PLC技術在工業機器人控制系統中的應用

朝陽工程技術學校 遼寧 朝陽 122000

前言

在機電一體化趨勢愈發明朗的當下,工業機器人被賦予了較之前更強大的性能,工業生產率也因此而得到顯著提高。以PLC為切入點,對控制系統進行優化,使機器人獲得自動化控制,現已成為研究的重點。這樣做既能夠賦予機器人更為理想的價值,又與一體化趨勢不謀而合,由此可見,本文所研究課題有極為突出的現實意義。

1 工業機器人介紹

工業機器人是指以重復編程、自動控制為依托,對人工操作進行模仿并完成的設備。現階段,大量企業選擇引入機器人,用來輔助日常生產及相關活動的開展,其所帶來的積極影響也有目共睹,即:在提高生產效率的基礎上,最大程度減弱復雜環境給工業生產帶來的影響,僅需投入較少的人力資源,就可獲得理想質量的產品。

2 基于PLC的控制系統設計

2.1 技術優勢

2.1.1 性價比高 由多個軟件構成的PLC系統,其兼容性不言而喻,即便設備所處環境十分復雜,用戶仍然可借助該系統,對設備情況進行實時監控。由此可見,PLC擁有較高的性價比,這也是其最突出的優勢。

2.1.2 能夠抵抗干擾 在很長一段時間內,對電氣設備加以控制的主體均為繼電器,一旦出現接觸不良的問題,極易給設備運行帶來影響。PLC賦予了設備控制更為理想的實用性,通過硬件結合軟件的方式,將抵抗干擾的能力提升到了全新高度。

2.1.3 具備良好適應性 現階段,PLC已經擁有趨于完善的標準體系,可借助模塊化系統,使不同設備得到有效控制。用戶可以利用不同系統對功能模塊加以設計,確保據自身需求得到滿足[1]。另外,對PLC進行連接的方法也十分簡單,除特殊情況外,用戶均可通過接線的方式,確保PLC被投入應用。

2.1.4 便于應用和維護 一方面,PLC可借助邏輯圖和梯形圖對編程語言加以完善,設計人員無需借助計算機系統,便能夠完成開發和調試的工作,對系統進行控制的工具為計算機,真正做到了實時改變或修改控制方向。另一方面,PLC出現故障的概率較小,即便有問題出現,技術也可經由編程器,對問題進行及時了解并處理,其維護難度自然較其他技術更低。

2.2 控制系統功能 工業機器人所運用方式,主要是模仿人工操作,作為智能設備的代表,機器人只有接受中樞指揮,才能順利完成各項任務,利用PLC對科學控制系統加以設計,其意義不言而喻。一般來說,由伺服電機組成執行機構是控制系統的核心,設計人員可借助運動控制器,通過運算的方式,對機器人路徑加以控制。目前,固定參數結合固定動作的控制方式,經常被用來對運動加以控制,PLC的出現又給設計人員帶來了全新思路,即:利用柔性系統替代原有系統,將繼電器所存在不足加以彌補,充分利用計算機與微電子技術,使控制系統的自動化及智能化特征得到凸顯。事實證明,PLC擁有便于應用的優勢,將其與工業生產向結合,可賦予設備運行更強的抗干擾力,而利用其優化機器人原有控制系統所帶來積極影響,主要是確保監測工作得到自動化開展。圖1是控制系統的運行示意圖,供相關人員參考。

2.3 PLC應用方向及策略

2.3.1 系統原理 圖2是本文研究機器人的內部機制。該機器人設有三條傳動鏈,不同傳動鏈負責驅動不同關節[2]。在底座安裝的電機1確保升降臂垂直運動,其傳動比是1:80。將電機輸出向絲桿進行傳遞時,由于有減速器1的存在,因此,升降臂始終處于垂直運動狀態。受關節作用影響,大臂狀態往往是旋轉運動。電機2的轉動比同樣是1:80,而減速器2、減速器3的作用,主要是驅使大臂運動,借助電機所輸出電流,對齒形帶、小臂進行驅動。

圖1 控制系統示意圖

圖2 工業機器人內部機制

2.3.2 精度控制 精度是決定機器人工作效率和功能發揮的重要指標,對位置精度有影響的因素,主要有溫度、安裝精度和機電精度。基于PLC的機器人,在分析工作精度時,通常要對以下內容引起重視:首先,利用旋轉編碼器,對交流伺服電機精度進行控制,將增量光電碼盤安裝在非負載軸上,以反饋信號為基礎,確定信息反饋閉環,為精度控制效果提供保證。其次,安裝增量光電碼盤的目的,主要是減弱設備振動或變形給精度控制帶來的負面影響。再次,全數字伺服驅動可確保電路穩定,通過控制漂移量的方式,對溫度所帶來影響進行規避,確保參數指標精確。最后,如果條件允許,設計人員應利用低慣性轉子替代原有轉子,而自動控制配合手動控制的模式,更適合控制運動慣性,在某些情況下,運動慣性可以忽略不計。

2.3.3 通信控制 要想使通信擁有更為理想的穩定性和安全性,落實通信協議,確保信息得到有效交互是前提。從本質上說,通信協議與網絡通信規程相似,都是強調以信息傳輸與通信為基礎,在判斷信息價值的前提下,通過同步處理的方式,使錯誤信息得到及時發現與處理。基于PLC的通信協議往往分為企業專用和應用通用,前者適用于底層和中層子網絡,這是因為子網絡是傳遞數據和命令的主要載體,即便所涉及數據量有限,仍對實時性有極高要求。另外,通信系統還應當具備鑒別、處理錯誤數據的功能。現階段,常見通信控制方式為檢錯,常規任務可采用奇偶校驗,高級任務適用方法為CRC,通過自動檢錯的方式,為所得結果的準確性與可靠性提供保證。由于通信系統屬于開放性系統,在布置現場總線時,設計人員應以集中布置為原則,借助傳感器、控制器,通過針對性管理的方式,為PLC運行效益提供保證。

2.3.4 硬件設計 基于PLC所設計硬件,可為自動化運行目標的實現提供先決條件。事實證明,這樣做能夠提高機器人性價比,且工業生產所提出需求也可獲得最大程度的滿足。本文所討論機器人,通常被用來對工業生產流程加以承載,只有以生產特點和需求為依據,對硬件和軟件進行設計,并確保二者充分融合,才能使工業生產表現出更符合預期的自動化水平[3]。簡而言之,就是以生產流程為依托,在確定同流程的基礎上,利用PLC完成設計工作,賦予機器人獲取生產所需信息的功能,此時,再引入交互網絡,方可確保信息得到實時且有效的交互。

對處于運行狀態的機器人而言,要想擁有理想的自動化水平,不僅需要設計軟件系統,還要調整硬件設備,借助硬件設備為系統功能的發揮提供支持。本文所討論技術,通常需要憑借編碼控制器,對自身優勢進行發揮,這也給設計人員提出了全新的要求,即:對處理網絡信息的模塊及智能模塊引起重視,通過設計硬件適用操作系統的方式,確保設備和硬件的有效連接,隨著軟件穩定性的提高,智能終端自然具備了自動調節的功能。

2.3.5 軟件設計 PLC強調利用編程對梯形圖進行構建,確保指令程序順利完成。開展相關工作時,設計人員應綜合考慮多方因素,確定流程順序,再確定拾取、搬運操作的控制系統,以流程圖為依托,確保工作軌跡得到直觀展示,隨后,利用搬運及運行所需工具,完成安裝機器人的環節。由PLC自動向機器人發出相關指令,再借助所設計程序,逐項完成夾取、移動和回到位置的操作。要想達成該目標,對程序進行編寫時,設計人員需要重視梯形圖、表格的利用,確保各類算法擁有交互使用的平臺,現將設計要點歸納如下:其一,參考不同模塊及其功能,對編程方法加以確定。梯形圖適合被用來對搬運系統進行編程,旨在為機器人提供良好的運行環境。其二,綜合運用自動控制與手動控制,強化系統靈活性。自動控制的前提是機器人待機,PLC的作用是確定轉運程序,而手動控制依托系統的功能,主要是對機器人所處位置加以調整。

結論

由上述內容可知,在工業領域對機器人加以應用成為大勢所趨,要想使機器人表現出更加理想的應用效果,利用PLC對其進行控制很有必要,詳細來說,就是以建立控制系統為落腳點,對機器人運行具有的智能化及自動化水平進行凸顯。