PLC的噴涂機器人控制系統(tǒng)研究

周建新

【摘要】對于我國中小型家具企業(yè)而言，在針對性強且性價比高的五軸噴涂機器人有非常大的需求。基于此，筆者從五軸噴涂機器人的組成及驅(qū)動設(shè)計入手，分析了基于PLC的五軸噴涂機器人控制系統(tǒng)設(shè)計，分別指出了控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計及軟件設(shè)計中的注意事項，能夠?qū)崿F(xiàn)五軸噴涂機器人對噴涂對象的跟蹤，而且本文提出的設(shè)計方法可以有效提高電機控制的靈活性，有助于五軸噴涂機器人的有效應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】PLC；五軸噴涂機器人；控制電路

目前的表面噴涂設(shè)備而言，主要有噴涂機和噴涂機器人這兩類。噴涂機主要用于簡單的直線噴涂；噴涂機器人能夠進行復(fù)雜的表面噴涂，而且運動軌跡非常靈活，噴涂的質(zhì)量也比較高。根據(jù)大型立方體工件的特點，有研究學(xué)者研發(fā)了五軸噴涂機器人用于該工件的噴涂，這種噴涂機器人能夠同時控制五個噴槍進行噴涂工作，常用于電腦外殼或者汽車等塑料件以及金屬件的表面噴涂。在實際的使用中，如何有效控制噴槍是人們關(guān)注的重點。

1.基于PLC的五軸噴涂機器人控制系統(tǒng)設(shè)計

1.1系統(tǒng)的硬件設(shè)計

首先，主電路設(shè)計。主電路住要用于控制系統(tǒng)各個單元的電力供應(yīng)，在進行主電路的設(shè)計時，需要確保各個電路模塊能夠安全用電，并在電流過大的位置設(shè)計斷路器。一般來說，設(shè)計人員需要在交流電主線位置以及驅(qū)動器的供電位置進行了斷路器的設(shè)計。PLC內(nèi)部含有220V交流電轉(zhuǎn)換成直流24V的功能模塊，但是為了防止過多的24V供電設(shè)備與PLC進行連接，導(dǎo)致PLC內(nèi)部電壓不穩(wěn)，設(shè)計人員需要在主電路增加一個220V交流電轉(zhuǎn)換成直流24V的功能模塊。

然后，控制電路設(shè)計。在機器人控制系統(tǒng)中，控制電路包含若干個輸入點及輸出口，輸入點主要包括高速輸入點以及通用輸入點這兩種。其中，高速輸入點主要用于編碼器等多種高頻信號的輸入；高速脈沖輸出口與驅(qū)動器連接，用于脈沖序列以及方向信號的發(fā)送；通用輸入點主要用于控制系統(tǒng)啟動、停止等開關(guān)信號的輸入；通用輸出口主要用于剎車指令的發(fā)送，還能夠進行噴槍開關(guān)以及系統(tǒng)報警的輸出。

最后，硬件設(shè)施的選擇。機器人控制系統(tǒng)的硬件設(shè)施包括上位機、主控制器以及副控制器等設(shè)備。上位機主要用于主控制器PLC相關(guān)作業(yè)參數(shù)的設(shè)定，并控制系統(tǒng)的啟動與停止，在控制系統(tǒng)的運行過程中，上位機會與主控制器的422端口進行通信；設(shè)計人員需要根據(jù)實際的機器人參數(shù)選擇不同型號的PLC主控制器及PLC副控制器，常用的主控制器為臺達的DVP40EH00T2型號，這種主控制器具備強大的運算能力，數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)配置比較好，能夠支持200多個應(yīng)用指令，可以實現(xiàn)快速響應(yīng)，常用的副控制器為臺達的DVP20EH00R2型號，這種副控制器能夠進行懸掛線體運動的控制，設(shè)計人員可以在懸掛線體上進行旋轉(zhuǎn)編碼器的安裝，當(dāng)工件在工作區(qū)運動時，其運動速度能夠通過旋轉(zhuǎn)編碼器轉(zhuǎn)動生成的脈沖信號傳輸?shù)絇LC中，有助于同步跟蹤作業(yè)的控制，提高控制系統(tǒng)的控制效果。

1.2系統(tǒng)的軟件設(shè)計

機器人控制系統(tǒng)的軟件可以根據(jù)梯形圖模塊化這一思路進行設(shè)計。一般來說，機器人控制系統(tǒng)的軟件包括六個功能模塊，分別是系統(tǒng)參數(shù)初始化模塊、五軸原點復(fù)位模塊、左邊噴涂模塊、右邊噴涂模塊、正向噴涂模塊以及噴涂對象運動速度監(jiān)測計算模塊。其中，系統(tǒng)參數(shù)的初始化模塊主要進行寄存器相關(guān)參數(shù)的賦值和清零，還用于輔助繼電器等操作，比如設(shè)定機器人的總噴涂次數(shù)；五軸原點復(fù)位模塊，該模塊主要是在初始階段，將五軸回歸到原點的復(fù)位程序，該模塊能夠為機器人下一步路徑的規(guī)劃提供便利；三個方向的噴涂模塊主要用于機器人各軸的調(diào)整，確保機器人進行協(xié)調(diào)的噴涂運動；速度計算模塊主要用于噴涂對象移動頻率和機器人跟蹤頻率的計算，并為X軸的跟蹤對象提供有價值的參考數(shù)據(jù)。

在進行機器人控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計時，設(shè)計人員不僅需要應(yīng)用模塊化，還可以通過PLC實現(xiàn)程序的簡化及效率的提升。設(shè)計人員可以在梯形圖中引進PLC的運動控制指令，通過運動控制指令的調(diào)動，進行脈沖輸出模式的有效控制。比如，在應(yīng)用脈沖波寬的PWM指令時，PWM指令會在執(zhí)行的過程中進行設(shè)定值的改變，能夠使脈沖發(fā)送周期隨著設(shè)定值的變化而變化，并對電機進行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，改變其運轉(zhuǎn)速度，而機器人在進行噴涂對象的跟蹤時，能夠?qū)崟r控制速度的變化非常適用于X軸的控制；在應(yīng)用減速脈沖輸出的PLSR指令時，用戶能夠通過該指令進行加減速時間的設(shè)定，可以用于運動軸中起噴速度以及末端噴涂速度的設(shè)定，而且Y軸在進行上下噴涂的設(shè)定，移動速度比較快，在機械慣性的作用下，會產(chǎn)生較大的噪聲與振動，通過PLSR指令的應(yīng)用，能夠有效減少Y軸高速起噴產(chǎn)生的噪聲與振動。PLC運動控制指令能夠在很大程度上簡化程序編寫的難度，能夠提高電機控制的靈活性。

2結(jié)論

綜上所述，基于PLC的五軸噴涂機器人控制系統(tǒng)能夠提高噴涂的效率和質(zhì)量，要求其具備較高的控制效果。通過對基于PLC的五軸噴涂機器人控制系統(tǒng)的分析可知，設(shè)計人員在進行控制系統(tǒng)的設(shè)計時，需要選取最適合的硬件設(shè)施，并保障系統(tǒng)電路的安全，還需要使用梯形圖模塊化進行軟件設(shè)計，提高控制系統(tǒng)的控制靈活性。

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