PLC控制在工業機器人組裝系統中的應用

孫祥云 李 丹

（1．邢臺職業技術學院，河北 邢臺 054035；2．冀中工程技師學院，河北 邢臺 054000）

0 引言

隨著我國工業領域的持續發展，其中的工藝技術和形式也有了很大改變，工業機器人能夠模仿真人進行操作，自動完成工業生產工作，在提高生產效率的同時，還能實現我國的智能化制造戰略，將PLC 控制技術應用其中，可以使多個工業機器人通過PLC 網絡連接在一起，并對其進行綜合控制，實現多個工業機器人的共同協作和信息互通，進而形成自動化的生產流程[1]。隨著PLC 控制技術的不斷發展，需要加強PLC 控制在工業機器人組裝系統中的應用研究，提高工業機器人的智能化和自動化程度，有效推動我國工業的發展。

1 PLC技術的概念及優點

1.1 PLC技術的概念

PLC 即可編程邏輯控制器，是一種具備微處理器，能夠實現自動化控制的數字運算控制器，也是一種專門用于工業控制的計算機。PLC 由處理器、控制指令、數據內存、接口、電源等功能單元組成，可以執行邏輯運算、控制、定時以及算術操作等指令，通過接口輸出到各種控制模塊中進行機械生產[2]。PLC 控制系統相比傳統的工業控制系統，具有更強的靈活性、邏輯性，有較快的數據處理速度。

在工業機器人組裝系統中應用PLC 控制技術可以實現自動化生產，通過PLC 將信號傳遞給機器人，機器人根據指令完成各種操作，其不僅能在工業機器人中得到應用，而且在視頻識別、伺服電機等系統中也能得到綜合應用，其可以優化工業生產流程及生產線中自動化的柔性設置。隨著科學技術的不斷發展，將PLC 控制技術應用到工業機器人中，可以提高機器人系統的智能化程度，并且隨著通信技術以及互聯網技術的發展，其在工業生產中能夠將多個機器人通過網絡連接在一起，實現大規?？刂啤?/p>

1.2 PLC技術的優點

1.2.1 適應性強

PLC 技術的控制功能主要是實現存儲器的存儲功能控制，假如要更換控制功能，只需要改變系統參數或者接線方式，就可以改變控制系統。另外，PLC 技術的種類繁多，可以滿足各種控制需求，具有較強的適應性。

1.2.2 安全性高

一般PLC 設備在生產的過程中，生產商為了保證其實用價值，在其中采取了一些軟、硬件上的抗干擾措施，這樣在使用PLC 技術時，就會有很強的抗干擾能力，能夠保證工業生產的安全性。

1.2.3 編程簡單

PLC 系統的編程較為簡單，而且操作起來也非常便捷，在使用過程中，利用微型計算機就能對顯影系統進行控制，同時，還能對計算機的軟件系統和硬件系統進行控制，通過邏輯控制、算術運算以及數據計算等方式，實現工業生產的數據化控制[3]。

1.2.4 性價比高

一臺PLC 設備中有無數個編程元件，可供用戶隨意使用，滿足用戶的不同需求，因此，其具有較強、較全的功能，同時還能實現難度較高、較復雜的控制，和具有一樣功能的繼電器相比較，PLC 設備具有更高的性價比。

1.2.5 維護簡單

PLC 設備在使用過程中不容易出現故障，同時還具有較為完善的自我診斷和預警功能。當設備出現故障時，其中的編程器會提供相應的信息，查詢故障所在位置，并通過發光二極管進行預警，只需要更換其中的模塊就可以解決故障問題，維護簡單、方便。

2 PLC控制在工業機器人組裝系統中的應用

PLC 控制在工業機器人組裝系統中的應用主要可以分為硬件和軟件2 個方面進行說明。

2.1 硬件結構中的應用

2.1.1 硬件系統結構

一般工業機器人系統由機械、控制、驅動以及感知4個部分組成。機器人系統主要由四軸機器人、PLC、視覺系統、氣缸等部分組成，同時還包括氣動和電磁回路。應用PLC 控制技術的機器人主要是四軸機器人，其能夠自由活動，動作準確、快速，可靠性高。在該系統中，PLC 是主要的計算控制中心，其內部裝有以太網模塊和I/O 模塊等，可以實現對工業機器人各種運動狀態的收集。

2.1.2 組裝系統原理

對于工業機器人組裝系統來說，其主要功能是完成貨物的裝配，因此，需要機器人能夠進行一些搬運、抓放、檢測等作業，該過程較為復雜，工業機器人進行流水線式的組裝時，需要有較高性能的控制系統，而PLC 具有較強的抗干擾性能，且具有較強的穩定性，可以對一些接收的信息進行處理，這主要是由于PLC 能夠對氣缸進行控制，控制氣缸的驅動作用，再利用PLC 將信號輸出傳遞給電磁閥，電磁閥再進行吸合和釋放等運動，實現夾具的緊、松功能[4]。在工業生產的裝配和檢測環節中，PLC、機器人以及視覺系統3 個部分能夠實現信息傳遞，利用PLC 輸出信號或者接收信號，以此來控制機器人的動作，并對生產環節進行檢測。

2.2 軟件系統設計

2.2.1 PLC軟件設計

在工業機器人中，PLC 是其組裝系統中的核心，在組裝的過程中，首先，需要選擇適合機器人的PLC 設備以及I/O 點數。例如，選擇使用48 個I/O 點數的小型PLC設備，結合實際需求，對I/O 端口以及硬件接口進行設置。其次，使用以太網對工業機器人、PLC 設備、視覺系統以及觸摸屏等進行聯網，實現信息通信和交換。最后，編寫PLC 程序，要求編寫梯形圖程序，在此過程中，要注意機器人和PLC 之間的信息交換，在編寫的過程中，要設計合理的通信地址，同時要有風險預防措施，避免使用的過程中發生意外，可以在系統中設計互鎖等保護程序[5]。

2.2.2 工業機器人中的PLC控制軟件設計

工業機器人的程序編寫一般是按照機器人的工作內容和流程進行設計的。在應用PLC 控制技術之后，機器人能夠實現手動控制和自動控制，因此，在對整個工業機器人組裝系統進行設計時，要對機器人的工作過程有全面的了解，分析其中可能發生的問題，否則在實際運作過程中會產生嚴重的后果?？梢詮? 個方面對PLC 控制軟件進行設計。1）工業機器人組裝系統要有初始化設置，這樣當機器人出現問題時可以進行初始化，下一次使用就不會受到影響。2）工業機器人組裝系統要實現手動控制，設置手動操作按鈕和開關等，能夠對機器人的運動速度、力矩大小等進行控制。3）工業機器人組裝系統要實現自動控制，根據整個工作內容，對每一個機器人進行工作定點，讓機器人按照程序進行工作，保證工作的流暢性和協調性。以某工業的工業機器人組裝系統為例進行分析，在其組裝的工業機器人中，每一個機器人共有40 個控制點，所以要選擇有48 個I/O 點數的PLC設備，多余的點作為備用的接口。設置實際需要的I/O 端口和硬件接線，用來連接各個控制點。另一方面，在設計工業機器人系統的線路時，還需要解決組裝系統當中的工業機器人的PLC 以及相關的觸摸屏和視覺系統的組網問題，通過以太網對機器人進行控制，實現工作信息的交換。在編寫組裝系統的工業機器人的PLC 控制程序時，需要注意的問題是PLC 與組裝系統中的工業機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置不當而出現的問題，例如PLC 無法控制組裝系統中的工業機器人，只有這樣才能保證工業機器人的工作效率。

2.2.3 運動控制編程設計

設計工業機器人的運動控制編程時，可以采用設置未知數的方式。首先，對升降臂的程序進行設計，一般由電機的傳動功能實現，通過減速器帶動絲桿，實現機械臂的升降功能，減速器采用1 ∶80 的傳動比例，絲桿螺距為4 mm，電機通過定位控制，當轉速設置為n1時，在mam 指令下，升降臂的參數值為n1=P2×80/4=20P2（rps），P2為升降臂的參數。其次，可以利用轉速來控制工業機器人大臂和小臂的升降，也就是v1∶v2∶v3=n1∶n2∶n3（速度比=轉速比），以此來實現設備的統一控制。同時，機器人各個軸中能夠進行協調控制，各關節也不例外，都有相應的伺服系統最后，對工業機器人進行編程設計時，離不開PLC 控制技術的應用，通過高級語言的編寫，能夠將機器人控制程序轉變為PLC 數學控制程序，工業機器人的運動軌跡是通過運動指令進行控制的，在運用PLC 技術的過程中，要把控好相應的運動狀態。應用PLC 技術時需要編寫具體的控制代碼，再利用高級編程語言轉換成PLC 數控程序，以此實現對工業機器人的有效控制，這一過程非常復雜，需要保存控制指令和相關參數內容，同時利用PLC 控制器對相應的數據進行整理計算，借助有關下達命令的參數獲取機器人的控制運動指令，機器人再通過這些數據指令進行相應的動作，完成相應的控制目標，進而滿足工業生產的要求，提升自動化生產的效率[6]。

3 結語

綜上所述，PLC 控制技術的優點較多，將其應用在工業機器人組裝系統中，能夠對機器人進行更好的控制，通過網絡將多個機器人連接在一起，可以實現互相協作和信息交換等功能，保證機器人工作的安全性、穩定性，同時，還能推動工業機器人的改革和發展，從而進一步提高工業生產的效率，為我國工業領域的發展做出巨大貢獻。