基于PLC機(jī)器人電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

安磊

摘要：PLC技術(shù)的穩(wěn)定性和可靠性優(yōu)勢(shì)非常明顯，在應(yīng)用過程中也融入了許多先進(jìn)和完善的思想，推動(dòng)了PLC技術(shù)的創(chuàng)新和進(jìn)步。PLC技術(shù)仍在向前發(fā)展，其性能更加完善，能夠充分發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，要求相關(guān)部門采取有效措施不斷優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化控制得到長(zhǎng)期的進(jìn)步。

關(guān)鍵詞：PLC機(jī)器人;電氣控制系統(tǒng);設(shè)計(jì)分析研究

1 PLC簡(jiǎn)介

PLC是可編程控制器的英文縮寫，是一種可以通過用戶編程實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣系統(tǒng)進(jìn)行控制的自動(dòng)化控制單元，它可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化控制。近年來，PLC技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化程度越來越高，使其對(duì)各種工業(yè)生產(chǎn)控制領(lǐng)域具有良好的適應(yīng)性，得到了廣泛的應(yīng)用。但一般來說，應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的PLC控制器大致由相同的結(jié)構(gòu)組成，即存儲(chǔ)器、CPU、輸入輸出接口電路、功能模塊和通信模塊。當(dāng)PLC進(jìn)入工作狀態(tài)時(shí)，其運(yùn)行機(jī)構(gòu)主要由三個(gè)環(huán)節(jié)組成。一是通過PLC實(shí)現(xiàn)控制現(xiàn)場(chǎng)各種信息數(shù)據(jù)的采集。其次，根據(jù)收集到的信息，通過執(zhí)行用戶預(yù)先編寫的程序來生成控制指令。三是實(shí)現(xiàn)生成的控制指令的輸出。PLC的整個(gè)運(yùn)行過程就是重復(fù)上述三個(gè)環(huán)節(jié)的過程，我們將連續(xù)完成這三個(gè)環(huán)節(jié)稱為PLC掃描周期。

2基于PLC的電氣控制技術(shù)特點(diǎn)分析

如操作方式，基于PLC的電氣控制可分為手動(dòng)操作和自動(dòng)操作兩類。其中，自動(dòng)操作是基于PLC的電氣自動(dòng)化技術(shù)，它具體指的是控制設(shè)備按照預(yù)設(shè)的周期進(jìn)行連續(xù)、不間斷的控制。

2.1不同的應(yīng)用場(chǎng)合，PLC的選擇也會(huì)有所不同

基于PLC電氣控制技術(shù)的核心是可編程控制芯片，因此實(shí)際應(yīng)用情況不同，所選用的芯片類型和特點(diǎn)也會(huì)有所不同。但總的來說，無論是那種工業(yè)電氣控制系統(tǒng)，所選用的PLC芯片一般都應(yīng)該具有體積小、質(zhì)量輕、功耗低等特點(diǎn)，選擇人員往往會(huì)選擇那些運(yùn)行速度快、存儲(chǔ)容量大的PLC產(chǎn)品。

2.2該程序易于編譯，適用性強(qiáng)

近年來，隨著PLC技術(shù)及其產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，PLC在各種工業(yè)電氣系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。程序員可以方便地使用PLC編程環(huán)境進(jìn)行編程操作，編程語言的模塊化水平和移植能力也在不斷提高，使程序員可以使用自己熟悉的編程語言和操作指令。同時(shí)，使用PLC產(chǎn)品已經(jīng)不用額外增加線路來連接其他設(shè)備，也可以通過PLC程序指令來執(zhí)行按需延時(shí)和靈活的時(shí)間，促進(jìn)了PLC在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，同時(shí)也使后期的維護(hù)工作變得更容易。

3機(jī)器人電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

3.1機(jī)器人硬件控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

對(duì)控制器可靠性和配件功能進(jìn)行考量，比如將西門子S7-400當(dāng)作主控制器，電源模塊使用S7-400中的標(biāo)準(zhǔn)模塊。通過太網(wǎng)模塊采用CP443標(biāo)準(zhǔn)模塊應(yīng)用在生產(chǎn)線PLC主站和從站之間，并利用現(xiàn)場(chǎng)總線完成數(shù)據(jù)通信。將線首主控制柜作為例子來對(duì)機(jī)器人的電氣回路設(shè)計(jì)展開研究。此控制柜的主要作用是完成主線PLC和從站PLC以及安全PLC的通信。主控制柜電路設(shè)計(jì)包括：生產(chǎn)線動(dòng)力配電、線首PLC配置、Pilz安全PLC從站配置等。第一，生產(chǎn)線動(dòng)力配電中具備著380V總電源接線、24V直流電源接線、UPS配電以及控制箱配電等等。第二，關(guān)于照明以及插座系統(tǒng)配電是電源供應(yīng)于線首主控制柜的照明系統(tǒng)，其左邊對(duì)控制柜照明系統(tǒng)進(jìn)行電源的供應(yīng)，其右邊對(duì)控制柜內(nèi)插座進(jìn)行電源的供應(yīng)。第三，線首主控制柜中的PLC配置是對(duì)自動(dòng)沖壓線主線進(jìn)行控制，即為工控機(jī)接線、以太網(wǎng)交換機(jī)接線等等。安全PLC配置的作用是對(duì)PSS控制器和Universal從站加以合理的配置，PSS控制器和PLC從站利用ProfiBus總線實(shí)現(xiàn)彼此連接，其與Universal從站模塊利用SafetyBus總線實(shí)現(xiàn)連接。

3.2 PLC控制軟件設(shè)計(jì)

機(jī)器人控制軟件采取西門子配套編程軟件Step7進(jìn)行開發(fā)，需達(dá)成以下功能：第一，達(dá)成現(xiàn)場(chǎng)電氣設(shè)備組態(tài)，對(duì)模塊地址以及設(shè)置相關(guān)參數(shù)進(jìn)行合理分配。第二，完成通信模塊的硬件組態(tài)，對(duì)其協(xié)議特性進(jìn)行明確。第三，運(yùn)行維護(hù)、故障診斷、文檔整理、性能測(cè)試。首先，對(duì)電子設(shè)備數(shù)據(jù)庫中文件進(jìn)行及時(shí)更新。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)總線，需要符合即插即用的標(biāo)準(zhǔn)，利用電子數(shù)據(jù)庫文件展開描述，對(duì)電子設(shè)備數(shù)據(jù)庫文件進(jìn)行合理配置，有效應(yīng)用組態(tài)軟件，把各種電氣設(shè)備納入相同系統(tǒng)中，與此同時(shí)，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)庫中不存在的設(shè)備，還要增加有關(guān)配置文件。其次，為讓各個(gè)從站設(shè)備利用總線以及生產(chǎn)線PLC主站實(shí)現(xiàn)通信，必須對(duì)自動(dòng)沖壓系統(tǒng)不同工作站的地址進(jìn)行合理分配。針對(duì)某電氣設(shè)備來講，為了使壓機(jī)部分能夠降低總線負(fù)荷，運(yùn)用DP耦合器和主站完成通信，機(jī)器人是利用DSQC667模塊和PLC實(shí)現(xiàn)通信。

3.3機(jī)器人集中操控系統(tǒng)

機(jī)器人中的集中控制系統(tǒng)就是采用一套計(jì)算機(jī)來集中控制工業(yè)生產(chǎn)，該系統(tǒng)構(gòu)造簡(jiǎn)單，且應(yīng)用成本不高，操作起來也比較容易，采用工業(yè)機(jī)器人對(duì)集中控制的各項(xiàng)功能進(jìn)行操作，包含多種控制卡、標(biāo)準(zhǔn)的串口、PCI插槽，存在著明顯的開放性。通過集中控制系統(tǒng)能夠更好地收集數(shù)據(jù)并進(jìn)行研究，使總體性能更加協(xié)調(diào)。值得關(guān)注的是，其也有不完善，例如其出現(xiàn)問題會(huì)造成大范圍的影響，并且缺乏靈活性。

3.4機(jī)器人分散控制系統(tǒng)

將核心控制系統(tǒng)劃分成模塊再進(jìn)行分析，并對(duì)各個(gè)模塊分配控制任務(wù)，通過總系統(tǒng)完成分工，使子系統(tǒng)相互間能夠有效協(xié)調(diào)，進(jìn)而達(dá)到控制目標(biāo)。對(duì)于分散控制系統(tǒng)來講，子系統(tǒng)本身的控制器包含不同的機(jī)械設(shè)備以及控制對(duì)象，針對(duì)信息數(shù)據(jù)主要依托于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，因此其具備良好的拓展性。

結(jié)論

PLC電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的機(jī)器人裝置改變了以往繁瑣的布線過程，它簡(jiǎn)化了布線，不僅節(jié)省了空間，還降低了裝置發(fā)生故障的可能性，設(shè)備運(yùn)行更穩(wěn)定，后期維護(hù)更方便，大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，使每一個(gè)動(dòng)作之間都能自由轉(zhuǎn)換，可滿足各種生產(chǎn)需要。

參考文獻(xiàn)

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