探析工业机器人技术在电气控制中的应用

2021-01-12

探索科学(学术版) 2020年8期

朝阳工程技术学校辽宁朝阳 122000

前言

在电气控制领域，工业机器人技术可实现电气设备系统的智能化、简单化运行，系统优化也可同时实现。结合相关调研可以发现，现阶段电气系统中的工业机器人技术应用主要体现在电气设备、电气控制、故障诊断三个方面，同时电气自动化控制中工业机器人技术也具备较高应用价值。

1 工业机器人技术概述

所谓工业机器人，指的是面向工业领域的多自由度或多关节机械手的机器装置，可实现工作的自动执行，图1为典型的工业机器人。工业机器人技术能够通过模拟人脑发出行为指令，完成各种操作，在工作效率、灵活性、稳定性等方面均具备优秀表现，设备自动化处理水平也能够在该技术支持下提升。工业机器人技术具备智能化、柔性化、精密化等特点，且能够实现柔性生产、精细加工、精细制造，属于实现智能化、网络化、自动化、数字化生产的重要手段。对于本文研究的电气控制来说，工业机器人技术能够在其中负责采集和处理数据、运行系统监控、电气设备操作控制，电气控制的工作量和劳动强度可由此降低，电气设备的安全性提升也可同时实现[1]。

图1 典型的工业机器人

2 电气控制中工业机器人技术的应用路径

2.1 在电气设备中的应用对于电气控制中工业机器人技术的应用来说，其在电气设备中的应用可实现电气工程智能化、自动化操作。对于技术门槛较高的电气设备系统设计来说，工业机器人技术可基于传感技术、编程语言、PLC等基本元素实现电气控制伺候、组态、变频等环节的简化，ABB机器人RAPID编程语句与电气工程设计脚本中的While、If-Else等语句存在的共同之处便能够证明这一认知。在电气设备系统中，工业机器人的ROS系统可计算相关参数，电气设备的调节水平和控制能力可同时提升，电气设备的使用寿命延长、性能提升也能够顺利实现。此外，在日常操作过程中，工业机器人技术也能够发挥积极作用，如实现电网检测和维护等工作的简化、降低电气系统控制频率并延长控制周期[2]。

2.2 在电气控制中的应用对于电气控制的自动化发展来说，工业机器人技术同样能够发挥积极作用。在工业机器人技术的应用中，软件的应用开发极为关键，人类的体力和智力可由此更好延伸，电气控制的网络化、自动化、智能化、数字化可由此实现。对于能够有效采集和处理电气控制相关数据的工业机器人技术来说，其在电气设备保护、监视、测量、控制等功能的优化中能够发挥积极作用，同时可实现电网中电流、电压、功率、频率的科学调节，进一步降低人力资源消耗。同时，工业机器人技术在电气控制中的应用还能够实现远程维修，电气控制涉及的安全威胁可由此大幅降低。

2.3 在故障诊断中的应用多方面因素均可能对电气运行造成影响，这使得电气控制的故障现象存在多样化特征，不同于应用手、眼、鼻等器官感知故障的传统手段，工业机器人技术的应用可依托故障电气设备的电流、电压、阻抗、频率、振幅、温度、绝缘值、转速等参数实现故障诊断，电气设备故障点可由此自动确定，诊断流程简化也能够同时实现。在工业机器人技术支持下，电气设备运行故障的原因可在多种因素下快速而精准地锁定，故障危害的扩大和蔓延遏制也能够同时得到保障，相应经济损失自然可随之减少。此外，电气设备的自控流程也能够在工业机器人技术支持下简化，电气设备故障和状态的综合分析可由此更好开展，在高效运行的电气控制下，科学合理地电气控制故障处理方案也能够顺利获得。

3 电气控制中工业机器人技术的具体应用

3.1 案例概况为提升研究的实践价值，以仓储分拣生产线作为研究对象，该工业机器人应用系统由工业机器人单元、礼品盒生产线单元、AGV机器人小车单元、托盘生产线单元、码垛机立体仓库单元、视觉CCD系统单元组成。在案例的电气控制中，工业机器人技术需要满足六方面控制要求。第一，将装入工件的托盘从立体库取出，通过码垛机在AGV机器人中依次放入托盘，立体仓库端为AGV机器人的初始位置；第二，运行至托盘流水线位置的AGV机器人进行对接，输送托盘至盘流水线上，随后自动返回的AGV机器人循环输送托盘，直至装有工件12个的6个托盘完成输送；第三，托盘流水线的托盘阻挡由阻挡气缸负责，开展相机识别，运行至抓取工位的托盘由单吸盘抓取，机器人需要将托盘置于指定位置的流水线处，随后进行双吸盘更换，在托盘库中放置空托盘；第四，主控界面上可人工完成指定搬运的托盘选择，取托盘根据托盘位置选择情况由码垛机自动开展，在生产线上的托盘完成视觉检测后，托盘上的工件由工业机器人放入工件盒中，同时在托盘收集处放置空托盘，最终完成托盘收集；第五，G7、G9工位工件盒中的工件由工业机器人自动搬运至G8工位工件盒；第六，完成任务，此时需存在1Hz频率闪烁的1Hz频率闪烁。

3.2 具体方案在工业机器人技术的应用中，首先，设计码垛机立体仓库电气控制方案，考虑到立体仓库和码垛机器人属于码垛机立体仓库主要构成，且码垛机器人属性执行部件，因此采用的三相异步电动机负责驱动码垛机器人，该电动机控制由三台变频器负责，码垛机器人的货叉取货、垂直抬升、水平行走分别控制可顺利实现；其次，设计立体仓库基于28个仓位(布局)开展设计，设置微动开关于每个仓位下，以此实现托盘检测，是否存在货物可基于微动开关被压下的情况判断，同时需保证码垛机初始位置与其每个仓位间存在一定距离，且挡片对应每个仓位的X轴、Z轴设置。X轴挡片、Z轴挡片的编号分别为X1-X7、Z1-Z4，由此可确定仓位的坐标，为保证指令下的码垛机能够顺利到达目标仓格，需要分解目标仓格位置，以此得到需要到达的X轴和Z轴挡片号，通过计算控制识别每个挡片位置。为得到平稳运行的系统，需设法提升定位准确性，并做好各轴接近目标仓位时的减速运行控制，定位控制需要同时与其实现较好配合；再次，码垛机立体仓库电器柜设计。需围绕电气安装板、按钮指示灯模块、触摸屏进行，采用三个变频器控制码垛机三个运行机构，同时采用软件配置和硬件连接配合完成通讯控制的连接。PLC作为系统主控器，存在扩展单元共3个，以太网交换机负责触摸屏和PLC间、变频器和PLC间的连接，每个设备使用同一网段但需要进行不同IP地址设定。PLC系统由安全连锁系统、变频调速系统、PLC控制器组成。为保证目标货位能够由码垛机准确到达，定位系统的准确可靠设计也极为关键，为保证码垛机的稳定性和存取效率，还需要科学控制器三个运行机构，位置识别属于其中关键。为有效预防系统失效问题，工业机器人技术的应用还同时设计了安全极限连锁；最后，设计AGV机器人小车，采用磁导式循线方式开展具体设计，由两台直流伺服电机作为行走电机，附带有电磁抱闸装置，小车循迹运行采用差速控制方法，碰撞保护装置设置于小车的前后，断电停车会在碰撞后立即执行。采用由地标传感器、循迹传感器、步进电机、步进驱动器、PLC控制器组成的控制系统，系统中最重要和最基础的控制为循迹控制。输送物品托盘任务可配合系统运行实现，具体控制涉及气挡升降、传送带运行、减速停止、与码垛机单元通信、物品托盘上下料计数等在，在工业机器人技术支持下，仓储分拣生产线的电气控制优化可顺利实现。