淺析PLC技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用

摘 要：可編程邏輯控制器，簡(jiǎn)稱(chēng)為PLC（Programmable logic Controller），是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的工業(yè)控制裝置。工業(yè)機(jī)器人是機(jī)器人中的一種，是一種仿人操作、自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化的自動(dòng)花生產(chǎn)設(shè)備。機(jī)器人的廣泛推廣，PLC技術(shù)也發(fā)揮了巨大的作用。原因在于PLC在工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制方面具有運(yùn)行簡(jiǎn)單、性?xún)r(jià)比高等諸多優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：PLC；工業(yè)移動(dòng)機(jī)器人；運(yùn)動(dòng)控制

中圖分類(lèi)號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2014） 18-0000-01

可編程邏輯控制器，簡(jiǎn)稱(chēng)為PLC（Programmable logic Controller），是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的工業(yè)控制裝置。工業(yè)機(jī)器人是機(jī)器人中的一種，是一種仿人操作、自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化的自動(dòng)花生產(chǎn)設(shè)備。機(jī)器人的廣泛推廣，PLC技術(shù)也發(fā)揮了巨大的作用。原因在于PLC在工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制方面具有運(yùn)行簡(jiǎn)單、性?xún)r(jià)比高等諸多優(yōu)點(diǎn)。

一、PLC的主要優(yōu)點(diǎn)

（1）適應(yīng)性強(qiáng)，應(yīng)用靈活。PLC是通過(guò)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的程序?qū)崿F(xiàn)控制功能的，如果控制功能需要改變的話，只需要修改程序以及改動(dòng)極少量的接線即可。另外PLC品種齊全，多數(shù)采用模塊式的硬件結(jié)構(gòu)，組合和擴(kuò)展方便，可根據(jù)需要靈活選用以滿(mǎn)足繁簡(jiǎn)的控制要求。（2）可靠性高、抗干擾性強(qiáng)。PLC生產(chǎn)廠家在硬件方面和軟件方面采取了一系列的它抗干擾措施，使它可以直接安裝于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)而穩(wěn)定可靠的工作。（3）編程簡(jiǎn)單、使用方便。用微機(jī)實(shí)現(xiàn)控制，使用的是匯編語(yǔ)言，難于掌握，要求使用者具有一定水平的計(jì)算機(jī)硬件和軟件知識(shí)。而PLC采用與繼電器電路極為相似的梯形圖語(yǔ)言，直觀易懂，深受現(xiàn)場(chǎng)電氣技術(shù)人員的歡迎。（4）接線簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)、體積小、重量輕、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。（5）功能完善，除基本的邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算等功能外，配合特殊模塊還可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位控制、PID運(yùn)算、過(guò)程控制、數(shù)字控制功能。

二、PLC在工業(yè)機(jī)器人上的應(yīng)用

PLC源于繼電控制裝置，其初衷就是替代繼電器，并增強(qiáng)其相應(yīng)功能。所以，它的特長(zhǎng)就是處理邏輯量。使用它，能夠方便地對(duì)離散生產(chǎn)過(guò)程的順序進(jìn)行控制。

下面就分別介紹這五大功能在工業(yè)機(jī)器人上的應(yīng)用：（1）順序控制（開(kāi)關(guān)量控制）。它的目的就是，根據(jù)有關(guān)開(kāi)關(guān)量的當(dāng)前與歷史的輸入狀況，產(chǎn)生所要求的開(kāi)關(guān)量輸出，以使系統(tǒng)能按一定順序工作。學(xué)會(huì)用PLC去實(shí)現(xiàn)這個(gè)控制就得學(xué)會(huì)編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)這個(gè)控制的程序。而這個(gè)控制程序設(shè)計(jì)方法基本上有兩類(lèi)：一是用邏輯處理方法，用組合或時(shí)序邏輯綜合，進(jìn)行輸入、輸出變換；另一是用工程方法設(shè)計(jì)，按不同要求輸出控制命令。工程設(shè)計(jì)可使用分散、集中或混合的算法實(shí)現(xiàn)控制。

集中原則（發(fā)布命令原則）：其控制命令是由集中控制器發(fā)出。這集中控制器就是PLC程序產(chǎn)生的順序輸出的命令。因此可以用在采用步進(jìn)電機(jī)控制的工業(yè)機(jī)器人上。

分散原則（反饋控制原則）：其控制命令是由分散信號(hào)提供。如果把控制輸出比喻為發(fā)命令，分散控制發(fā)出命令的內(nèi)容及時(shí)刻，則是由分散動(dòng)作完成反饋信號(hào)決定。分散控制的優(yōu)點(diǎn)是，有反饋，若收不到反饋信號(hào)，后續(xù)的命令不會(huì)出現(xiàn)，可使所控制的系統(tǒng)能安全、可靠地工作。因此可以用在由伺服電機(jī)控制的工業(yè)機(jī)器人上。（2）過(guò)程控制（模擬量控制）。一般講，過(guò)程控制要用到模擬量。模擬量一般是指連續(xù)變化的量，如電流、電壓、溫度、壓力等物理量。而這個(gè)模擬量要能被PLC處理，必須離散化、數(shù)字化。PLC處理后，還要鎖存并轉(zhuǎn)換為模擬輸出。為此，要配置A/D模塊，使模擬量離散化、數(shù)字化；及D/A模塊，使數(shù)字量鎖存并模擬化。PLC進(jìn)行過(guò)程控制的目的是根據(jù)有關(guān)模擬量的輸入狀況，產(chǎn)生所要求的模擬量輸出，以使系統(tǒng)能要求工作。過(guò)程控制的類(lèi)型很多。主要有兩類(lèi)：閉環(huán)，開(kāi)環(huán)。

閉環(huán)控制：傳感器監(jiān)測(cè)調(diào)節(jié)量，并傳送給A/D模塊。后者使其離散化、數(shù)字化。PLC程序再參考要求值，對(duì)其進(jìn)行處理，進(jìn)而經(jīng)D/A模塊、執(zhí)行器作用到被控對(duì)象上。對(duì)于工業(yè)機(jī)器人很重要一方面的控制是控制關(guān)節(jié)角度和電機(jī)的運(yùn)行速度。關(guān)節(jié)角度是模擬量，電機(jī)如采用伺服電機(jī)就必須采用閉環(huán)控制方式。開(kāi)環(huán)控制：傳感器監(jiān)測(cè)擾動(dòng)量，PLC程序依擾動(dòng)量與調(diào)節(jié)量間的關(guān)系產(chǎn)生控制量，進(jìn)而再通過(guò)摸出模塊、執(zhí)行器作用到被控對(duì)象上。其目的是在干擾量作用于系統(tǒng)的同時(shí)，這個(gè)控制量也作用于該系統(tǒng)，以克服干擾對(duì)系統(tǒng)的不利影響。在工業(yè)機(jī)器人上一般也可以采用開(kāi)環(huán)控制，此時(shí)電機(jī)基本采用步進(jìn)電機(jī)。

在生產(chǎn)中，有時(shí)要求若干變量間保持一定的比例關(guān)系，比如兩個(gè)電機(jī)對(duì)機(jī)器人本體的轉(zhuǎn)角控制。比值控制有開(kāi)環(huán)、閉環(huán)及多變量比值等。過(guò)程控制用中還有均勻控制。目的是保證左右兩輪的速度得以平衡，以達(dá)到直線運(yùn)動(dòng)的目的。（3）運(yùn)動(dòng)控制（脈沖量控制）。主要指：對(duì)工作對(duì)象的位置、速度及加速度所作的控制。可以是單坐標(biāo)即控制對(duì)象作直線運(yùn)動(dòng)；也可是多坐標(biāo)的，控制對(duì)象的平面、立體，以至于角度變換等運(yùn)動(dòng)。有時(shí)，還可控制多個(gè)對(duì)象，而這些對(duì)象間的運(yùn)動(dòng)可能還要有協(xié)調(diào)。利用該特點(diǎn)PLC運(yùn)動(dòng)控制可用閉環(huán)，也可用開(kāi)環(huán)。因此可以在機(jī)器人進(jìn)行開(kāi)環(huán)（步進(jìn)電機(jī)）、閉環(huán)（伺服電機(jī)）的運(yùn)動(dòng)控制。（4）信息控制。也稱(chēng)數(shù)據(jù)處理，是指數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、檢索、變換、傳輸及數(shù)表處理等。隨著技術(shù)的發(fā)展，PLC不僅可用作系統(tǒng)的工作控制，還可用作系統(tǒng)的信息控制。在工業(yè)機(jī)器人上，可以進(jìn)行對(duì)它的信息控制。對(duì)機(jī)器人的各種內(nèi)部參數(shù)（角度、速度、位移等）、外部參數(shù)（定位）進(jìn)行采集、處理、記錄。并在數(shù)據(jù)顯示屏上實(shí)時(shí)顯示。同時(shí)，當(dāng)計(jì)算機(jī)與其通訊時(shí)，還可將其傳送給計(jì)算機(jī)，再由計(jì)算機(jī)作進(jìn)一步處理、存儲(chǔ)、報(bào)表打印及顯示。（5）遠(yuǎn)程控制。是指對(duì)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程部分的行為及其效果實(shí)施檢測(cè)與控制。PLC有多種通訊接口，有很強(qiáng)的聯(lián)網(wǎng)、通訊能力，并不斷有新的聯(lián)網(wǎng)的模塊與結(jié)構(gòu)推出。所以，PLC遠(yuǎn)程控制是很方便的。總之，PLC的五大控制功能在工業(yè)機(jī)器人上得到充分的應(yīng)用。

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[作者簡(jiǎn)介]黃學(xué)先（1980-），女，湖北黃石人，機(jī)電工程系講師，研究方向：電氣控制與PLC技術(shù)。