒng)上，形成對(duì)整個(gè)電子系統(tǒng)的模擬。機(jī)器人技術(shù)會(huì)對(duì)電氣設(shè)備的部分開關(guān)做好監(jiān)控，避免異常故障產(chǎn)生。在電氣設(shè)備中，安裝自動(dòng)警報(bào)裝置，可以及時(shí)預(yù)警，對(duì)于出現(xiàn)的突發(fā)狀況，可以自動(dòng)地切斷電源，而使電氣設(shè)備免受損[6]。

3.3 實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備的智能化操控

應(yīng)用智能化操控技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備簡(jiǎn)單的操作，在設(shè)備制造中融入智能技術(shù)，此時(shí)工作人員就可以通過鼠標(biāo)、鍵盤，輕松實(shí)現(xiàn)對(duì)各類電器裝置如開關(guān)、隔離裝置、斷路器的控制。另外，也能夠通過計(jì)算機(jī)，去調(diào)節(jié)電氣設(shè)備的電流，應(yīng)用智能技術(shù)會(huì)大幅度地減少設(shè)備使用中的工作量，給工作人員帶來(lái)更多的便捷，減少工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

4 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用研究

4.1 應(yīng)用于電氣設(shè)備設(shè)計(jì)

在電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師要分析智能技術(shù)和自動(dòng)技術(shù)在設(shè)備中的應(yīng)用狀況，并通過研究相關(guān)機(jī)器人技術(shù)來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)電氣裝置的設(shè)計(jì)圖。另外，要對(duì)機(jī)器人技術(shù)特征有更深入的分析，由于電氣設(shè)備內(nèi)部的各類電路布局系統(tǒng)比較復(fù)雜，包含了很多的零部件，也會(huì)包含很多學(xué)科的知識(shí)。在設(shè)計(jì)過程中，可以通過應(yīng)用軟件控制方式，設(shè)計(jì)一些算法，進(jìn)而去實(shí)現(xiàn)對(duì)電路電氣設(shè)備內(nèi)部系統(tǒng)數(shù)據(jù)的模擬計(jì)算，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)電氣設(shè)備的控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在某種程度上，提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的工作效率和質(zhì)量水平。

4.2 應(yīng)用于電氣控制工作

在電氣設(shè)備制造中，構(gòu)建控制系統(tǒng)對(duì)于整個(gè)設(shè)備運(yùn)作來(lái)講比較重要，電控系統(tǒng)會(huì)實(shí)現(xiàn)對(duì)各部件的靈活操控。在當(dāng)前電氣設(shè)備智能化發(fā)展方向上，應(yīng)用智能控制系統(tǒng)，會(huì)逐步降低設(shè)備的電能消耗，而且會(huì)提高整個(gè)電力設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)效率，大幅度地提升了整個(gè)生產(chǎn)制造的工作效率，也壓縮了設(shè)備生產(chǎn)制造和設(shè)備運(yùn)行的資金和成本費(fèi)用，有效地減輕工作人員的工作量。

4.3 用于電氣設(shè)備的日常使用中

電氣設(shè)備與人們的日常生活和工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)制造密切聯(lián)系，當(dāng)前生產(chǎn)制造車間內(nèi)部的電子設(shè)備種類繁多，給工作人員帶來(lái)了更多的設(shè)備控制難度。不同類型的設(shè)備操作流程不一樣，有些大型的設(shè)備操作比較復(fù)雜，也會(huì)增加電力設(shè)備控制時(shí)間，因此應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)，實(shí)現(xiàn)部分操作的智能化管理，壓縮人員工作量，會(huì)進(jìn)一步提供設(shè)備操作的效率，縮短操作時(shí)間，并減少違規(guī)操作出現(xiàn)失誤問題。

4.4 應(yīng)用于故障診斷

在電機(jī)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，會(huì)受到各類外界客觀因素的影響，容易使電氣設(shè)備產(chǎn)生故障，以及出現(xiàn)安全事故。如果工作人員不能及時(shí)對(duì)故障做好檢修分析，找不到故障產(chǎn)生的原因，就會(huì)對(duì)電氣設(shè)備造成嚴(yán)重的損害，也會(huì)給企業(yè)帶來(lái)巨額損失。在電氣自動(dòng)化控制中，要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)設(shè)備使用、設(shè)備故障等多方面的自動(dòng)化、智能化的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)智能處理故障、智能化定位故障，用機(jī)器人技術(shù)會(huì)逐步壓縮故障診斷的時(shí)間，使整個(gè)故障診斷更加便捷，更加精準(zhǔn)。

4.5 應(yīng)用于簡(jiǎn)化自控流程中

電氣自動(dòng)化、智能化的控制技術(shù)比較專業(yè)，也比較復(fù)雜，需要工作人員在操作時(shí)嚴(yán)格地根據(jù)操作規(guī)范要求來(lái)使用設(shè)備，避免違規(guī)操作。機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用到電氣設(shè)備的使用環(huán)節(jié)上，可以及時(shí)地去給設(shè)備使用人員提醒，而有效避免操作失誤產(chǎn)生。另外，智能化的機(jī)器人技術(shù)可以為各類故障處理提供方法，實(shí)現(xiàn)故障自動(dòng)化處理，確保各類電氣設(shè)備可以穩(wěn)步運(yùn)轉(zhuǎn)，另外機(jī)器人技術(shù)也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的遠(yuǎn)程維修處理。

5 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)逐步應(yīng)用到電力設(shè)備生產(chǎn)制造和設(shè)備的使用中，可進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)設(shè)備操作的控制。另外，機(jī)器人技術(shù)也可以應(yīng)用到設(shè)備故障的診斷中，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的精準(zhǔn)定位，避免故障影響到設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)。機(jī)器人技術(shù)也可以對(duì)設(shè)備的操控流程做好簡(jiǎn)化，使各設(shè)備使用更加便捷簡(jiǎn)單，也方便了工作人員，減輕了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和工作量，提高了電氣設(shè)備運(yùn)作的自動(dòng)化智能化水平。