工業自動化生產線中機器人及PLC的集成控制策略

摘要：當前工業技術的不斷更新迭代，促使工業生產也更加趨向自動化的發展模式，目前在國內很多生產型企業為了提升生產效率保障生產質量，引入了自動生產線，通過機器人設備來提升生產過程中的產品質量穩定性和效率。而PLC集成控制技術的應用，將其與機器人技術應用結合在一起，不僅能夠更高地提升機器人生產的效率和質量而且能夠更好地提升工業自動化的水平。本文針對PLC的集成控制以及工業自動化生產線中機器人的應用進行闡述，就其發展趨勢以及系統進行分析，從而更加有效地對工業自動化過程中機器人的應用水平的提升。

關鍵詞：工業自動化;生產線;PLC;集成控制

引言：

PLC技術在實際應用中具有一定的靈活性并且能夠適應很多應用場景。具體應用過程中編程相對簡單，能夠有效提升工業控制技術應用的可靠性。而且在具體應用過程中可以和機械、網絡等不同應用領域相互結合，展現出極大的適用性。而在現代化的工業發展領域，PLC控制技術的應用更多地出現在工業化的生產過程中，為機電一體化、智能化以及自動化的發展提供更大的助力。作為相關技術人員需要不斷地去探索工業自動化生產線中機器人以及PLC集成控制的技術應用，能夠使目前的生產技術應用變得更加多樣且提升應用范圍，從而使其能夠更好地為我國的工業化發展提供技術支持。

一、以PLC集成控制為主的機器人系統應用

PLC在現代化的工業生產中發揮著非常重要的作用，它充分地與工業機器人相互結合成為工業生產線上的一個重要構成。工業機器人通過簡單易操作的編程來達到重復的運動，從而能夠循環地完成一系列的操作。而結合了PLC控制技術的機器人和設備則能夠使其控制系統的應用水平得到提升，更好地提升系統性能和整體的操控能力，并提升了網絡化的通信水平[1]。當然，工業生產線上根據實際的工業生產需求會設置多個機器人的崗位，這些機器人通過軟件程序設置來完成特定的動作，從而實現生產線流水化作業。而利用PLC控制技術將這些機器人通過網絡連接在一起，將單一的作業單元連接成為整體的、程序化的作業整體，可以實現對機器人的集成化的管理控制目標，如此一來也形成了一套自動化的工業生產線流程，能夠有效地提升工業生產的效率和質量，對于后續實現機電一體化的發展提供更多的助力。

二、關于PLC在機器人工業生產線控制系統中的具體應用

（一）集成控制技術的設計理念

工業生產線能夠實現集成化的控制主要是通過兩種方式，第一種是借助設備的集成化來實現集成控制，另外一種則是借助信息的集成化來實現的。前一種模式是針對不同功能的設備借助網絡的方式來形成一個統一關聯且又獨立操作的生產線整體，它能夠實現工業生產線上對于不同產品的加工需求。而信息集成化的設備則是利用不同的功能模塊經過對操作的要求，依照特定流程進行規劃和配置，讓設備中的各個模塊之間實現關聯，并結合設定的模式以及相關策略來實現對應的生產活動[2]。PLC集成控制技術與機器人直接進行聯動配合是工業自動化生產過程中的重要構成部分。在PLC集成技術的作用下能夠更好地實現聯動協同工作，并能夠去完成更加復雜化的生產內容?？梢岳靡蕴W作為工業機器人以及PLC的通訊過程中的組網，將原本設備中不能支持以太網進行通訊的結構進行調換，使其轉化成RJ45接口，并在通訊的回路中加入交換機，這樣能夠更好地便于整個系統運行的穩定性，提高集成控制系統的運行可靠性。關于集成控制系統的設計框架可以參考圖1.

（二）PLC的應用原理

從采用PLC集成控制技術的角度來說，對生產線上工業機器人進行控制其主要控制內容包括生產線的運輸以及對貨物的裝配。那么機器人在操作方面就必須采取一系列的復雜操作才能夠滿足生產線的作業要求，比如對貨物的搬運、抓取、檢測等各項具體的工作。每一項動作要求都會涉及很多的操作指令，而結合了PLC技術的應用能夠更好地實現對機器人的集成化管控和操作，提升設備系統的整體性能。在這里集成控制系統的主要應用原理表現在：系統中將PLC作為工業生產線中的主要核心控制器，然后借助傳感器以及操控面板來進行相關指令的傳輸和下達，結合實際需求對系統中的不同指令進行設計，然后再結合傳感器來實現對設備的有效控制，確保設備的運行符合預期。在這里主要是結合PLC對于氣缸的驅動作用，設備中的電磁閥在接收到PLC所傳輸的指令之后，可以通過吸合與釋放氣缸的方式來實現對相關部件的控制[3]。而PLC在整個過程中則是通過接收和發出信號的方式來實現對設備的控制，進而達到工業生產線的作業目標。

（三）PLC的集成控制通信方案

PLC的硬件構成較為簡單，主要有電源、輸入/輸出單元、中央處理器、存儲設備以及外部接口和擴展口等幾個方面，具體的結構構成可見圖2.

在運行過程中PLC系統在執行程序的過程中是保持著不斷地循環掃描，每一個掃描周期就會被稱為一個工作周期。在這個周期內分別又依照不同階段劃分為不同的內容，包括內部處理、通信處理、輸入掃描、執行用戶程序以及輸出處理這個五個不同的階段，由此在系統執行的過程中，生產線的流程會結合性地進行推進。

（四）生產線機器人的設計

1.升降結構設計

在對生產線機器人進行設計時，升降功能是必不可少的一個環節，所以在設計過程中必須充分考慮到垂直方向的支架的支撐力以及對應的作業需求，確保機器人在工作過程中的定位精準。一般情況下升降設備是由氣壓缸、活塞缸、活塞等構件構成的?；钊诨钊椎淖饔孟聛韺崿F垂直方向的動作，而氣缸則是驅動這個機械臂的構件，通過相互配合來實現機器臂對整體裝配運動的控制[4]。

2.機器人手臂

為了確保機器人手臂的靈活性會在設備上面設置氣缸、齒輪、活塞以及傳感器等構件，以確保其能夠依照設計要求完成相應的動作。尤其是旋轉結構是機器人在設計過程中必不可少的一個環節，它能夠保障機器人處于一個正常運動的狀態中。為了滿足設備旋轉過程中的靈活度設計時采用了齒輪、齒條以及活塞等配件，以確保在PLC的控制下能夠更加靈活。旋轉編碼器是確保機械臂在旋轉過程中精度控制時的重要裝備，通常會采用9000線以上的高分辨率的編碼器。

3.傳感器

為了能夠滿足不同的使用需求所以傳感器在設置過程中會選擇多種類型的接收方式，因此其所能接收的數據種類也因此變得更多。目前主要分為動力傳感器、視覺傳感器以及激光傳感器等。結合了PLC集成控制系統，能夠更好地對生產線上的產品信息進行采集，以此來實現工業生產線在生產過程中的自動化定位、追蹤、生產信息查詢等功能，從而為設備在開展作業以及不同類型的作業需求提供可能性。

4.手抓結構

手抓結構是確保整個生產線上機器人完成相關指令的重要構成也是整個系統設計中的重要內容。機械臂在兩位電磁閥的作用下來實現抓取和松開這兩個動作。整個動作的啟動和完成都需要依靠壓縮空氣作為動力源，然后在電磁閥對氣缸作用下來實現對物體的抓起和松開。在整個過程中，接入電的電磁閥會將壓縮空氣壓縮到氣缸中，然后帶動對應的活塞來進行對應的動作，推動齒輪來完成機械臂的手部抓取作業。

（五）PLC

在目前開展的自動化工業生產線中結合了PLC集成控制系統的機器人多為ABB、Kuka、Fanuc、安川等主流機型。在對機器人的操作進行控制時一般會分成兩個層級，第一級主要是針對網絡通信的相關工作內容。而第二級則是負責工廠現場總線的通信技術需求。兩級通信技術的應用能夠讓我們在生產作業線的控制變得更加靈活且便利?？梢酝ㄟ^實現機器人設備之間的通信，繼而完成對機器人設備的同步控制從而進一步提升整個工業生產線上機器人的作業精準度。為提升生產效率以及生產質量提供基礎。

1.在PLC集成控制下的機器人應用

結合了PLC集成控制的機器人系統主要設置了PLC主控單元、數據傳輸系統以及和機器人相對應的輸送單元和立體倉庫單元等內容[5]。PLC控制系統的作用就是來讀取控制系統中的對應信息，然后向下或向上發出信息用于發送或是接收，從而形成能夠控制各個執行模塊的指令;裝配在生產線中的數據傳輸系統可以讀取近4cm的工件信息;此時輸送信道則被分為環形或是直線型兩種，分別輸送交流和直流調速系統;立體倉庫被劃分為9個倉位，在實際應用過程中會結合對應的組件信息來調配倉庫的具體位置。在PLC集成控制下的工程生產線上的機器人能夠實現的最大目標就是將手動操作與連續性操作結合在一起。通過軟硬件的提升，實現了輸出與輸入目標的一致性，繼而能夠對機器人進行更優化的控制。同時利用傳感器來實時進行定位追蹤，以提升機器人手臂作業的精準性。

2.軟件設計

在進行軟件設計的過程中需要結合生產線需求，對PLC集成控制進行合理的設計，從而能夠滿足整個生產線的流程化作業。

在進行整體流程設計時，傳感器會接收到PLC所發送的指令，這時工件庫會結合指令要求向傳送帶依照順序推送配件，為后續的工作做準備。系統中的RFID檢測環節對工件信息進行核對，符合設定要求的工件會傳輸到對應的位置并進行下一步的工序操作。而不符合的工件則會依照指令傳回到相應的位置。此時倉庫料的占位信息會隨著工件的改變而改變并將相關信息傳輸到另外一個機器人，另外一個機器人會結合工序流程開展對應的作業，從而逐步形成一套完整的生產線流程。在程序設計的過程中，PLC會直接對機器人的模塊功能進行控制，來逐步實現對整個機器人生產線的控制，使控制系統變得更加的智能化[6]。關于集成化控制生產線上機器人的通信設計規格主要可參考下表1.

結束語

結合上文所闡述的相關內容我們可以看出，PLC技術在具體應用過程中能夠使原本工業流水線上的機器人設備在控制方面變得更加集成化、自動化以及智能化。有效地提升了生產的質量和效率。在使用PLC控制工業生產線上的機器人時，要明確機器人自身的功能和可操作的范圍，從而能夠結合生產線的工序以及自身結構和PLC集成控制系統來對其進行合理化的設計，從而讓整個生產線的作業效率和精度變得更加優化，實現工業生產過程中的自動化、現代化以及工業發展數字化的目標實現。

參考文獻

[1]何乙琦.PLC控制技術在工業自動化中的應用策略[J].信息記錄材料，2021，22（09）：179-180.

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[4]高星.自動生產線PLC聯合工業機器人控制設計[J].裝備制造技術，2020（10）：122-123+132.

[5]高帆，金燁.基于工業機器人的指尖陀螺組裝自動化生產線設計研究[J].機器人技術與應用，2020（04）：31-34.

[6]彭瑜.提高能效的工業自動化途徑和方法[J].自動化博覽，2011，28（S1）：6-11.

簡介：劉新海 南京大地水刀股份有限公司 男，1975年10月，鹽城市人 現為中級工程師，研究方向為：機械工程自動化