探析工業機器人技術在電氣控制中的應用

朝陽工程技術學校 遼寧 朝陽 122000

前言

在電氣控制領域，工業機器人技術可實現電氣設備系統的智能化、簡單化運行，系統優化也可同時實現。結合相關調研可以發現，現階段電氣系統中的工業機器人技術應用主要體現在電氣設備、電氣控制、故障診斷三個方面，同時電氣自動化控制中工業機器人技術也具備較高應用價值。

1 工業機器人技術概述

所謂工業機器人，指的是面向工業領域的多自由度或多關節機械手的機器裝置，可實現工作的自動執行，圖1為典型的工業機器人。工業機器人技術能夠通過模擬人腦發出行為指令，完成各種操作，在工作效率、靈活性、穩定性等方面均具備優秀表現，設備自動化處理水平也能夠在該技術支持下提升。工業機器人技術具備智能化、柔性化、精密化等特點，且能夠實現柔性生產、精細加工、精細制造，屬于實現智能化、網絡化、自動化、數字化生產的重要手段。對于本文研究的電氣控制來說，工業機器人技術能夠在其中負責采集和處理數據、運行系統監控、電氣設備操作控制，電氣控制的工作量和勞動強度可由此降低，電氣設備的安全性提升也可同時實現[1]。

圖1 典型的工業機器人

2 電氣控制中工業機器人技術的應用路徑

2.1 在電氣設備中的應用 對于電氣控制中工業機器人技術的應用來說，其在電氣設備中的應用可實現電氣工程智能化、自動化操作。對于技術門檻較高的電氣設備系統設計來說，工業機器人技術可基于傳感技術、編程語言、PLC等基本元素實現電氣控制伺候、組態、變頻等環節的簡化，ABB機器人RAPID編程語句與電氣工程設計腳本中的While、If-Else等語句存在的共同之處便能夠證明這一認知。在電氣設備系統中，工業機器人的ROS系統可計算相關參數，電氣設備的調節水平和控制能力可同時提升，電氣設備的使用壽命延長、性能提升也能夠順利實現。此外，在日常操作過程中，工業機器人技術也能夠發揮積極作用，如實現電網檢測和維護等工作的簡化、降低電氣系統控制頻率并延長控制周期[2]。

2.2 在電氣控制中的應用 對于電氣控制的自動化發展來說，工業機器人技術同樣能夠發揮積極作用。在工業機器人技術的應用中，軟件的應用開發極為關鍵，人類的體力和智力可由此更好延伸，電氣控制的網絡化、自動化、智能化、數字化可由此實現。對于能夠有效采集和處理電氣控制相關數據的工業機器人技術來說，其在電氣設備保護、監視、測量、控制等功能的優化中能夠發揮積極作用，同時可實現電網中電流、電壓、功率、頻率的科學調節，進一步降低人力資源消耗。同時，工業機器人技術在電氣控制中的應用還能夠實現遠程維修，電氣控制涉及的安全威脅可由此大幅降低。

2.3 在故障診斷中的應用 多方面因素均可能對電氣運行造成影響，這使得電氣控制的故障現象存在多樣化特征，不同于應用手、眼、鼻等器官感知故障的傳統手段，工業機器人技術的應用可依托故障電氣設備的電流、電壓、阻抗、頻率、振幅、溫度、絕緣值、轉速等參數實現故障診斷，電氣設備故障點可由此自動確定，診斷流程簡化也能夠同時實現。在工業機器人技術支持下，電氣設備運行故障的原因可在多種因素下快速而精準地鎖定，故障危害的擴大和蔓延遏制也能夠同時得到保障，相應經濟損失自然可隨之減少。此外，電氣設備的自控流程也能夠在工業機器人技術支持下簡化，電氣設備故障和狀態的綜合分析可由此更好開展，在高效運行的電氣控制下，科學合理地電氣控制故障處理方案也能夠順利獲得。

3 電氣控制中工業機器人技術的具體應用

3.1 案例概況 為提升研究的實踐價值，以倉儲分揀生產線作為研究對象，該工業機器人應用系統由工業機器人單元、禮品盒生產線單元、AGV機器人小車單元、托盤生產線單元、碼垛機立體倉庫單元、視覺CCD系統單元組成。在案例的電氣控制中，工業機器人技術需要滿足六方面控制要求。第一，將裝入工件的托盤從立體庫取出，通過碼垛機在AGV機器人中依次放入托盤，立體倉庫端為AGV機器人的初始位置；第二，運行至托盤流水線位置的AGV機器人進行對接，輸送托盤至盤流水線上，隨后自動返回的AGV機器人循環輸送托盤，直至裝有工件12個的6個托盤完成輸送；第三，托盤流水線的托盤阻擋由阻擋氣缸負責，開展相機識別，運行至抓取工位的托盤由單吸盤抓取，機器人需要將托盤置于指定位置的流水線處，隨后進行雙吸盤更換，在托盤庫中放置空托盤；第四，主控界面上可人工完成指定搬運的托盤選擇，取托盤根據托盤位置選擇情況由碼垛機自動開展，在生產線上的托盤完成視覺檢測后，托盤上的工件由工業機器人放入工件盒中，同時在托盤收集處放置空托盤，最終完成托盤收集；第五，G7、G9工位工件盒中的工件由工業機器人自動搬運至G8工位工件盒；第六，完成任務，此時需存在1Hz頻率閃爍的1Hz頻率閃爍。

3.2 具體方案 在工業機器人技術的應用中，首先，設計碼垛機立體倉庫電氣控制方案，考慮到立體倉庫和碼垛機器人屬于碼垛機立體倉庫主要構成，且碼垛機器人屬性執行部件，因此采用的三相異步電動機負責驅動碼垛機器人，該電動機控制由三臺變頻器負責，碼垛機器人的貨叉取貨、垂直抬升、水平行走分別控制可順利實現；其次，設計立體倉庫基于28個倉位(布局)開展設計，設置微動開關于每個倉位下，以此實現托盤檢測，是否存在貨物可基于微動開關被壓下的情況判斷，同時需保證碼垛機初始位置與其每個倉位間存在一定距離，且擋片對應每個倉位的X軸、Z軸設置。X軸擋片、Z軸擋片的編號分別為X1-X7、Z1-Z4，由此可確定倉位的坐標，為保證指令下的碼垛機能夠順利到達目標倉格，需要分解目標倉格位置，以此得到需要到達的X軸和Z軸擋片號，通過計算控制識別每個擋片位置。為得到平穩運行的系統，需設法提升定位準確性，并做好各軸接近目標倉位時的減速運行控制，定位控制需要同時與其實現較好配合；再次，碼垛機立體倉庫電器柜設計。需圍繞電氣安裝板、按鈕指示燈模塊、觸摸屏進行，采用三個變頻器控制碼垛機三個運行機構，同時采用軟件配置和硬件連接配合完成通訊控制的連接。PLC作為系統主控器，存在擴展單元共3個，以太網交換機負責觸摸屏和PLC間、變頻器和PLC間的連接，每個設備使用同一網段但需要進行不同IP地址設定。PLC系統由安全連鎖系統、變頻調速系統、PLC控制器組成。為保證目標貨位能夠由碼垛機準確到達，定位系統的準確可靠設計也極為關鍵，為保證碼垛機的穩定性和存取效率，還需要科學控制器三個運行機構，位置識別屬于其中關鍵。為有效預防系統失效問題，工業機器人技術的應用還同時設計了安全極限連鎖；最后，設計AGV機器人小車，采用磁導式循線方式開展具體設計，由兩臺直流伺服電機作為行走電機，附帶有電磁抱閘裝置，小車循跡運行采用差速控制方法，碰撞保護裝置設置于小車的前后，斷電停車會在碰撞后立即執行。采用由地標傳感器、循跡傳感器、步進電機、步進驅動器、PLC控制器組成的控制系統，系統中最重要和最基礎的控制為循跡控制。輸送物品托盤任務可配合系統運行實現，具體控制涉及氣擋升降、傳送帶運行、減速停止、與碼垛機單元通信、物品托盤上下料計數等在，在工業機器人技術支持下，倉儲分揀生產線的電氣控制優化可順利實現。

結論

綜上所述，工業機器人技術在電氣控制中的應用價值較高。在此基礎上，本文涉及的在電氣設備中的應用、在電氣控制中的應用、在故障診斷中的應用、在倉儲分揀生產線中的應用等內容，則提供了可行性較高的工業機器人技術應用路徑。為更好發揮工業機器人技術優勢，智能技術、物聯網技術等新型技術深化應用必須得到重視。