PLC的噴涂機器人控制系統(tǒng)研究

周建新

【摘要】對于我國中小型家具企業(yè)而言，在針對性強且性價比高的五軸噴涂機器人有非常大的需求。基于此，筆者從五軸噴涂機器人的組成及驅動設計入手，分析了基于PLC的五軸噴涂機器人控制系統(tǒng)設計，分別指出了控制系統(tǒng)的硬件設計及軟件設計中的注意事項，能夠實現(xiàn)五軸噴涂機器人對噴涂對象的跟蹤，而且本文提出的設計方法可以有效提高電機控制的靈活性，有助于五軸噴涂機器人的有效應用。

【關鍵詞】PLC；五軸噴涂機器人；控制電路

目前的表面噴涂設備而言，主要有噴涂機和噴涂機器人這兩類。噴涂機主要用于簡單的直線噴涂；噴涂機器人能夠進行復雜的表面噴涂，而且運動軌跡非常靈活，噴涂的質量也比較高。根據(jù)大型立方體工件的特點，有研究學者研發(fā)了五軸噴涂機器人用于該工件的噴涂，這種噴涂機器人能夠同時控制五個噴槍進行噴涂工作，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。在實際的使用中，如何有效控制噴槍是人們關注的重點。

1.基于PLC的五軸噴涂機器人控制系統(tǒng)設計

1.1系統(tǒng)的硬件設計

首先，主電路設計。主電路住要用于控制系統(tǒng)各個單元的電力供應，在進行主電路的設計時，需要確保各個電路模塊能夠安全用電，并在電流過大的位置設計斷路器。一般來說，設計人員需要在交流電主線位置以及驅動器的供電位置進行了斷路器的設計。PLC內部含有220V交流電轉換成直流24V的功能模塊，但是為了防止過多的24V供電設備與PLC進行連接，導致PLC內部電壓不穩(wěn)，設計人員需要在主電路增加一個220V交流電轉換成直流24V的功能模塊。

然后，控制電路設計。在機器人控制系統(tǒng)中，控制電路包含若干個輸入點及輸出口，輸入點主要包括高速輸入點以及通用輸入點這兩種。其中，高速輸入點主要用于編碼器等多種高頻信號的輸入；高速脈沖輸出口與驅動器連接，用于脈沖序列以及方向信號的發(fā)送；通用輸入點主要用于控制系統(tǒng)啟動、停止等開關信號的輸入；通用輸出口主要用于剎車指令的發(fā)送，還能夠進行噴槍開關以及系統(tǒng)報警的輸出。

最后，硬件設施的選擇。機器人控制系統(tǒng)的硬件設施包括上位機、主控制器以及副控制器等設備。上位機主要用于主控制器PLC相關作業(yè)參數(shù)的設定，并控制系統(tǒng)的啟動與停止，在控制系統(tǒng)的運行過程中，上位機會與主控制器的422端口進行通信；設計人員需要根據(jù)實際的機器人參數(shù)選擇不同型號的PLC主控制器及PLC副控制器，常用的主控制器為臺達的DVP40EH00T2型號，這種主控制器具備強大的運算能力，數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)配置比較好，能夠支持200多個應用指令，可以實現(xiàn)快速響應，常用的副控制器為臺達的DVP20EH00R2型號，這種副控制器能夠進行懸掛線體運動的控制，設計人員可以在懸掛線體上進行旋轉編碼器的安裝，當工件在工作區(qū)運動時，其運動速度能夠通過旋轉編碼器轉動生成的脈沖信號傳輸?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)的軟件設計

機器人控制系統(tǒng)的軟件可以根據(jù)梯形圖模塊化這一思路進行設計。一般來說，機器人控制系統(tǒng)的軟件包括六個功能模塊，分別是系統(tǒng)參數(shù)初始化模塊、五軸原點復位模塊、左邊噴涂模塊、右邊噴涂模塊、正向噴涂模塊以及噴涂對象運動速度監(jiān)測計算模塊。其中，系統(tǒng)參數(shù)的初始化模塊主要進行寄存器相關參數(shù)的賦值和清零，還用于輔助繼電器等操作，比如設定機器人的總噴涂次數(shù)；五軸原點復位模塊，該模塊主要是在初始階段，將五軸回歸到原點的復位程序，該模塊能夠為機器人下一步路徑的規(guī)劃提供便利；三個方向的噴涂模塊主要用于機器人各軸的調整，確保機器人進行協(xié)調的噴涂運動；速度計算模塊主要用于噴涂對象移動頻率和機器人跟蹤頻率的計算，并為X軸的跟蹤對象提供有價值的參考數(shù)據(jù)。

在進行機器人控制系統(tǒng)的軟件設計時，設計人員不僅需要應用模塊化，還可以通過PLC實現(xiàn)程序的簡化及效率的提升。設計人員可以在梯形圖中引進PLC的運動控制指令，通過運動控制指令的調動，進行脈沖輸出模式的有效控制。比如，在應用脈沖波寬的PWM指令時，PWM指令會在執(zhí)行的過程中進行設定值的改變，能夠使脈沖發(fā)送周期隨著設定值的變化而變化，并對電機進行相應的調節(jié)，改變其運轉速度，而機器人在進行噴涂對象的跟蹤時，能夠實時控制速度的變化非常適用于X軸的控制；在應用減速脈沖輸出的PLSR指令時，用戶能夠通過該指令進行加減速時間的設定，可以用于運動軸中起噴速度以及末端噴涂速度的設定，而且Y軸在進行上下噴涂的設定，移動速度比較快，在機械慣性的作用下，會產生較大的噪聲與振動，通過PLSR指令的應用，能夠有效減少Y軸高速起噴產生的噪聲與振動。PLC運動控制指令能夠在很大程度上簡化程序編寫的難度，能夠提高電機控制的靈活性。

2結論

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

參考文獻

[1]王增彪，李菊，鄧嘉鳴，沈惠平.基于PLC的噴涂機器人控制系統(tǒng)設計[J].現(xiàn)代職業(yè)教育，2015（17）：30-31.

[2]孫科苗.直角坐標型噴涂機器人控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D].杭州電子科技大學，2015.

[3]潘興旺，申標，王秀錦，湯宏波.淺析一種噴涂機器人霧化器防漆霧裝置[J].汽車實用技術，2019（04）：140-141+156.