基于PLC機器人電氣控制系統的設計

安磊

摘要：PLC技術的穩定性和可靠性優勢非常明顯，在應用過程中也融入了許多先進和完善的思想，推動了PLC技術的創新和進步。PLC技術仍在向前發展，其性能更加完善，能夠充分發揮自身優勢，要求相關部門采取有效措施不斷優化系統設計，使工業機器人自動化控制得到長期的進步。

關鍵詞：PLC機器人;電氣控制系統;設計分析研究

1 PLC簡介

PLC是可編程控制器的英文縮寫，是一種可以通過用戶編程實現對電氣系統進行控制的自動化控制單元，它可以實現工業生產過程的自動化控制。近年來，PLC技術的標準化程度越來越高，使其對各種工業生產控制領域具有良好的適應性，得到了廣泛的應用。但一般來說，應用于各個領域的PLC控制器大致由相同的結構組成，即存儲器、CPU、輸入輸出接口電路、功能模塊和通信模塊。當PLC進入工作狀態時，其運行機構主要由三個環節組成。一是通過PLC實現控制現場各種信息數據的采集。其次，根據收集到的信息，通過執行用戶預先編寫的程序來生成控制指令。三是實現生成的控制指令的輸出。PLC的整個運行過程就是重復上述三個環節的過程，我們將連續完成這三個環節稱為PLC掃描周期。

2基于PLC的電氣控制技術特點分析

如操作方式，基于PLC的電氣控制可分為手動操作和自動操作兩類。其中，自動操作是基于PLC的電氣自動化技術，它具體指的是控制設備按照預設的周期進行連續、不間斷的控制。

2.1不同的應用場合，PLC的選擇也會有所不同

基于PLC電氣控制技術的核心是可編程控制芯片，因此實際應用情況不同，所選用的芯片類型和特點也會有所不同。但總的來說，無論是那種工業電氣控制系統，所選用的PLC芯片一般都應該具有體積小、質量輕、功耗低等特點，選擇人員往往會選擇那些運行速度快、存儲容量大的PLC產品。

2.2該程序易于編譯，適用性強

近年來，隨著PLC技術及其產品的標準化和通用化，PLC在各種工業電氣系統中得到了廣泛的應用。程序員可以方便地使用PLC編程環境進行編程操作，編程語言的模塊化水平和移植能力也在不斷提高，使程序員可以使用自己熟悉的編程語言和操作指令。同時，使用PLC產品已經不用額外增加線路來連接其他設備，也可以通過PLC程序指令來執行按需延時和靈活的時間，促進了PLC在工業生產中的應用，同時也使后期的維護工作變得更容易。

3機器人電氣控制系統設計及應用

3.1機器人硬件控制系統設計

對控制器可靠性和配件功能進行考量，比如將西門子S7-400當作主控制器，電源模塊使用S7-400中的標準模塊。通過太網模塊采用CP443標準模塊應用在生產線PLC主站和從站之間，并利用現場總線完成數據通信。將線首主控制柜作為例子來對機器人的電氣回路設計展開研究。此控制柜的主要作用是完成主線PLC和從站PLC以及安全PLC的通信。主控制柜電路設計包括：生產線動力配電、線首PLC配置、Pilz安全PLC從站配置等。第一，生產線動力配電中具備著380V總電源接線、24V直流電源接線、UPS配電以及控制箱配電等等。第二，關于照明以及插座系統配電是電源供應于線首主控制柜的照明系統，其左邊對控制柜照明系統進行電源的供應，其右邊對控制柜內插座進行電源的供應。第三，線首主控制柜中的PLC配置是對自動沖壓線主線進行控制，即為工控機接線、以太網交換機接線等等。安全PLC配置的作用是對PSS控制器和Universal從站加以合理的配置，PSS控制器和PLC從站利用ProfiBus總線實現彼此連接，其與Universal從站模塊利用SafetyBus總線實現連接。

3.2 PLC控制軟件設計

機器人控制軟件采取西門子配套編程軟件Step7進行開發，需達成以下功能：第一，達成現場電氣設備組態，對模塊地址以及設置相關參數進行合理分配。第二，完成通信模塊的硬件組態，對其協議特性進行明確。第三，運行維護、故障診斷、文檔整理、性能測試。首先，對電子設備數據庫中文件進行及時更新。對于現場總線，需要符合即插即用的標準，利用電子數據庫文件展開描述，對電子設備數據庫文件進行合理配置，有效應用組態軟件，把各種電氣設備納入相同系統中，與此同時，對于標準庫中不存在的設備，還要增加有關配置文件。其次，為讓各個從站設備利用總線以及生產線PLC主站實現通信，必須對自動沖壓系統不同工作站的地址進行合理分配。針對某電氣設備來講，為了使壓機部分能夠降低總線負荷，運用DP耦合器和主站完成通信，機器人是利用DSQC667模塊和PLC實現通信。

3.3機器人集中操控系統

機器人中的集中控制系統就是采用一套計算機來集中控制工業生產，該系統構造簡單，且應用成本不高，操作起來也比較容易，采用工業機器人對集中控制的各項功能進行操作，包含多種控制卡、標準的串口、PCI插槽，存在著明顯的開放性。通過集中控制系統能夠更好地收集數據并進行研究，使總體性能更加協調。值得關注的是，其也有不完善，例如其出現問題會造成大范圍的影響，并且缺乏靈活性。

3.4機器人分散控制系統

將核心控制系統劃分成模塊再進行分析，并對各個模塊分配控制任務，通過總系統完成分工，使子系統相互間能夠有效協調，進而達到控制目標。對于分散控制系統來講，子系統本身的控制器包含不同的機械設備以及控制對象，針對信息數據主要依托于網絡技術，因此其具備良好的拓展性。

結論

PLC電控系統設計的機器人裝置改變了以往繁瑣的布線過程，它簡化了布線，不僅節省了空間，還降低了裝置發生故障的可能性，設備運行更穩定，后期維護更方便，大大提高了勞動生產率，使每一個動作之間都能自由轉換，可滿足各種生產需要。

參考文獻

[1]韓桂榮.基于工業機器人和PLC的多垛型全自動碼垛搬運系統研究[D].武漢工程大學，2017.

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