PLC技術在工業機器人控制系統中的應用研究

南博

【摘? 要】大力發展工業機器人技術是推動我國智能制造業發展的核心要素，優化工業機器人控制系統是工業機器人技術發展的核心。PLC是工業機器人控制系統的關鍵元部件，其具有良好的控制性能與抗干擾性能。論文以PLC技術在工業機器人中應用的優勢作為切入點，分析PLC技術在工業機器人中的具體應用，從而推動工業機器人技術的發展。

【關鍵詞】工業機器人;PLC;控制系統;智能化控制

【Abstract】Vigorously developing industrial robot technology is the core element to promote the development of China's intelligent manufacturing industry， and optimizing the control system of industrial robot is the core of the development of industrial robot technology. PLC is the key component of industrial robot control system， which has good control performance and anti-interference performance. The paper takes the advantages of applying PLC technology in industrial robot as an entry point to analyze the specific applications of PLC technology in industrial robot， so as to promote the development of industrial robot technology.

【Keywords】industrial robot; PLC; control system; intelligent control

1 引言

隨著我國機械強國戰略的實施，工業機器人成為現代化工業生產中不可或缺的重要技術支撐。通過應用工業機器人不僅可以有效地提升工業生產效率、降低人工勞動量，而且還可以帶動整個信息化產業的發展。實踐證明，工業機器人的核心要素就是控制系統，而PLC技術具有可操作性強、編程簡單的特點，因此，將PLC技術應用到工業機器人控制系統中是工業機器人發展的關鍵。現結合多年實踐研究，剖析PLC技術在工業機器人控制系統中的具體應用。

2 PLC技術在工業機器人控制系統中的應用

工業機器人控制系統是機器人的重要組成部分，是實現對操作機控制的核心部件。其具有以下功能：記憶功能、與外圍設備聯系、人機接口、傳感器接口位置伺服功能，等等。其工作流程如圖1所示。

PLC技術是一項使用方便、操作簡單、抗干擾能力強的技術。PLC技術與工業機器人的關系為：PLC是整個工業機器人控制系統的中樞，工業機器人的運行與停止都是由PLC協調控制的。結合實踐調查，PLC技術在工業機器人控制系統中的應用主要表現為：①用于開關量控制。PLC技術具有很強的適用性，尤其是其可以采取多種表達方式完善編程語言，達到短時間內完成開發的目的。因此，PLC控制開關量的能力非常強，其控制的入出點可以達到上萬點，這樣能夠滿足各種場景的工況操作要求。②用于模擬量控制。由于工業機器人在運行過程中受到電流、電壓等變化的影響，進而影響到工業機器人的運行效果。因此，為了保證機器人的安全高效運行需要對這些物理量進行控制。PLC配置有模擬量與數字量相互轉換的A/D、D/A單元。③用于運動控制。PLC可以實現對離散型過程的控制和連續化過程的控制。

3 PLC技術在工業機器人控制系統中應用的策略

PLC技術在工業機器人控制系統中的運用主要是通過編碼控制器、微處理器實現對整個控制系統的監控，結合工作環境構建軟件系統和運動驅動系統，構建信息傳輸系統實現對工業機器人的控制。PLC技術在工業機器人控制系統中應用的設計方案包括以下方面。

3.1 硬件設計

硬件設計是PLC技術應用于工業機器人控制系統的關鍵環節。以工業物料自動分揀機器人為例，首先需要結合工況運行要求選擇與控制系統相匹配的PLC，在PLC型號選擇上要側重控制功能強、控制數點多的型號。設計中主要是將I/O點數作為設計的要點，并采取開關量控制的方式進行控制。由于在系統運行的過程中，主要是通過光纖傳感器實現對物品的分揀，因此，在本工業機器人控制系統中，為滿足提升分揀精度的需要，采用了靈活度適宜的光纖傳感器，因為靈活度不足，影響機器人對其物料的分揀，而靈活度過高，其測量范圍又會發生較大的波動。

為了達到精準控制工業機器人的目的，PLC技術需要借助編碼控制器發揮效果，需要在工業機器人控制系統中設置智能模塊和網絡信息處理模塊。

3.2 軟件設計

基于PLC技術在工業機器人控制系統中的應用，需要優化軟件設計，以此確保整個控制系統發揮精準化的控制效果。由于工業生產線與工業機器人的控制器是相互獨立的，因此，需要實現二者的相互通訊，也就是通訊效果會影響到工業機器人控制系統的指令完成情況。機器人和PLC之間使用的通訊方式為問答式串口通訊，結束符號、BBC檢驗碼和起始符號保證了焊接機器人和PLC之間能夠正確通訊。具體控制系統的程序流程為：利用STEP7 MicroWIN V4.0編程軟件編寫了梯形圖控制程序，并且輸入數據傳輸指令。當控制系統啟動系統后，機器人控制器和PLC實現關聯，并且對系統傳感器進行掃描，將掃描的結果與儲存器的模塊參數進行比較，如果掃描的結果與儲存器中的參數相同，工業機器人控制系統就會發出正常運行指令，PLC與工業機器人直接通訊，工業機器人就會啟動操作模式。具體而言，工業機器人的控制主要是通過對控制器的電流大小及時間開展操作。例如，工業機器人的動作主要是依賴于輸入控制器的電流大小達到預定的設計要求，開展相應的設計操作。工業機器人完成系統操作指令后，控制系統就會通過PLC通訊模塊將完成指令的信息傳遞給控制系統，而控制系統則會根據工業機器人的操作信息對其發出下一步的操作信息指令，工業機器人接收相關信息之后就會進入下一操作工序中，以此循環操作。

4 PLC技術在工業機器人控制系統中應用的優勢及存在的缺陷

PLC技術又稱為可編程邏輯控制器，主要是基于工業環境下應用而設計的數字運算操作電子系統。PLC技術與傳統工業生產控制相比，具有以下優勢：一是使用方便，操作簡單。PLC技術采取梯形圖、邏輯圖形成完善的編程語言，其可以在短時間內完成開發。二是抗干擾能力強。在工業機器人控制系統中存在諸多電子元器件，這些電子元器件會產生一定的電磁干擾，而PLC具有較強的抗干擾能力，其可以有效提高系統的穩定性。三是適應性強。PLC技術的控制功能主要是利用存儲器的存儲功能完成的，如果需要修改機器人控制系統的控制指令，只需要修改系統的參數即可，有效地提升了PLC技術的可靠性。

雖然PLC技術在工業機器人控制系統中的應用發揮巨大作用，采用基于PLC的運動控制器能夠實現對機器人的運動控制，但是其無法滿足高性能工業機器人的各項要求指標，尤其是在處理機器人多軸運動協調控制、網絡通訊方面還存在一定的差距。經研究，PLC技術所存在的缺陷主要表現為：①溫度影響。PLC對工作環境有一定的要求，如果運作環境溫度比較高或者散熱性不高就會影響PLC系統的穩定運行，從而影響到機器人控制系統的靈敏性。②濕度影響。PLC對于工作環境的濕度比較敏感，例如，濕度過高就會導致PLC元件的絕緣性受到影響，從而導致PLC的部分元件出現損傷、故障。③震動影響。對于PLC而言，震動是影響其穩定運行的重要因素，尤其是長期處于頻率為10～55Hz的震動狀態會導致PLC系統出現故障。

基于PLC技術在工業機器人控制系統中應用所存在的不足之處，需要我們正視問題，加強技術創新，解決PLC技術在工業機器人控制系統中應用所存在的問題。一是大力推動PLC通信與物聯網技術的融合。工業物聯網是未來發展的趨勢，尤其是區塊鏈技術的發展，對PLC控制器的通信接口提出了更高的要求，要求PLC在滿足控制和數據處理的基礎上，在工藝上也要實現精細化管理。尤其是智能技術的發展，要求PLC技術發揮在數據采集、數據交互方面的優勢。同時，基于“5G+工業互聯網”戰略的實施，工業機器人控制系統必須具備較強的網絡環境適應能力，在網絡接口上要具有統一的標準體系，能夠適應不同PLC控制系統的應用規格，以此助力工業機器人技術的發展。二是提高PLC技術的安全性。PLC通訊方式的網絡化，導致暴露出PLC技術的網絡安全問題，因此，基于智能化的發展，要求在PLC技術的網絡安全方面進行研究，構建與5G技術相適應的網絡防護墻系統。三是加強PLC方面人才的培養。促進PLC技術在工業機器人控制系統中應用的關鍵就是要結合我國PLC技術發展現狀，加大該方面人才的培養力度。高職院校必須主動承擔人才培養的使命，結合國際行業的最新發展動態，將最新研究成果融入人才培養體系，提高PLC技術人才的儲備量。

5 結語

總之，基于工業智能化的發展，PLC技術在工業機器人控制系統中的應用具有重要的作用，其具有較強的編程能力，可以適應不同工況的機器人控制環境要求。但是我國的PLC技術還存在一些發展瓶頸問題，因此，需要我們加強技術創新，解決PLC技術問題，促進我國工業機器人技術高質量發展。

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