基于PLC控制下工業機器人系統的研究與實現

康穎　郭淼　劉玉瀟

摘 要：電子信息技術的發展，使得機器人在工業生產中應用越來越廣泛。基于此，本文將PLC的機器人控制系統作為出發點，來更好的分析工業機器人系統的設計。同時，還分析了PLC控制技術的具體應用方法，包括硬件配置、程序設計等，來有效地提高工業機器人的可靠性及穩定性，旨在取得良好的效果。通過論述以上內容，來為技術人員提供一些參考。

關鍵詞：基于PLC控制；工業機器熱系統；網絡通信

引言：在現如今，機器人已經被應用在生產中，主要是用來自動化搬運零件、參與生產工作等，來實現自動化生產。由于關節式機器人能夠模擬出一些人類的手臂動作，并按照預先設定的程序來實現抓取、搬運工作，進而實現自動化操作，同時通過電磁閥來控制，來對系統實現動作間隔控制。

1基于PLC控制下工業機器人系統研究

基于PLC的工業機器人需進行抓取、搬運、裝卸等一系列操作，而這些動作主要是通過氣缸驅動。在實現操作的過程中，需要將其從加工的初始位置傳送到1號工作臺，將操作的工件傳遞到2號臺，進而回到1號工作臺，來形成對一個工件的生產操作。

同時，工業機器人的設置需要從初始位置出發，將手腕水平移動，而操作手指將會加緊操作的工件，在到位后，機器人的手指及手腕處會引導下沿右側軌跡的移動，最后實現對機器人的控制。當該工件放置在含工作臺中，需要再次回到工作臺的動作順序，進行形成一個完整的工作周期。根據工業機器人裝置的需求，需要通過設置相應的開關裝置，實現控制系統的信號檢測工作，來確定機器人的手臂動作。同時，當操作構件被夾緊前，需要預先設置夾緊力，只有當夾緊值達到預設值的時候，才可以進行下一步操作。

2基于PLC控制下工業機器人系統的實現

2.1系統設計

（1）生產件設計。每一個生產合格的設備都需要通過生產順序才能夠完成作業，通過研究前期的工藝行，能夠得出可靠的結論。為了完成工藝生產任務，需要根據操作維護要求，確保性高價比，來實現控制系統的設計；同時，生產產品需要進行合理的工藝設計，來滿足設備的生產需求。

（2）選擇合適的系統，系統承擔著工業機器人工藝生產的自動流轉過程，通過使用專業化的機器人進行生產，能夠實現高效自動化生產；

（3）通過合理的設計系統，能夠構成一個完成的生產流程。首先，在每個生產工藝中，需要由控制機器人系統自主完成生產。在每個產品生產過程中，同樣需要機器人的自主系統來完成。這些功能都涉及到PLC系統之間的信息交換功能，因此，需要建立一個能夠實現信號交互的網絡，來為工業機器人在生產環節中，完成上下料的工作任務提供技術支持。按照信號交互的質量及系統的整體配置，主要包括了以下通信方式包括了直接I/O通信；H網絡通信；Devicenet網絡通信；Profibus網絡通信等等[1]。

2.2硬件配置

為了實現較高性能的系統控制，需要進行合理的選擇、設計，來確保硬件設備具有非常好的使用性價比。通過選擇高質量的PLC及其I/O模塊，以此來為智能模塊、網絡信息處理模塊、HMI等節目配置相對應的控制系統，進而建立一個自動化系統的信息網絡。

在選擇系列PLC中，需要選擇借助系統的需求，構建一個適合的操控系統，但并不會造成PLC的浪費，由于PLC具有60k的程序容量、4096點數I/O、0.034μs運算處理速度、1M可擴展空間等特點，并且能夠實現USB接口、RS232接口等接口的連接。此外，PLC還能夠使用二進制系統以ASCII格式傳輸數據。PLC串行端口用于數據的發送/接收，它通過發送/接收電壓工作，RS232通常用一個電壓-12V表示1位，用+12V表示一個“0”表示；在+/-3伏之間的電壓被認為有兩種類型的RS-232設備。DTE-數據終端設備和一個常見的例子是計算機。PLC可能是DTE或DCE設備，當PLC和外部設備都是DTE（或兩個DCE）設備時，它們不能相互通話。解決方案是使用空調制解調器連接。通常PLC是DTE，外部設備是DCE。人機界面（HMI）的選擇。HIMI是通過系統操作及實現信息指示的主要構件，需用選擇工業環境適應性強的的人機界面。

2.3程序設計

現如今，程序設計使用的主要方法是PLC的編程方法，來構建梯形圖。主要包括了指令表、順序流程表等內容，這種方法能夠根據工藝控制點的要求，選擇的編程方法，并配合使用SFC編程方法，來分析和修改，進而實現整個生產過程的順序控制。

（1）搬運系統控制流程。在開始編程前，需要借助編程的流程圖，以安裝系統為例，安裝系統主要有安裝機器的運行軌道及相應的生產工具，當安裝機器人待機時，借助PLC來判斷機器人是否滿足生產的條件。當滿足生產啟動條件時，PLC會向機器人發送生產指令，生產機器人就會按照示教程序。在機器人運轉的過程中，需始終會和PLC信號進行交換，來配合夾具動作，完成生產任務。當生產機器人回到初始位置時，會重新進入待機狀態，等待下一個啟動指令。

機器人通過設置5個示范程序，來構成生四個工藝工程流程，當物料發生流轉工作的時候，會在主要生產流程中進行重復動作，然后根據生產機器人的啟動條件，開始生產；

（2）程序編寫。根據生產的流程，需要對PLC進行程序編寫，編寫的方法包括了梯形圖、SFC等。梯形圖是一種順序控制使用方法，結構較為繁瑣，需要將一系列算法進行互索。在編寫程序時，搬運系統的編程選用的更適合控制的SFC編程方法，能夠構建一個有利于閱讀和安裝的環境。系統在控制的過程中，要設置為自動和手動兩種模式，在進行手動模式設計時，搬運系統的調整和機器人的編寫過程是重點；在自動模式中，機器人待機狀態下，會根據PLC的質量的自動選擇要進行質量運轉程序。完成后，會進入待機狀態，等待新的指令。

自動模式的主程序包括MAIN的主程序，而設備的初始化READY等多種的分支進行選擇，當分支確認后，會對分支啟動進行信號測試，并不執行人物，只能夠調用程序具體的內容，才開始執行。當執行完畢后，需要對機器人進行待機工作，重點進行判斷選擇檢查，才開始生產；

（3）人機界面設計。系統處于人機工作是為了進一步提升操作系統及信息控制，來及時處理故障處理。為設計出手動、自動化遠轉、人機信號畫面、系統監控畫面生等調試的監控界面，要在登陸界面及管理員界面設置權限，來確保系統安全性和管理性；

（4）機器人示教。在實際應用中，機器人的示教是重要而且要求較高的一個環節，需要有熟練的操作人員進行示教編程，才能使機器人能夠更加安全、準確、流暢地完成搬運任務[2]。

結論：綜上所述，基于PLC控制下的工業機器人系統具有良好的操作效果。在此基礎上，機器人在待機狀態下，需要根據PLC的質量，自動選擇進行運轉程序，在完成后，要進入待機狀態，等待新的指令；同時，在機器人運轉的過程中，會和PLC信號進行交換，來配合夾具動作，完成生產任務。因此，通過對程序、人機界面進行合理的設計，能夠實現PLC控制下工業機器人系統。

參考文獻：

[1]牛紅林. 基于PLC控制的養殖場氨氣生物氧化裝置的研發[D].山東農業大學，2017.

[2]郝夢超. 一種基于PLC控制的全自動水肥一體化系統的設計與實現[D].石河子大學，2017.