PLC 技術在工業機器人控制系統中的應用分析

王安定

（南京化工技師學院，江蘇 南京210000）

基于PLC技術的自動控制技術分揀裝置，在我們實踐中的應用較為廣泛，比如PLC 自動化分揀技術、機械化手技術、傳感性能的分揀技術、位置自動化控制分揀的技術等主要諸多內容。這些是實際的應用在工業現場化的材料生產是分揀的設備自動化的微縮性模型的應用。本研究之所以選取工業行業常見的自動分揀物料的這一工業機器人控制系統，主要是因為利用PLC技術來完善工業機器人控制系統功能的過程中，結合了很多分揀技術，如傳感器與機械手性能的位置控制等自動化分揀技術，在設計不同的分揀物料的各類型的工業現場材料是自動化分揀和控制性系統。所以基于分揀需要的工業機器人控制系統的設計是非常的靈活而且性能較強較穩定，并且程序的開發內容是比較簡單的，是有效并適應的進行工業化現場材料劃分自動分揀的彈性并和生產路線的自動化分揀需求。

1 工業行業物料自動分揀的PLC 工業機器人控制系統的硬件設計

以PLC技術為核心的工業物料自動分揀的工業機器人控制系統，PLC技術發揮了十分重要的作用，而硬件設計又是工業機器人控制系統中應用PLC技術的重要環節。因此，在PLC 技術在工業機器人控制系統中的應用，首先就要強化對其的硬件設計，以滿足軟件設計的需要，這樣才能更好地結合控制對象的特點，采取針對性的控制措施，達到良好的控制目的，以下筆者就其硬件的設計要點進行梳理。

1.1 PLC的選擇。PLC具體是控制性系統的核心主要部件，其正確的選擇相對于保證全體控制系統的技術性經濟性能指標起到了非常重要的作用。本研究系統中采用的是S7-200 型號的PLC，其具有控制功能強、控制點數多、結構小巧緊湊等優點被廣泛選擇。

1.2 結構設計。本研究在設計工業行業物料自動分揀的PLC工業機器人控制系統硬件結構時，為滿足實際設計的需要，結合所學的專業知識進行。

1.3 基于PLC的輸出端子與輸入端子的設計。為了更好地滿足自動分揀物料的需要，在物料分揀所需的工業機器人控制系統中，基于PLC 技術，輸出、輸入端子的分配設計是一個重要的內容，在本研究中，通過對其設計結果的總結，得出表1 所示的結果。在本研究中，對表1 設計的結果進行了研究，在設計中主要是將I/O 點數作為設計的要點，并采取開關量控制的方式進行控制，因此，選取的是小型控制機，而PLC 是西門子旗下生產的S7-200 型號的PLC，其中輸入端子24 個，輸出電子16 個，并通過驗證設計，契合該工業機器人控制系統在物料自動分揀方面的需要。

1.4 檢測元件和執行裝置的遴選。1.4.1 電感傳感器。在檢測金屬性物體時，其中需要應用電桿性傳感器，該工業機器人控制系統采取的是有開關數量輸出的電感形式來接近開關的位置性傳感器。它是由LC高度頻振動器與放大電路組合而成，由于振動感應磁頭產生的電磁場較大，若將金屬物體與之相靠近，那么就會在金屬物體內部形成渦流，而由于渦流的存在，受到反作用的影響而接近開關，此時接近開關自身的振動能力就會發生針對性的變化。例如在衰減過程中，內部電路參數變化后，就能識別有物體與其是否正在接近，同時控制開關通斷。本系統在設計中，采用的電傳感器的型號是M18X1X40，采取DC二線常開式進行接線。1.4.2 光纖傳感器。在分揀物料過程中，工業機器人分揀系統主要是通過辨別顏色的工位來判斷，此時就需要采用光纖傳感器，它是會利用物體的表面來對光線的反射作用來進行感應物體的存在，從而可以檢測到所有具有材質的物體，再通過調節光纖的放大器的靈活度檢測到不同顏色的物體特征。因此，在本工業機器人控制系統中，為達到提升分揀精度的需要，采用了靈活度適宜的光纖傳感器，因為靈活度不足，將影響機器人對其物料的分揀，而靈活度過高，其測量范圍又會受到較大的波動。1.4.3 光電傳感器。在工業機器人控制系統中，光電性傳感器的作用并非檢測物料，而是將分類分揀時沒有分揀出的物料進行有效識別。物料在傳輸帶的傳輸下，運輸到光電傳感器所在位置時，能對其所接收的光強變化進行檢測，從而檢測是否存在物料。因此，在本基于PLC的工業機器人控制系統設計時，光電傳感器也是應用的要點。具體就是在工業行業物料自動分揀的PLC工業機器人控制系統中，選用的光電傳感器為FPG系列的小型放大器，其特點就是能內置，而負載則直接與PLC 的接口連接。

表1 基于PLC 的輸出端子與輸入端子設計一覽表

1.4.4 脈沖電動機。在基于PLC的工業機器人控制系統中，脈沖電動機的作用就在于帶動傳輸的基礎上，將物料帶動前行，并對脈沖頻率的控制，進而利用本PLC有效地控制電機轉速，從而達到調速的需要。本研究選用脈沖電動機為57 步進電機套裝，型號為57BYG250B，步距角度為1.8°，出軸長度與軸徑分別是21mm 和8mm，出現長度為80cm，出軸方式默認為單出軸，但是也設置了雙出軸，出現方式的二相四根引出線。1.4.5 機械手。在基于PLC的工業機器人控制系統中，機械手是主要的硬件之一，其包含的組件有執行和驅動機構，以及控制系統和檢測裝置。其中，執行機構包括手爪、手臂，以及用來連接他們的手腕；手爪是抓取模塊手臂是運送模塊可以進行伸縮升降和回轉等。而驅動機構主要是采用驅動手臂、驅動手腕、驅動手爪，其動力裝置有氣動、液壓、電動三種不同的裝置。而其控制系統的核心就在于確保機械手可以按照既定流程來運動的裝置，并能及時測量和處理信息，從而對機械手的執行力機構發出相應的控制指令，隨后必要時還可發出故障報警的聲音。系統中具有較多應用特征，各類控制方式應結合實際需求來確定。

2 工業行業物料自動分揀的PLC 工業機器人控制系統的軟件設計

在做好工業行業物料自動分揀的PLC工業機器人控制系統硬件設計的基礎上，還要切實強化對其的軟件設計，以確保整個控制系統的控制成效得到滿足。

2.1 物料分揀控制流程設計。工業行業物料自動分揀的PLC工業機器人控制系統中，為了滿足物料分揀控制的需要，對每個設備的具體操作內容與流程進行了精心設計。工業行業物料自動分揀的PLC工業機器人控制系統的物料分揀控制流程設計如下：首先，將傳輸帶的“ON”按鈕按下之后，在輸送料的 汽缸電磁閥中開始通電，此時送料 汽缸就會開始動作，在推出工件的同時完成送料的動作，與此同時，傳統帶同時接收啟動信號，啟動傳輸帶并運行；其次，在傳輸帶上傳輸工件時，首先從第一個出料槽經過時，因為在出料槽對面設置了金屬傳感器，所以就會對工件是否屬于金屬工件進行檢測，若屬于金屬工件，此時機械手就會移動到工件的上方，并下將抓手，將工件抓取到對面工件槽之中，若不是金屬工件，那么就能繼續往后傳輸，并結合其顏色，對工件進行分類，在分類過程中，若非金屬工件處于工件槽口時，傳感器會對其顏色進行感應，若為白色，此時機械手就會動作，將工件抓取并放入對面工件槽之中，如果非白色工件就會繼續運輸。而非金屬工件傳輸到3#槽口時，通過傳感器進行檢測，若是黑色工件，機械手就會動作，將其抓到傳感器對面3#工件槽之中，如為非黑色工件，就會繼續傳送，同理，在經過4#槽口時，若電傳感器檢測工件為非金屬工件時，就會將工件抓取并放入傳感器對面的4#工件槽之中。但是在整個分揀過程中，每次完成對其的分揀之后，機械手均會自動恢復到原來的位置。

2.2 物料分揀控制程序設計。本設計利用STEP7MicrowinV4.0編程軟件編寫了梯形圖控制程序，得到數據傳輸指令。在數據傳輸過程中，為確保數據得到有效傳輸，也就是EN=1 的狀態下，從IN輸入相應的數據，進入OUT的存儲器中輸出，且在傳輸時數據大小和IN內容均不會發生變化。以下主要是對本研究的梯形圖簡要介紹。

（1）這是初始化程序，SM得電運行繼電器M、S以及運行燈開始運行，運行燈亮。

（2）這是啟動環節，按下“ON”后，使得M0.1 在運行燈下通電且自鎖，這就給電動機通電奠定了基礎。

（3）這是物料感應環節，主要是在啟動電機之后，若下料感應器能感應到物料的存在，那么電機就會運轉，從而為后續物料的區分和分揀奠定基礎。

3 結論

綜上所述，PLC 技術在工業機器人控制系統中的應用十分重要，因此，需要結合具體的實際需要，分別做好對其的軟硬件設計，在軟硬件設計中，既要掌握硬件結構設計要點，又要結合電感傳感器工作原理，切實做好電感傳感器接線設計，確保光電傳感器運行，加強機械手的設計，并在系統流程上不斷優化和完善，確保數據傳輸指令更加完善。因此，本設計經過后續的驗證和調試，能滿足實際運行的需要。但是需要結合實際工作，切實注重工業機器人控制系統的設計，尤其是在PLC技術應用過程中，需要做好各組件之間的設計，以促進工業生產效率的提升。