基于PLC控制的機(jī)器人自動化生產(chǎn)線設(shè)計探究

陳仁煒 楊志成 夏立

摘要：機(jī)器人自動化生產(chǎn)線在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣泛，它的優(yōu)勢非常突出，首先自動化生產(chǎn)線的產(chǎn)量大，能夠滿足市場對產(chǎn)品的需求量。其次是技術(shù)更加先進(jìn)可靠，即使長時間的無人干預(yù)，生產(chǎn)線也會按照之前設(shè)定的指令和程序一直進(jìn)行操作。近幾年我國對PLC系統(tǒng)的不斷研究，PLC控制的機(jī)器人自動化生產(chǎn)也逐漸實(shí)現(xiàn)，能夠勝任各種工業(yè)生產(chǎn)活動，有效實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化。

關(guān)鍵詞：PLC;機(jī)器人自動化生產(chǎn)線;設(shè)計探究

引言：PLC系統(tǒng)是為工業(yè)生產(chǎn)專門設(shè)計的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，它的可靠性更高、安裝方便、組態(tài)更加靈活，操作人員只需要進(jìn)行簡單的操作，就能改變控制

系統(tǒng)的功能。將PLC應(yīng)用于機(jī)器人自動化生產(chǎn)中，有利于生產(chǎn)工作有序的進(jìn)行，降低損耗。本文主要講述了工業(yè)機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)化需求，對PLC的優(yōu)勢進(jìn)行了分析，以及基于PLC控制的機(jī)器人自動化的設(shè)計要點(diǎn)，希望對相關(guān)的工作人員有所幫助。

1.工業(yè)機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)化需求

我國的傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)觀點(diǎn)陳舊，技術(shù)手段落后，生產(chǎn)過程過于繁瑣，已經(jīng)不適合現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的狀態(tài)。為了改進(jìn)生產(chǎn)狀態(tài)，技術(shù)人員采用了機(jī)器人自動化生產(chǎn)技術(shù)，以便于提高產(chǎn)品質(zhì)量。在機(jī)器人投入生產(chǎn)中之前，需要保證其符合相關(guān)要求，才能確保工業(yè)自動化生產(chǎn)線的設(shè)計順利進(jìn)行。工業(yè)機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)化需求主要有以下幾點(diǎn)，第一點(diǎn)是基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，工業(yè)機(jī)器人的組成，在語言方面要實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，例如專業(yè)術(shù)語、應(yīng)用符號等信息，方便統(tǒng)一操作管理。目前我國也緊跟國際標(biāo)準(zhǔn)的步伐，已經(jīng)修訂了中國機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)化的白皮書，為機(jī)器人的制造提供了參考方案。第二點(diǎn)是機(jī)器人的單元技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)需求，為了使機(jī)器人能夠勝任各種生產(chǎn)任務(wù)，需要使其更加柔性化，因此必須開放其控制器。第三點(diǎn)是性能測試的標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)是保證機(jī)器人按照相關(guān)指示進(jìn)行操作的重要步驟，該標(biāo)準(zhǔn)的確定能夠有效的提高工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。第四點(diǎn)是系統(tǒng)以及支撐環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)，主要是指機(jī)器人的工作系統(tǒng)以及周邊的工作環(huán)境，這些客觀因素影響著系統(tǒng)的安全，也是機(jī)器人最重要的標(biāo)準(zhǔn)。技術(shù)人員需要根據(jù)實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)需求，保證機(jī)器人的作業(yè)條件符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，確保生產(chǎn)安全。

2.PLC技術(shù)在機(jī)器人自動化應(yīng)用中的優(yōu)勢

2.1可靠性更高

PLC技術(shù)主要是現(xiàn)代化大規(guī)模的集成電路，在制造過程中所采用的施工工藝都非常嚴(yán)格，而且研發(fā)人員在電路內(nèi)部使用了抗干擾技術(shù)，使其可靠性非常高[1]。PLC系統(tǒng)內(nèi)部有故障自我檢測功能，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障后會自動發(fā)生警報信息，幫助技術(shù)人員更好的判斷出故障原因，并及時作出調(diào)整。將PLC應(yīng)用到工業(yè)自動化生產(chǎn)中，技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，編入外圍器的故障自診斷程序，加強(qiáng)對PLC外的線路或設(shè)備故障自振的保護(hù)效果，以此來提高整個系統(tǒng)的可靠性。

2.2適用性能更強(qiáng)

隨著PLC技術(shù)的不斷發(fā)展，目前已經(jīng)形成了規(guī)模比較龐大的系列化產(chǎn)品，適用于各種規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場[2]。PLC除了具有強(qiáng)大的邏輯處理功能外，它的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力也非常完善，在各種數(shù)字控制設(shè)備的生產(chǎn)領(lǐng)域都有所應(yīng)用。技術(shù)人員不斷的改進(jìn)PLC技術(shù)，使其功能更加完善，例如位置控制、溫度控制和CNC等各種工業(yè)控制技術(shù)。為了使PLC的應(yīng)用更加便捷，技術(shù)人員加強(qiáng)了人機(jī)界面的發(fā)展，使其操作起來更加簡便，提高了PLC的適用性能。

2.3操作比較簡單

PLC技術(shù)的主要應(yīng)用是在工業(yè)生產(chǎn)方面，它所需要的編程語言對于工程技術(shù)人員而言還是比較簡單的。有些生產(chǎn)工程師對于電子電路或梯形圖語言不是很了解，在操作計算機(jī)或語言編程時，有一定的困難。PLC技術(shù)的應(yīng)用，使其變得更加簡單化，操作起來更加容易，深受工程師的喜愛。

2.4系統(tǒng)維護(hù)更加方便

PLC系統(tǒng)在設(shè)計時采用了存儲邏輯的方式來替代接線邏輯，該方式減少了設(shè)備外部的接線操作，大大的縮短了系統(tǒng)設(shè)計和建造的周期[3]。由于外部接線的操作比較簡單，使日常維護(hù)也更加容易，減少技術(shù)人員的工作量。因此在工業(yè)生產(chǎn)過程中，技術(shù)人員可以通過改變設(shè)備的程序來改變生產(chǎn)過程，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本。在設(shè)備進(jìn)行安裝時，要注意遠(yuǎn)離干擾信號較強(qiáng)的設(shè)備，例如電焊機(jī)或大型動力設(shè)備，接電方式要遠(yuǎn)離高壓電。PLC系統(tǒng)的輸入和輸出線路需要分開走線，開關(guān)量和模擬量也要分開敷設(shè)。

3.基于PLC控制的機(jī)器人電氣自動化的設(shè)計要點(diǎn)

3.1整體結(jié)構(gòu)和流程設(shè)計

系統(tǒng)的控制要求是實(shí)現(xiàn)方形和圓形玻璃的尺寸打磨[4]，要求流水線橫方向運(yùn)動的電動機(jī)M1在運(yùn)動到要求的尺寸位置后停下，將光電編碼器和橫方向運(yùn)動的電動機(jī)相連，電動機(jī)M1的水平位置和編碼器的輸出成一定的比例。光電編碼器和高速計數(shù)器的輸入端相連，通過高速計數(shù)器表達(dá)出編碼器的脈沖數(shù)，以此來測量橫向運(yùn)動的距離。組態(tài)實(shí)現(xiàn)尺寸的設(shè)置和顯示，人機(jī)界面將參數(shù)傳遞給寄存器，根據(jù)用戶設(shè)定的程序計算出橫向距離與設(shè)置值之間的比例，然后打磨機(jī)根據(jù)尺寸進(jìn)行打磨，在打磨完成后，電動機(jī)M3繼續(xù)運(yùn)動，使打磨機(jī)實(shí)現(xiàn)縱向的打磨工作。當(dāng)打磨尺寸和設(shè)計尺寸相符時，垂直電動機(jī)M2開始運(yùn)動，驅(qū)使打磨機(jī)進(jìn)行垂直方向的運(yùn)動，當(dāng)打磨機(jī)完成垂直方向的運(yùn)動后，一次完成的控制任務(wù)就完成了。此時，電動機(jī)M1再次進(jìn)行運(yùn)動，重復(fù)之前的工作內(nèi)容，完成生產(chǎn)任務(wù)。根據(jù)工作流程和結(jié)構(gòu)的設(shè)計，控制系統(tǒng)主要包括三個組成部分，主電路、控制部分和顯示部分，下圖即系統(tǒng)結(jié)構(gòu)控制的流程圖。

3.2電源電路設(shè)計

技術(shù)人員在設(shè)計電源電路時，首先要考慮系統(tǒng)設(shè)備在運(yùn)行過程中的安全性、可靠性以及維修是否便利，還要考慮在電線的連接過程中是否方便，是否符合經(jīng)濟(jì)性能。電源電路是指機(jī)器人在工作過程中的動力電路和控制電路，在設(shè)計時主要包括電源電路、控制電路、PLC系統(tǒng)的電源開關(guān)電路和動力電源的轉(zhuǎn)換電路。PLC系統(tǒng)的電源通斷主要是由啟動按鈕和繼電器進(jìn)行控制，首先將電源的開關(guān)按鈕和設(shè)備的啟動開關(guān)按鈕相串聯(lián)，然后當(dāng)電源按鈕閉合時，繼電器的線圈通電后，常開觸點(diǎn)閉合，和啟動開關(guān)一起來控制系統(tǒng)回路，PLC在通電后開始進(jìn)行循環(huán)掃描。

3.3PLC系統(tǒng)的主程序設(shè)計

技術(shù)人員需要根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求來設(shè)計PLC控制系統(tǒng)，通過人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)對玻璃長度和寬度參數(shù)的設(shè)置，利用S7-200系列的PLC系統(tǒng)對臺車電機(jī)和升降電機(jī)進(jìn)行運(yùn)動控制。為了保證系統(tǒng)控制能夠正常完成任務(wù)，需要在設(shè)計主程序時加入安全警報程序。技術(shù)人員可以根據(jù)系統(tǒng)完成一次任務(wù)的時間，設(shè)定好計時器，如果系統(tǒng)出現(xiàn)問題，會導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)定的時間還沒到但是任務(wù)已經(jīng)完成，警報系統(tǒng)就會自動報警。技術(shù)人員根據(jù)報警進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)備的檢修，保證設(shè)備的正常使用。該控制系統(tǒng)主要是為了完成玻璃的打磨工作，因此在設(shè)計主程序時要控制電動機(jī)運(yùn)行的長度和寬度，實(shí)現(xiàn)下降、進(jìn)給和上升運(yùn)動。此次程序的設(shè)計主要是采用了順序設(shè)計的方法，利用以轉(zhuǎn)換中心為順序控制梯形圖，設(shè)計出主程序需要的轉(zhuǎn)換條件。

3.4性能參數(shù)的設(shè)計

PLC系統(tǒng)通過底層的控制器來實(shí)現(xiàn)信息采集，通信功能主要是由S7-1200中的兩個接口和其他設(shè)備連用所實(shí)現(xiàn)的，這里的其他設(shè)備也可以是另一個PLC系統(tǒng)的中心控制，兩個設(shè)備相連來實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展途徑。系統(tǒng)要想實(shí)現(xiàn)處理功能，需要很多的數(shù)據(jù)，例如電機(jī)編碼器對脈沖信息的反饋，底層控制器對信息的整合，這些信息都為機(jī)器人的自主運(yùn)動提供了相關(guān)的數(shù)據(jù)依據(jù)。

3.5系統(tǒng)的軟件設(shè)計

系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要分為兩方面，一個是機(jī)器人的動作控制和自動控制系統(tǒng)。首先照相機(jī)將拍攝到的數(shù)據(jù)信息傳輸給PLC系統(tǒng)，系統(tǒng)經(jīng)過計算后將其發(fā)給機(jī)器人的控制系統(tǒng)，在機(jī)器人收到坐標(biāo)數(shù)據(jù)后將坐標(biāo)值進(jìn)行調(diào)整，然后反饋給PLC系統(tǒng)。系統(tǒng)在接收指令后，按照相關(guān)要求完成生產(chǎn)任務(wù)。自動控制系統(tǒng)是在機(jī)器人將所需要的加工材料放到生產(chǎn)設(shè)備上，人工操作完成后，按鈕放行，使其進(jìn)入到下一個階段，機(jī)器人會按照相應(yīng)的操作完成生產(chǎn)任務(wù)。

結(jié)束語：綜上所述，技術(shù)人員在使用機(jī)器人自動化生產(chǎn)線時，首先要保證機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)化符合相關(guān)要求，才能保證工業(yè)生產(chǎn)的順利進(jìn)行。PLC系統(tǒng)的控制性能非常好，將其應(yīng)用到機(jī)器人自動化生產(chǎn)線時，不僅能保證生產(chǎn)線的工作順利進(jìn)行，還能提高生產(chǎn)效率，為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)價值。科技發(fā)展是影響社會經(jīng)濟(jì)的重要因素之一，不僅是國家，全體人民都要重視科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。

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