孫祥云 李 丹

（1．邢臺(tái)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 邢臺(tái) 054035；2．冀中工程技師學(xué)院，河北 邢臺(tái) 054000）

0 引言

隨著我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展，其中的工藝技術(shù)和形式也有了很大改變，工業(yè)機(jī)器人能夠模仿真人進(jìn)行操作，自動(dòng)完成工業(yè)生產(chǎn)工作，在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)我國(guó)的智能化制造戰(zhàn)略，將PLC 控制技術(shù)應(yīng)用其中，可以使多個(gè)工業(yè)機(jī)器人通過(guò)PLC 網(wǎng)絡(luò)連接在一起，并對(duì)其進(jìn)行綜合控制，實(shí)現(xiàn)多個(gè)工業(yè)機(jī)器人的共同協(xié)作和信息互通，進(jìn)而形成自動(dòng)化的生產(chǎn)流程[1]。隨著PLC 控制技術(shù)的不斷發(fā)展，需要加強(qiáng)PLC 控制在工業(yè)機(jī)器人組裝系統(tǒng)中的應(yīng)用研究，提高工業(yè)機(jī)器人的智能化和自動(dòng)化程度，有效推動(dòng)我國(guó)工業(yè)的發(fā)展。

1 PLC技術(shù)的概念及優(yōu)點(diǎn)

1.1 PLC技術(shù)的概念

PLC 即可編程邏輯控制器，是一種具備微處理器，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化控制的數(shù)字運(yùn)算控制器，也是一種專門用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)。PLC 由處理器、控制指令、數(shù)據(jù)內(nèi)存、接口、電源等功能單元組成，可以執(zhí)行邏輯運(yùn)算、控制、定時(shí)以及算術(shù)操作等指令，通過(guò)接口輸出到各種控制模塊中進(jìn)行機(jī)械生產(chǎn)[2]。PLC 控制系統(tǒng)相比傳統(tǒng)的工業(yè)控制系統(tǒng)，具有更強(qiáng)的靈活性、邏輯性，有較快的數(shù)據(jù)處理速度。

在工業(yè)機(jī)器人組裝系統(tǒng)中應(yīng)用PLC 控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，通過(guò)PLC 將信號(hào)傳遞給機(jī)器人，機(jī)器人根據(jù)指令完成各種操作，其不僅能在工業(yè)機(jī)器人中得到應(yīng)用，而且在視頻識(shí)別、伺服電機(jī)等系統(tǒng)中也能得到綜合應(yīng)用，其可以優(yōu)化工業(yè)生產(chǎn)流程及生產(chǎn)線中自動(dòng)化的柔性設(shè)置。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，將PLC 控制技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)機(jī)器人中，可以提高機(jī)器人系統(tǒng)的智能化程度，并且隨著通信技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，其在工業(yè)生產(chǎn)中能夠?qū)⒍鄠€(gè)機(jī)器人通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接在一起，實(shí)現(xiàn)大規(guī)?？刂?。

1.2 PLC技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

1.2.1 適應(yīng)性強(qiáng)

PLC 技術(shù)的控制功能主要是實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)功能控制，假如要更換控制功能，只需要改變系統(tǒng)參數(shù)或者接線方式，就可以改變控制系統(tǒng)。另外，PLC 技術(shù)的種類繁多，可以滿足各種控制需求，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。

1.2.2 安全性高

一般PLC 設(shè)備在生產(chǎn)的過(guò)程中，生產(chǎn)商為了保證其實(shí)用價(jià)值，在其中采取了一些軟、硬件上的抗干擾措施，這樣在使用PLC 技術(shù)時(shí)，就會(huì)有很強(qiáng)的抗干擾能力，能夠保證工業(yè)生產(chǎn)的安全性。

1.2.3 編程簡(jiǎn)單

PLC 系統(tǒng)的編程較為簡(jiǎn)單，而且操作起來(lái)也非常便捷，在使用過(guò)程中，利用微型計(jì)算機(jī)就能對(duì)顯影系統(tǒng)進(jìn)行控制，同時(shí)，還能對(duì)計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)進(jìn)行控制，通過(guò)邏輯控制、算術(shù)運(yùn)算以及數(shù)據(jù)計(jì)算等方式，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的數(shù)據(jù)化控制[3]。

1.2.4 性價(jià)比高

一臺(tái)PLC 設(shè)備中有無(wú)數(shù)個(gè)編程元件，可供用戶隨意使用，滿足用戶的不同需求，因此，其具有較強(qiáng)、較全的功能，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)難度較高、較復(fù)雜的控制，和具有一樣功能的繼電器相比較，PLC 設(shè)備具有更高的性價(jià)比。

1.2.5 維護(hù)簡(jiǎn)單

PLC 設(shè)備在使用過(guò)程中不容易出現(xiàn)故障，同時(shí)還具有較為完善的自我診斷和預(yù)警功能。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，其中的編程器會(huì)提供相應(yīng)的信息，查詢故障所在位置，并通過(guò)發(fā)光二極管進(jìn)行預(yù)警，只需要更換其中的模塊就可以解決故障問(wèn)題，維護(hù)簡(jiǎn)單、方便。

2 PLC控制在工業(yè)機(jī)器人組裝系統(tǒng)中的應(yīng)用

PLC 控制在工業(yè)機(jī)器人組裝系統(tǒng)中的應(yīng)用主要可以分為硬件和軟件2 個(gè)方面進(jìn)行說(shuō)明。

2.1 硬件結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

2.1.1 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

一般工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)由機(jī)械、控制、驅(qū)動(dòng)以及感知4個(gè)部分組成。機(jī)器人系統(tǒng)主要由四軸機(jī)器人、PLC、視覺(jué)系統(tǒng)、氣缸等部分組成，同時(shí)還包括氣動(dòng)和電磁回路。應(yīng)用PLC 控制技術(shù)的機(jī)器人主要是四軸機(jī)器人，其能夠自由活動(dòng)，動(dòng)作準(zhǔn)確、快速，可靠性高。在該系統(tǒng)中，PLC 是主要的計(jì)算控制中心，其內(nèi)部裝有以太網(wǎng)模塊和I/O 模塊等，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)機(jī)器人各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的收集。

2.1.2 組裝系統(tǒng)原理

對(duì)于工業(yè)機(jī)器人組裝系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其主要功能是完成貨物的裝配，因此，需要機(jī)器人能夠進(jìn)行一些搬運(yùn)、抓放、檢測(cè)等作業(yè)，該過(guò)程較為復(fù)雜，工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行流水線式的組裝時(shí)，需要有較高性能的控制系統(tǒng)，而PLC 具有較強(qiáng)的抗干擾性能，且具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，可以對(duì)一些接收的信息進(jìn)行處理，這主要是由于PLC 能夠?qū)飧走M(jìn)行控制，控制氣缸的驅(qū)動(dòng)作用，再利用PLC 將信號(hào)輸出傳遞給電磁閥，電磁閥再進(jìn)行吸合和釋放等運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)夾具的緊、松功能[4]。在工業(yè)生產(chǎn)的裝配和檢測(cè)環(huán)節(jié)中，PLC、機(jī)器人以及視覺(jué)系統(tǒng)3 個(gè)部分能夠?qū)崿F(xiàn)信息傳遞，利用PLC 輸出信號(hào)或者接收信號(hào)，以此來(lái)控制機(jī)器人的動(dòng)作，并對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行檢測(cè)。

2.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.2.1 PLC軟件設(shè)計(jì)

在工業(yè)機(jī)器人中，PLC 是其組裝系統(tǒng)中的核心，在組裝的過(guò)程中，首先，需要選擇適合機(jī)器人的PLC 設(shè)備以及I/O 點(diǎn)數(shù)。例如，選擇使用48 個(gè)I/O 點(diǎn)數(shù)的小型PLC設(shè)備，結(jié)合實(shí)際需求，對(duì)I/O 端口以及硬件接口進(jìn)行設(shè)置。其次，使用以太網(wǎng)對(duì)工業(yè)機(jī)器人、PLC 設(shè)備、視覺(jué)系統(tǒng)以及觸摸屏等進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)信息通信和交換。最后，編寫PLC 程序，要求編寫梯形圖程序，在此過(guò)程中，要注意機(jī)器人和PLC 之間的信息交換，在編寫的過(guò)程中，要設(shè)計(jì)合理的通信地址，同時(shí)要有風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防措施，避免使用的過(guò)程中發(fā)生意外，可以在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)互鎖等保護(hù)程序[5]。

2.2.2 工業(yè)機(jī)器人中的PLC控制軟件設(shè)計(jì)

工業(yè)機(jī)器人的程序編寫一般是按照機(jī)器人的工作內(nèi)容和流程進(jìn)行設(shè)計(jì)的。在應(yīng)用PLC 控制技術(shù)之后，機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)手動(dòng)控制和自動(dòng)控制，因此，在對(duì)整個(gè)工業(yè)機(jī)器人組裝系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要對(duì)機(jī)器人的工作過(guò)程有全面的了解，分析其中可能發(fā)生的問(wèn)題，否則在實(shí)際運(yùn)作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果?？梢詮? 個(gè)方面對(duì)PLC 控制軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。1）工業(yè)機(jī)器人組裝系統(tǒng)要有初始化設(shè)置，這樣當(dāng)機(jī)器人出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)可以進(jìn)行初始化，下一次使用就不會(huì)受到影響。2）工業(yè)機(jī)器人組裝系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制，設(shè)置手動(dòng)操作按鈕和開(kāi)關(guān)等，能夠?qū)C(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度、力矩大小等進(jìn)行控制。3）工業(yè)機(jī)器人組裝系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，根據(jù)整個(gè)工作內(nèi)容，對(duì)每一個(gè)機(jī)器人進(jìn)行工作定點(diǎn)，讓機(jī)器人按照程序進(jìn)行工作，保證工作的流暢性和協(xié)調(diào)性。以某工業(yè)的工業(yè)機(jī)器人組裝系統(tǒng)為例進(jìn)行分析，在其組裝的工業(yè)機(jī)器人中，每一個(gè)機(jī)器人共有40 個(gè)控制點(diǎn)，所以要選擇有48 個(gè)I/O 點(diǎn)數(shù)的PLC設(shè)備，多余的點(diǎn)作為備用的接口。設(shè)置實(shí)際需要的I/O 端口和硬件接線，用來(lái)連接各個(gè)控制點(diǎn)。另一方面，在設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的線路時(shí)，還需要解決組裝系統(tǒng)當(dāng)中的工業(yè)機(jī)器人的PLC 以及相關(guān)的觸摸屏和視覺(jué)系統(tǒng)的組網(wǎng)問(wèn)題，通過(guò)以太網(wǎng)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)工作信息的交換。在編寫組裝系統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人的PLC 控制程序時(shí)，需要注意的問(wèn)題是PLC 與組裝系統(tǒng)中的工業(yè)機(jī)器人之間的信息交換，在保證PLC 的通信地址合理的前提下，減少由于通信地址設(shè)置不當(dāng)而出現(xiàn)的問(wèn)題，例如PLC 無(wú)法控制組裝系統(tǒng)中的工業(yè)機(jī)器人，只有這樣才能保證工業(yè)機(jī)器人的工作效率。

2.2.3 運(yùn)動(dòng)控制編程設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制編程時(shí)，可以采用設(shè)置未知數(shù)的方式。首先，對(duì)升降臂的程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，一般由電機(jī)的傳動(dòng)功能實(shí)現(xiàn)，通過(guò)減速器帶動(dòng)絲桿，實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的升降功能，減速器采用1 ∶80 的傳動(dòng)比例，絲桿螺距為4 mm，電機(jī)通過(guò)定位控制，當(dāng)轉(zhuǎn)速設(shè)置為n1時(shí)，在mam 指令下，升降臂的參數(shù)值為n1=P2×80/4=20P2（rps），P2為升降臂的參數(shù)。其次，可以利用轉(zhuǎn)速來(lái)控制工業(yè)機(jī)器人大臂和小臂的升降，也就是v1∶v2∶v3=n1∶n2∶n3（速度比=轉(zhuǎn)速比），以此來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的統(tǒng)一控制。同時(shí)，機(jī)器人各個(gè)軸中能夠進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，各關(guān)節(jié)也不例外，都有相應(yīng)的伺服系統(tǒng)最后，對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行編程設(shè)計(jì)時(shí)，離不開(kāi)PLC 控制技術(shù)的應(yīng)用，通過(guò)高級(jí)語(yǔ)言的編寫，能夠?qū)C(jī)器人控制程序轉(zhuǎn)變?yōu)镻LC 數(shù)學(xué)控制程序，工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡是通過(guò)運(yùn)動(dòng)指令進(jìn)行控制的，在運(yùn)用PLC 技術(shù)的過(guò)程中，要把控好相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。應(yīng)用PLC 技術(shù)時(shí)需要編寫具體的控制代碼，再利用高級(jí)編程語(yǔ)言轉(zhuǎn)換成PLC 數(shù)控程序，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的有效控制，這一過(guò)程非常復(fù)雜，需要保存控制指令和相關(guān)參數(shù)內(nèi)容，同時(shí)利用PLC 控制器對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理計(jì)算，借助有關(guān)下達(dá)命令的參數(shù)獲取機(jī)器人的控制運(yùn)動(dòng)指令，機(jī)器人再通過(guò)這些數(shù)據(jù)指令進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作，完成相應(yīng)的控制目標(biāo)，進(jìn)而滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求，提升自動(dòng)化生產(chǎn)的效率[6]。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，PLC 控制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)較多，將其應(yīng)用在工業(yè)機(jī)器人組裝系統(tǒng)中，能夠?qū)C(jī)器人進(jìn)行更好的控制，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將多個(gè)機(jī)器人連接在一起，可以實(shí)現(xiàn)互相協(xié)作和信息交換等功能，保證機(jī)器人工作的安全性、穩(wěn)定性，同時(shí)，還能推動(dòng)工業(yè)機(jī)器人的改革和發(fā)展，從而進(jìn)一步提高工業(yè)生產(chǎn)的效率，為我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展做出巨大貢獻(xiàn)。