PLC控制在工业机器人组装系统中的应用

时间：2024-05-17

孙祥云李丹

（1．邢台职业技术学院，河北邢台 054035；2．冀中工程技师学院，河北邢台 054000）

0 引言

随着我国工业领域的持续发展，其中的工艺技术和形式也有了很大改变，工业机器人能够模仿真人进行操作，自动完成工业生产工作，在提高生产效率的同时，还能实现我国的智能化制造战略，将PLC 控制技术应用其中，可以使多个工业机器人通过PLC 网络连接在一起，并对其进行综合控制，实现多个工业机器人的共同协作和信息互通，进而形成自动化的生产流程[1]。随着PLC 控制技术的不断发展，需要加强PLC 控制在工业机器人组装系统中的应用研究，提高工业机器人的智能化和自动化程度，有效推动我国工业的发展。

1 PLC技术的概念及优点

1.1 PLC技术的概念

PLC 即可编程逻辑控制器，是一种具备微处理器，能够实现自动化控制的数字运算控制器，也是一种专门用于工业控制的计算机。PLC 由处理器、控制指令、数据内存、接口、电源等功能单元组成，可以执行逻辑运算、控制、定时以及算术操作等指令，通过接口输出到各种控制模块中进行机械生产[2]。PLC 控制系统相比传统的工业控制系统，具有更强的灵活性、逻辑性，有较快的数据处理速度。

在工业机器人组装系统中应用PLC 控制技术可以实现自动化生产，通过PLC 将信号传递给机器人，机器人根据指令完成各种操作，其不仅能在工业机器人中得到应用，而且在视频识别、伺服电机等系统中也能得到综合应用，其可以优化工业生产流程及生产线中自动化的柔性设置。随着科学技术的不断发展，将PLC 控制技术应用到工业机器人中，可以提高机器人系统的智能化程度，并且随着通信技术以及互联网技术的发展，其在工业生产中能够将多个机器人通过网络连接在一起，实现大规模控制。

1.2 PLC技术的优点

1.2.1 适应性强

PLC 技术的控制功能主要是实现存储器的存储功能控制，假如要更换控制功能，只需要改变系统参数或者接线方式，就可以改变控制系统。另外，PLC 技术的种类繁多，可以满足各种控制需求，具有较强的适应性。

1.2.2 安全性高

一般PLC 设备在生产的过程中，生产商为了保证其实用价值，在其中采取了一些软、硬件上的抗干扰措施，这样在使用PLC 技术时，就会有很强的抗干扰能力，能够保证工业生产的安全性。

1.2.3 编程简单

PLC 系统的编程较为简单，而且操作起来也非常便捷，在使用过程中，利用微型计算机就能对显影系统进行控制，同时，还能对计算机的软件系统和硬件系统进行控制，通过逻辑控制、算术运算以及数据计算等方式，实现工业生产的数据化控制[3]。

1.2.4 性价比高

一台PLC 设备中有无数个编程元件，可供用户随意使用，满足用户的不同需求，因此，其具有较强、较全的功能，同时还能实现难度较高、较复杂的控制，和具有一样功能的继电器相比较，PLC 设备具有更高的性价比。

1.2.5 维护简单

PLC 设备在使用过程中不容易出现故障，同时还具有较为完善的自我诊断和预警功能。当设备出现故障时，其中的编程器会提供相应的信息，查询故障所在位置，并通过发光二极管进行预警，只需要更换其中的模块就可以解决故障问题，维护简单、方便。

2 PLC控制在工业机器人组装系统中的应用

PLC 控制在工业机器人组装系统中的应用主要可以分为硬件和软件2 个方面进行说明。

2.1 硬件结构中的应用

2.1.1 硬件系统结构

一般工业机器人系统由机械、控制、驱动以及感知4个部分组成。机器人系统主要由四轴机器人、PLC、视觉系统、气缸等部分组成，同时还包括气动和电磁回路。应用PLC 控制技术的机器人主要是四轴机器人，其能够自由活动，动作准确、快速，可靠性高。在该系统中，PLC 是主要的计算控制中心，其内部装有以太网模块和I/O 模块等，可以实现对工业机器人各种运动状态的收集。

2.1.2 组装系统原理

对于工业机器人组装系统来说，其主要功能是完成货物的装配，因此，需要机器人能够进行一些搬运、抓放、检测等作业，该过程较为复杂，工业机器人进行流水线式的组装时，需要有较高性能的控制系统，而PLC 具有较强的抗干扰性能，且具有较强的稳定性，可以对一些接收的信息进行处理，这主要是由于PLC 能够对气缸进行控制，控制气缸的驱动作用，再利用PLC 将信号输出传递给电磁阀，电磁阀再进行吸合和释放等运动，实现夹具的紧、松功能[4]。在工业生产的装配和检测环节中，PLC、机器人以及视觉系统3 个部分能够实现信息传递，利用PLC 输出信号或者接收信号，以此来控制机器人的动作，并对生产环节进行检测。

2.2 软件系统设计

2.2.1 PLC软件设计

在工业机器人中，PLC 是其组装系统中的核心，在组装的过程中，首先，需要选择适合机器人的PLC 设备以及I/O 点数。例如，选择使用48 个I/O 点数的小型PLC设备，结合实际需求，对I/O 端口以及硬件接口进行设置。其次，使用以太网对工业机器人、PLC 设备、视觉系统以及触摸屏等进行联网，实现信息通信和交换。最后，编写PLC 程序，要求编写梯形图程序，在此过程中，要注意机器人和PLC 之间的信息交换，在编写的过程中，要设计合理的通信地址，同时要有风险预防措施，避免使用的过程中发生意外，可以在系统中设计互锁等保护程序[5]。

2.2.2 工业机器人中的PLC控制软件设计

工业机器人的程序编写一般是按照机器人的工作内容和流程进行设计的。在应用PLC 控制技术之后，机器人能够实现手动控制和自动控制，因此，在对整个工业机器人组装系统进行设计时，要对机器人的工作过程有全面的了解，分析其中可能发生的问题，否则在实际运作过程中会产生严重的后果。可以从3 个方面对PLC 控制软件进行设计。1）工业机器人组装系统要有初始化设置，这样当机器人出现问题时可以进行初始化，下一次使用就不会受到影响。2）工业机器人组装系统要实现手动控制，设置手动操作按钮和开关等，能够对机器人的运动速度、力矩大小等进行控制。3）工业机器人组装系统要实现自动控制，根据整个工作内容，对每一个机器人进行工作定点，让机器人按照程序进行工作，保证工作的流畅性和协调性。以某工业的工业机器人组装系统为例进行分析，在其组装的工业机器人中，每一个机器人共有40 个控制点，所以要选择有48 个I/O 点数的PLC设备，多余的点作为备用的接口。设置实际需要的I/O 端口和硬件接线，用来连接各个控制点。另一方面，在设计工业机器人系统的线路时，还需要解决组装系统当中的工业机器人的PLC 以及相关的触摸屏和视觉系统的组网问题，通过以太网对机器人进行控制，实现工作信息的交换。在编写组装系统的工业机器人的PLC 控制程序时，需要注意的问题是PLC 与组装系统中的工业机器人之间的信息交换，在保证PLC 的通信地址合理的前提下，减少由于通信地址设置不当而出现的问题，例如PLC 无法控制组装系统中的工业机器人，只有这样才能保证工业机器人的工作效率。

2.2.3 运动控制编程设计

设计工业机器人的运动控制编程时，可以采用设置未知数的方式。首先，对升降臂的程序进行设计，一般由电机的传动功能实现，通过减速器带动丝杆，实现机械臂的升降功能，减速器采用1 ∶80 的传动比例，丝杆螺距为4 mm，电机通过定位控制，当转速设置为n1时，在mam 指令下，升降臂的参数值为n1=P2×80/4=20P2（rps），P2为升降臂的参数。其次，可以利用转速来控制工业机器人大臂和小臂的升降，也就是v1∶v2∶v3=n1∶n2∶n3（速度比=转速比），以此来实现设备的统一控制。同时，机器人各个轴中能够进行协调控制，各关节也不例外，都有相应的伺服系统最后，对工业机器人进行编程设计时，离不开PLC 控制技术的应用，通过高级语言的编写，能够将机器人控制程序转变为PLC 数学控制程序，工业机器人的运动轨迹是通过运动指令进行控制的，在运用PLC 技术的过程中，要把控好相应的运动状态。应用PLC 技术时需要编写具体的控制代码，再利用高级编程语言转换成PLC 数控程序，以此实现对工业机器人的有效控制，这一过程非常复杂，需要保存控制指令和相关参数内容，同时利用PLC 控制器对相应的数据进行整理计算，借助有关下达命令的参数获取机器人的控制运动指令，机器人再通过这些数据指令进行相应的动作，完成相应的控制目标，进而满足工业生产的要求，提升自动化生产的效率[6]。