PLC控制的工业机器人组装系统研究

2018-08-23王秀季

中国设备工程 2018年16期

王秀季

（广东省华侨职业技术学校，广东广州 510520）

1 PLC控制理论

PLC技术能有效运用在工业环境，加强对数字运算的管理能力。本文就是以工业机器人的系统发展的角度，探究通过PLC技术的应用，保障工业机器人能够有效准确的执行控制命令，确保工业生产。在工业机器人系统中添加PLC技术，能够提升机器人使用的实用性与安全性，在维修环节中，也能够降低维修难度，减小能耗。PLC技术应用优势主要体现在控制开关、运动与过程、模拟量、数据处理、网络等方面。

2 工业机器人系统

工业机器人的基本结构分为本体、控制器、软件等三个方面。如图1所示。执行系统就是指工业机器人依托内在的指令，人为的完成作业；驱动系统就是指通过各执行部件提供的动力，完成各种指令运动；控制系统就是对机器人进行控制，要求按照指令工作。工业机器人主要由可编程控制器、电子控制回路、电气、电气器件、辅助信息等几方面组成。

图1

3 PLC控制下工业机器人组装系统

3.1 系统总体设计

工业机器人主要由执行系统、驱动系统、控制系统、感知系统、决策系统、软件系统等几个系统部分组成，只有各个环节的系统能够有效应用，才能保障工业机器人工作的实施，完成工业机器人的各种运动。控制系统是工业机器人正常运作的关键系统，负责对机器人控制、指挥的工作。在设计中通过结合机器人的工作要求进行整体设计，就控制系统来说，主要满足以下几个方面：能够自由的进行协调和控制，以此实现高效作业；对控制的参数进行精准的展示，实现对路径的控制；具有良好的动态响应能力和实时能力；保障其可靠性、安全性、稳定性；人机界面的设计良好，操作简单易上手；保障硬件结构之间的紧凑性。

3.2 系统结构设计

（1）驱动系统，一般来说工业机器人的驱动方式主要分为气压驱动、液压驱动、电气驱动三种，如表1。

电气驱动系统，主要就是通过电动机产生的力矩和力，间接或者直接的驱动机器人本体，以实现机器人各种运动的执行。因此工业机器人的关节驱动电动机必须要满足最大功率质量、实现高起工转矩、保障速度的均匀平稳，更有迅速的反应能力，具有一定的可靠性和稳定性，并具有短暂的过载能力。通过上述要求的分析，进一步满足其精密度，在设计中，本文采用半闭环伺服控制系统，并且机器人各个关节的电机选用如表2所示。在这一系列的电机中，采用了最新的鉫铁硼材料，充分利用该材料磁性较大的优势，搭配合理的磁极、磁路、电机机构的设计，能够优化电机的性能。使用220V的电压，能够保障高加速度的稳定性，电机安装光学编码器，使用带差动线驱动数据和换向信号，24VDC抱闸器，加强环境等级防护。

表1 工业机器人的驱动方式

表2

（2）控制系统主要满足工业机器人在运动中对作业的要求，一般来说工业机器人就是在操作器中执行指令，并按照轨迹运动，保持预定姿势。本文通过对机器人多方面的分析，将控制系统的主要控制方式分为以下几点：①PTP控制，对运动轨迹不做规定，只是保障目标点的准确性，虽然能够便于实现，但是对精准度的体现能力不高。②CP控制，在对轨迹和速度有着一定的严格要求，并且在实行的过程中，要求各个关节同时工作。这种控制方法相对来说较为复杂，精准度较高。因此，工业机器人控制方式的应用，要根据机器人自身工作性质进行决定。控制系统主要分为非伺服控制系统和伺服控制系统。如图2、图3所示。

图2 非伺服控制系统（开环）

图3 伺服控制系统（开关反馈）

通过上文的分析，本文选择闭环伺服控制系统进行设计应用。伺服系统也叫做随动系统，是自动控制的一种。在实际的应用中，以机械量为控制量，在控制质量的驱动下，机械的各个部分按照指令进行运动。工业机器人在实际的应用中，最常见的两种方式就是开环和闭环，闭环以直流和交流伺服电机驱动为主，闭环系统能够检测到系统的误差，并将误差控制在0.001～0.003上下浮动区间，整个闭环环节中的误差都能够被补偿，但是这样也容易造成系统振荡，导致系统变得不稳定。所以半闭环的伺服系统的应用被人们广泛使用，并且具有较高的性能，在实际的系统要求中表现突出。

（3）控制器选择。基于PLC技术的应用，能够具有通用性，具有使用能力较强、使用范围广、可靠性较高、抗干扰能力较强等特点。并且随着PLC技术的逐渐发展，功能的指令性也逐渐加强。机器人的控制器的选择是机器人功能实现的关键。因此，加强对控制器的选择是保障机器人性能优劣的重要一环。并且PLC接线方式简单，只需要输入运动控制指令，就能够实现机器人的运动控制，在协调多轴的控制环节中，强大的网络技术，能够使机器人的控制更加精密。PLC对硬件的需求较小，可以脱离复杂的电路板进行工作。

图4 工业机器人的控制系统构成

3.3 系统应用

通过上文中的设计，已经基本能够有效解决在系统总体设计中提出的要求。在PLC编码器的设计过程中，采用分层的方式进行设计、控制，将控制器上的每一个控制节点都落实到相应的反馈控制点上。近些年来，随着PLC技术的逐渐发展，PLC与网络的完美结合，更是加强了其对工业机器人系统的控制能力，也逐渐成为了未来机器人系统发展的新趋势。