基于PLC的全位置弧焊機器人電氣控制系統(tǒng)改進與應(yīng)用

王振士

（江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 徐州 221008）

0 引言

PLC技術(shù)屬于現(xiàn)場總線技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展而來的新型技術(shù)，其中主要整合了現(xiàn)代化的控制技術(shù)和計算機技術(shù)，利用閉環(huán)過程控制的方式可以精細化實現(xiàn)電氣系統(tǒng)控制目的，增強系統(tǒng)的優(yōu)化性和穩(wěn)定性，因此在全位置弧焊機器人電氣控制系統(tǒng)改進的過程中可以使用PLC技術(shù)，提升整體系統(tǒng)運行水平、穩(wěn)定性，達到預(yù)期的改進應(yīng)用目的。

1 全位置弧焊機器人電氣控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀和問題

全位置弧焊機器人電氣控制系統(tǒng)主要是由運動控制類型和檢測類型的系統(tǒng)組合而成，前者主要是通過液晶觸摸屏打造外部參數(shù)一鍵輸入的模塊，可以按照具體操作需求在模塊中輸入執(zhí)行任務(wù)的參數(shù)，利用控制器設(shè)備提升輸入指令之后操控工作的精準性，增強和外部數(shù)據(jù)之間進行通信的實時性水平。而檢測系統(tǒng)是由焊縫跟蹤、位置檢測兩種子系統(tǒng)組合而成，能夠準確檢測出機器人位置情況、狀態(tài)情況，確?？梢杂行瓿筛黝惒僮魅蝿?wù)。

1.1 現(xiàn)狀分析

目前我國焊接自動化發(fā)展的水平已經(jīng)提升到45%左右，而西方發(fā)達國家的焊接自動化水平在71%以上，所以我國和西方國家的技術(shù)相比自動化水平還存在一定差距。從當前的實際情況而言，我國在焊接工作中自動化程度較高的就是工業(yè)機器人，在使用焊接機器人期間自由度的控制非常豐富，可以有效執(zhí)行各類較為復(fù)雜的工作任務(wù)，通過現(xiàn)代化焊接技術(shù)增強整體工作效果。并且我國在應(yīng)用全位置弧焊機器人的過程中，核心技術(shù)主要為以下幾點：其一，光電式傳感器技術(shù)，此類技術(shù)在應(yīng)用的過程中具備精確度高、靈敏性強的特點，可以為機器人提供焊縫跟蹤的支持，按照檢測原理因素、對象因素、光源因素可以將其分成單光點類型、CCD視覺類型、激光掃描類型等傳感器，促使弧焊機器人焊接跟蹤精確性、穩(wěn)定性的提升；其二，電弧特性傳感器技術(shù)，此類技術(shù)能夠準確地對比焊接電弧電壓參數(shù)、電流參數(shù)的變化情況，明確是否有焊槍位置、焊縫位置相互偏移的現(xiàn)象，利用電氣控制系統(tǒng)對焊槍做調(diào)整，但是該技術(shù)在應(yīng)用期間成本較高、結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜；其三，超聲波傳感器技術(shù)，根據(jù)技術(shù)的應(yīng)用可分成橫波類型和縱波類型兩種，前者就是利用超聲波在介質(zhì)傳播期間出現(xiàn)反射現(xiàn)象引發(fā)的聲程變化及時檢測焊槍位置和焊縫位置相互偏離的問題，按照聲程差數(shù)據(jù)值對電氣控制系統(tǒng)發(fā)出指令，使其可以自動化調(diào)整焊槍的位置，確保技術(shù)的良好運用[1]。

1.2 問題分析

近年來雖然我國在應(yīng)用全位置弧焊機器人的過程中自動化水平有所提升，但是受到技術(shù)因素和其他因素的限制性影響，導(dǎo)致機器人在進行復(fù)雜操作期間容易發(fā)生電氣控制系統(tǒng)的故障問題、中斷問題等，例如：系統(tǒng)接觸器發(fā)生故障問題，不能和電動閥之間良好接觸，也可能會出現(xiàn)電氣控制系統(tǒng)的電磁干擾問題、機械開關(guān)老化或是損壞問題等等，此類現(xiàn)象的出現(xiàn)會導(dǎo)致電氣控制系統(tǒng)不能高效化、穩(wěn)定性運行，甚至無法滿足焊接生產(chǎn)的基本需求，出現(xiàn)數(shù)據(jù)通信不順暢的問題，不能有效傳輸各類命令和指令，引發(fā)設(shè)備執(zhí)行的故障現(xiàn)象，嚴重的甚至還會出現(xiàn)經(jīng)濟損失。

2 基于PLC的全位置弧焊機器人電氣控制系統(tǒng)改進與應(yīng)用

2.1 合理進行系統(tǒng)改進

①遵循基本的改進設(shè)計工作要點，根據(jù)整體系統(tǒng)的特點完善設(shè)計方案內(nèi)容，增強系統(tǒng)運行的可靠性，滿足控制對象在焊接工藝方面的基本需求，確保在PLC既定條件之下充分發(fā)揮其優(yōu)勢，提升系統(tǒng)的性價比，降低整體系統(tǒng)應(yīng)用成本，增強系統(tǒng)運作的合理性。具體改進設(shè)計工作期間應(yīng)結(jié)合用戶操作工藝需求與功能需求等，制定不同的系統(tǒng)改進設(shè)計方案，利用模擬實驗方式對比不同方案的實施可行性與效果，選擇最佳的設(shè)計方案，通過合理改進設(shè)計處理使得全位置弧焊機器人電氣控制系統(tǒng)高質(zhì)量、穩(wěn)定性運行[2]。②重點完善改進設(shè)計工作的流程和步驟，按照各類指導(dǎo)原則健全改進設(shè)計模式，對設(shè)計過程進行優(yōu)化完善，以此為機器人的高質(zhì)量和高效率應(yīng)用提供基礎(chǔ)保障。首先，重點研究用戶的控制需求，根據(jù)需求合理設(shè)定系統(tǒng)以改進設(shè)計的參數(shù)和指標。其次，按照系統(tǒng)運行特點，科學(xué)選擇輸入設(shè)備和輸出設(shè)備，避免發(fā)生設(shè)計缺陷問題，確保所有設(shè)備都能正常進行數(shù)據(jù)通信，同時還需合理設(shè)計PLC控制器設(shè)備，做好管腳的分配工作以免發(fā)生管腳介入故障問題。最后，在改進的過程中完善PCB制版方案、程序設(shè)計方案、調(diào)試工作模式，在制作成為成品以后的初期階段開展調(diào)試工作，對電路連接的狀況測試處理，然后開展內(nèi)部測試的活動，準確地根據(jù)邏輯性特點執(zhí)行測試工作，完成所有步驟的操作之后就應(yīng)開展整體系統(tǒng)的測試工作和調(diào)試工作，模擬真實場景試運行，明確所改進的系統(tǒng)是否能夠滿足焊接操作和基本工作的要求，符合標準之后應(yīng)用在焊接工作領(lǐng)域[3]。

2.2 技術(shù)的應(yīng)用措施

①應(yīng)用變壓器技術(shù)。變壓器屬于電氣控制系統(tǒng)中最為重要的電壓穩(wěn)定設(shè)備，如果不能合理使用此類技術(shù)將會導(dǎo)致電壓的穩(wěn)定效果降低，對整體系統(tǒng)的良好運行造成不利影響。因此在應(yīng)用變壓器技術(shù)的過程中應(yīng)結(jié)合全位置弧焊機器人的電氣控制系統(tǒng)運行特點合理設(shè)計變壓器的位置，使得各個供電部分的電壓都能處于一致的狀態(tài)，預(yù)防因為電壓不穩(wěn)定出現(xiàn)故障問題；應(yīng)嚴格控制二次側(cè)電壓供應(yīng)的狀態(tài)，確保能夠滿足用電器運行的基本需求；在工作中還需嚴格控制變壓器的熱量，改善散熱性能，以免溫度過高出現(xiàn)器件損壞的現(xiàn)象，避免由于變壓器故障導(dǎo)致電氣控制系統(tǒng)出現(xiàn)應(yīng)用問題，使得機器人處于良好運行狀態(tài)。②重點應(yīng)用熔斷器設(shè)備。此類設(shè)備在應(yīng)用的過程中可以起到電壓電流過高的保護作用，屬于電氣控制系統(tǒng)中非常重要的核心部件，所以在應(yīng)用電氣控制系統(tǒng)的過程中必須要科學(xué)選擇熔斷器部件，按照整體負載狀況和器件的性質(zhì)、結(jié)合系統(tǒng)設(shè)計需求與電器特征等，保證所選擇的熔斷器符合標準，使得優(yōu)化后的系統(tǒng)可以在電壓電流過高的情況下自動做保護動作，不會因為電壓或是電流異常引發(fā)故障問題。③強化信息技術(shù)的應(yīng)用。基于PLC的全位置弧焊機器人電氣控制系統(tǒng)改進期間還需重點應(yīng)用信息技術(shù)，提升信息處理的能力，快速適應(yīng)信息數(shù)據(jù)量迅速增長的局面，使得機器人在數(shù)據(jù)信息量較高的狀態(tài)下也可以有序完成操作任務(wù)。在此期間可以將中央處理器部件和PLC關(guān)鍵性技術(shù)相互整合，利用先進的大數(shù)據(jù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)等提升數(shù)據(jù)自動化處理效果，這樣在中央處理器和信息技術(shù)的支持下可以提升電氣控制系統(tǒng)應(yīng)用期間的運算能力、數(shù)據(jù)分析處理能力，保證大量數(shù)據(jù)信息的良好處理，滿足系統(tǒng)具體的應(yīng)用需求[4]。④強化系統(tǒng)架構(gòu)的完善和調(diào)整。一方面，在各類存儲間采用數(shù)據(jù)異步鏡像的方式，此類方法在應(yīng)用期間可以對系統(tǒng)各個模塊準確隔離，通過單元化管理的方式提升容災(zāi)性能，降低故障問題和安全問題的發(fā)生率。另一方面，可以在不同模塊相互之間設(shè)置電磁干擾的隔離機制，提高整體系統(tǒng)抗干擾性能，保證系統(tǒng)運作的穩(wěn)定性。利用上述兩種方法進行系統(tǒng)架構(gòu)的調(diào)整，能夠在發(fā)生故障問題之后預(yù)防主機或是模塊有通信錯誤的現(xiàn)象，避免引發(fā)器件損壞的問題，強化每個模塊的隔離效果、減少容災(zāi)方面的復(fù)雜性，使得系統(tǒng)處于穩(wěn)定的運作狀態(tài)。⑤強化應(yīng)用過程中的維護力度。利用上述各類改進設(shè)計和技術(shù)方式完善電氣控制系統(tǒng)的改進方案、合理設(shè)置各類部件，可以從技術(shù)層面達到系統(tǒng)的改進目的。將完成改進之后的機器人應(yīng)用在生產(chǎn)領(lǐng)域，不僅可以提升生產(chǎn)效果，還能借助電磁屏蔽部分減少電磁干擾問題，通過穩(wěn)定性的輸入設(shè)備和輸出設(shè)備提升通信可靠度，利用合適的PLC控制器、分配管腳等降低故障問題的發(fā)生率，減少后續(xù)維護成本。但是在系統(tǒng)應(yīng)用的過程中也需要注意按照所改進系統(tǒng)的情況完善日常維護的方案和計劃，安排專業(yè)的人員在日常工作中觀察電氣控制系統(tǒng)的運作狀態(tài)，做好機器人焊接操作的巡查和巡檢工作，一旦發(fā)現(xiàn)有故障問題或是風(fēng)險隱患必須要立即處理，以免影響系統(tǒng)和設(shè)備的運行效果。同時還需設(shè)置故障和風(fēng)險問題的預(yù)警機制，通過自動化和智能化系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測電氣控制系統(tǒng)與機器人的運作狀態(tài)，一旦有風(fēng)險隱患問題就可以自動地發(fā)出警報，以便工作人員按照具體狀況快速維修和處理，使得電氣控制系統(tǒng)、機器人能夠處于良好運作狀態(tài)，增強整體焊接生產(chǎn)效果和質(zhì)量，避免影響焊接工作的水平[5]。

3 結(jié)語

綜上所述，目前我國在全位置弧焊機器人電氣控制系統(tǒng)應(yīng)用的過程中存在很多問題，故障發(fā)生率較高、穩(wěn)定性低，無法滿足現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的基本需求。因此應(yīng)重點關(guān)注基于PLC全位置弧焊機器人電氣控制系統(tǒng)的改進，完善改進的方案和計劃，合理使用各類PLC關(guān)鍵性技術(shù)，增強整體系統(tǒng)運行穩(wěn)定性，同時還需完善系統(tǒng)應(yīng)用期間的維護方案，達到預(yù)期的高質(zhì)量應(yīng)用目的。