PLC控制在工業機器人組裝系統中的應用

德州職業技術學院 王 寶

隨著我國工業生產力的不斷進步，以及工程生產規模的不斷擴大，傳統工業生產中以人力為生產核心的模式已經不能滿足實際需求，工業機器人在現代化工業生產中具有重要的作用，能夠代替人力完成多項復雜、危險的工業生產工作，從而能夠提高工業生產效率，其中PLC控制技術有著關鍵性的作用，需要加強PLC控制技術在工業機器人中的應用。本文對PLC控制在工業機器人組裝系統中的應用進行了深入地研究與分析，并提出一些合理的意見和措施，旨在進一步促進我國工業生產力提升。

工業機器人的廣泛應用，解決了許多傳統工業生產模式中的難題，能夠取代生產人員完成多項復雜的生產工作。因此，近些年來關于工業機器人的研究取得了很大的進展，許多關鍵性的技術取得了重要的突破，我國工業機器人生產制造技術取得了很大的進步。本文以PLC控制技術作為主要切入點，并對工業機器人的系統進行了深入分析，提出了系統總體架構設計、系統結構設計以及系統應用三個主要方面，對當前的工業機器人組裝系統進行了創新升級設計，希望能夠對我國工業機器人組裝技術進步有所幫助。

1 PLC控制基本概念分析

PLC（可編程邏輯控制器），是一種專門在工業環境下應用而設計的數字運算操作電子系統，以可編程的儲存器為核心，能夠編程的邏輯運算程序、順序控制程序、定時程序、計數程序等操作指令儲存，并通過數字式的輸入輸出控制各類機械設備運行。PLC控制技術在工業生產中的應用，能夠提高對數據運算的管理能力。采用PLC控制技術，能夠確保工業機器人組裝系統執行準確的控制命令，運行編輯完成的基礎命令，從而能夠提高工業機器人組裝工作效率和安全性，在工業機器人維修環節應用也能夠降低維修難度，減少維修成本。PLC控制技術在工業機器人組裝系統中的應用，最為明顯的優勢體現在控制開關、運動過程、模擬處理以及通信網絡等幾個方面，PLC控制技術發揮著重要的作用，是構成工業機器人組裝系統的基礎。

2 工業機器人基本系統概述

工業機器人的基本結構可以分為主體、控制器和軟件等幾個方面。執行系統是工業機器人執行系統命令的基本系統，從而完成基本作業；驅動系統是通過執行部件所提供動力，完成各項工作的指令運動系統；控制系統是對工業機器人的基礎控制，使其能夠按照指令完成操作和工作。工業機器人的內部組成主要有PLC控制器、電子控制回路、電氣元件以及輔助元件等幾個方面構成。由此可見，工業機器人內部存在著較為復雜的結構，所以在組裝方面具有一定的難度，需要采用科學的系統架構。

3 PLC控制在工業機器人組裝系統中的具體應用分析

3.1 組裝系統整體架構設計

根據當前我國工業生產中所使用的一般工業機器人系統組成情況來看，主要有執行層、驅動層、控制層、感知層、決策層、軟件層等多個層級架構構成，需要確保所有層級系統都能夠正常運行，才能夠使工業機器人根據命令完成工業生產操作?？刂茖邮枪I機器人正常運行中的關鍵系統部分，主要是對工業機器人的操作進行控制和智慧，在工業機器人組裝系統設計中需要完成整體性設計，對于控制層而言，需要完成以下幾個方面的設計：（1）能夠完成協調控制，實現高效生產。（2）能夠展示出控制參數，從而實現對路徑的控制。（3）需要具有良好的動態響應能力和實時操作能力，從而根據工業機器人實際作業環境進行調整，保障生產能夠高效、安全完成。（4）系統界面具有簡單明確，具有良好的可操作性。（5）系統結構之間需要具有良好的協調性，構成連接緊密的系統框架。

3.2 組裝系統內部具體結構設計

在驅動層系統的設計方面，通常情況下工業機器人的驅動方式可以分為氣壓驅動、液壓驅動和電氣驅動三種不同的形式。液壓驅動系統主要使用液壓作為主要動力源，綜合成本較高，且具有易爆炸的危險性；氣壓驅動系統雖然成本較低，但是控制精準度也較低，還伴有較大的噪音，只能在較為簡單的工業機器人組裝系統中應用；電氣驅動系統依靠電力所產生的動力作為主要動力源，能夠直接或間接地驅動工業機器人本體，從而實現多種操作指令。綜合來看，電力驅動系統在工業機器人組裝系統中的應用效果最好，所以本次采用電力驅動作為主要驅動層基礎。工業機器人組裝西戎的關鍵驅動電動機需要滿足最大功率質量、實現高起工轉矩、速度均勻平穩以及具有較快的反應能力，才能夠滿足工業機器人系統的穩定性需求。因此，在本文所設計的系統中采用了半閉環伺服控制系統，下表是工業機器人各個環節所使用的電機具體情況。

表1 工業機器人各關節電機的具體數值

所采用的電機中具有許多新型材料，能夠發揮出磁性優勢，搭配合理的磁路、磁極和電機結構設計，使電機的綜合性能得到全面的優化。該電機使用220V電壓，具有較高的速度和穩定性。

在控制系統設計方面，需要滿足工業機器人運動中對作業命令的需求，通常而言工業機器人在操作中執行命令，從而完成軌跡運動。根據對工業機器人多個方面的需求，對多種不同的控制方式進行了分析，主要包括以下幾個方面：（1）采用PTP控制模式，不對運動軌跡作出規定，而是保障作業目標點的準確性，雖然實現方式較為簡單，但是工業機器人作業操作精準性不足。（2）采用CP控制模式，對于工業機器人運動軌跡和運動速度有著較高的要求，但是控制模式相對更加復雜，具有精準性較高的特點。因此，在本文所設計的工業機器人組裝系統中，將控制模式分為伺服控制模式和非伺服控制模式，伺服控制模式的為：控制器→驅動單元→操作機→開關反饋，開關反饋和驅動單元連接；非伺服控制模式為：控制器→驅動單元→操作機。根據綜合分析結構，本文選擇了閉環伺服控制系統。伺服控制系統作為自動化控制系統中的一種，能夠以機械量作為基礎控制量，在控制量的驅動下，機械各個部分能夠按照指令進行作業。在工業機器人組裝系統實際運用的過程中，可以應用開環和閉環兩種不同方式，閉環以直流和交流伺服電機作為主要驅動，閉環系統能夠對系統誤差進行檢測，從而能夠縮小誤差量，提高工業機器人組裝精準性，整體閉環過程中所產生的誤差都能夠得到較好的補償，同樣也具有一定的缺點，例如會導致系統出現震蕩問題，從而影響系統穩定性，但是通過采用PLC控制技術，該問題基本能夠得到解決，因為PLC控制技術較為精確，能夠提高工業機器人組裝系統的穩定性，所以可以在本次系統設計中采用，具有良好的應用效果。

在控制器方面，因為本次系統設計采用了PLC控制技術，具有良好的適用性、可靠性和穩定性，綜合抗干擾能力也較為突出，且隨著PLC控制技術的不斷發展，PLC控制系統的指令性會不斷加強。為此，在本次工業機器人組裝系統設計中，控制器選擇范圍較廣，但是需要考慮到影響控制器的主要因素，從而保障工業機器人組裝質量。PLC控制技術的界限方式較為簡單，輸入控制命令后就能夠使工業機器人根據命令完成操作，結合完善的網絡技術，能夠全面提高組織系統控制的精確性。除此之外，PLC控制技術對于硬件的要求較低，能夠在較為簡單的電路板中應用，所以不需要采用復雜的電路板。綜合以上情況可以看出，控制器可選擇性較強，一般的控制器則能夠完成高質量的控制工作，將控制器接入到PLC控制系統中，根據變成命令即可使控制器自動化完成多項操作，且綜合成本較低，控制流程較為簡單，具有良好的穩定性、可靠性和安全性。

4 工業機器人組裝系統應用

經過上文對工業機器人組裝系統的設計，能夠解決傳統工業機器人組裝系統中存在的多種問題，在PLC編碼器中采用了多層結構設計，從而能夠將組裝過程中的操作精準地控制在目標點中，結果實踐應用證明，該組裝系統具有良好的應用效果，適合在工業機器人組裝生產中使用。

結束語：綜上所述，本文詳細闡述了一種有效的、基于PLC控制技術的工業機器人組裝系統，具有良好的應用性，希望能夠對我國工業生產中機器人的應用發揮出一定的借鑒和幫助作用，促進我國工業生產技術進步。