PLC控制在工业机器人组装系统中的应用

2021-09-29德州职业技术学院

电子世界 2021年14期

德州职业技术学院王宝

随着我国工业生产力的不断进步，以及工程生产规模的不断扩大，传统工业生产中以人力为生产核心的模式已经不能满足实际需求，工业机器人在现代化工业生产中具有重要的作用，能够代替人力完成多项复杂、危险的工业生产工作，从而能够提高工业生产效率，其中PLC控制技术有着关键性的作用，需要加强PLC控制技术在工业机器人中的应用。本文对PLC控制在工业机器人组装系统中的应用进行了深入地研究与分析，并提出一些合理的意见和措施，旨在进一步促进我国工业生产力提升。

工业机器人的广泛应用，解决了许多传统工业生产模式中的难题，能够取代生产人员完成多项复杂的生产工作。因此，近些年来关于工业机器人的研究取得了很大的进展，许多关键性的技术取得了重要的突破，我国工业机器人生产制造技术取得了很大的进步。本文以PLC控制技术作为主要切入点，并对工业机器人的系统进行了深入分析，提出了系统总体架构设计、系统结构设计以及系统应用三个主要方面，对当前的工业机器人组装系统进行了创新升级设计，希望能够对我国工业机器人组装技术进步有所帮助。

1 PLC控制基本概念分析

PLC（可编程逻辑控制器），是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统，以可编程的储存器为核心，能够编程的逻辑运算程序、顺序控制程序、定时程序、计数程序等操作指令储存，并通过数字式的输入输出控制各类机械设备运行。PLC控制技术在工业生产中的应用，能够提高对数据运算的管理能力。采用PLC控制技术，能够确保工业机器人组装系统执行准确的控制命令，运行编辑完成的基础命令，从而能够提高工业机器人组装工作效率和安全性，在工业机器人维修环节应用也能够降低维修难度，减少维修成本。PLC控制技术在工业机器人组装系统中的应用，最为明显的优势体现在控制开关、运动过程、模拟处理以及通信网络等几个方面，PLC控制技术发挥着重要的作用，是构成工业机器人组装系统的基础。

2 工业机器人基本系统概述

工业机器人的基本结构可以分为主体、控制器和软件等几个方面。执行系统是工业机器人执行系统命令的基本系统，从而完成基本作业；驱动系统是通过执行部件所提供动力，完成各项工作的指令运动系统；控制系统是对工业机器人的基础控制，使其能够按照指令完成操作和工作。工业机器人的内部组成主要有PLC控制器、电子控制回路、电气元件以及辅助元件等几个方面构成。由此可见，工业机器人内部存在着较为复杂的结构，所以在组装方面具有一定的难度，需要采用科学的系统架构。

3 PLC控制在工业机器人组装系统中的具体应用分析

3.1 组装系统整体架构设计

根据当前我国工业生产中所使用的一般工业机器人系统组成情况来看，主要有执行层、驱动层、控制层、感知层、决策层、软件层等多个层级架构构成，需要确保所有层级系统都能够正常运行，才能够使工业机器人根据命令完成工业生产操作。控制层是工业机器人正常运行中的关键系统部分，主要是对工业机器人的操作进行控制和智慧，在工业机器人组装系统设计中需要完成整体性设计，对于控制层而言，需要完成以下几个方面的设计：（1）能够完成协调控制，实现高效生产。（2）能够展示出控制参数，从而实现对路径的控制。（3）需要具有良好的动态响应能力和实时操作能力，从而根据工业机器人实际作业环境进行调整，保障生产能够高效、安全完成。（4）系统界面具有简单明确，具有良好的可操作性。（5）系统结构之间需要具有良好的协调性，构成连接紧密的系统框架。

3.2 组装系统内部具体结构设计

在驱动层系统的设计方面，通常情况下工业机器人的驱动方式可以分为气压驱动、液压驱动和电气驱动三种不同的形式。液压驱动系统主要使用液压作为主要动力源，综合成本较高，且具有易爆炸的危险性；气压驱动系统虽然成本较低，但是控制精准度也较低，还伴有较大的噪音，只能在较为简单的工业机器人组装系统中应用；电气驱动系统依靠电力所产生的动力作为主要动力源，能够直接或间接地驱动工业机器人本体，从而实现多种操作指令。综合来看，电力驱动系统在工业机器人组装系统中的应用效果最好，所以本次采用电力驱动作为主要驱动层基础。工业机器人组装西戎的关键驱动电动机需要满足最大功率质量、实现高起工转矩、速度均匀平稳以及具有较快的反应能力，才能够满足工业机器人系统的稳定性需求。因此，在本文所设计的系统中采用了半闭环伺服控制系统，下表是工业机器人各个环节所使用的电机具体情况。

表1 工业机器人各关节电机的具体数值

所采用的电机中具有许多新型材料，能够发挥出磁性优势，搭配合理的磁路、磁极和电机结构设计，使电机的综合性能得到全面的优化。该电机使用220V电压，具有较高的速度和稳定性。

在控制系统设计方面，需要满足工业机器人运动中对作业命令的需求，通常而言工业机器人在操作中执行命令，从而完成轨迹运动。根据对工业机器人多个方面的需求，对多种不同的控制方式进行了分析，主要包括以下几个方面：（1）采用PTP控制模式，不对运动轨迹作出规定，而是保障作业目标点的准确性，虽然实现方式较为简单，但是工业机器人作业操作精准性不足。（2）采用CP控制模式，对于工业机器人运动轨迹和运动速度有着较高的要求，但是控制模式相对更加复杂，具有精准性较高的特点。因此，在本文所设计的工业机器人组装系统中，将控制模式分为伺服控制模式和非伺服控制模式，伺服控制模式的为：控制器→驱动单元→操作机→开关反馈，开关反馈和驱动单元连接；非伺服控制模式为：控制器→驱动单元→操作机。根据综合分析结构，本文选择了闭环伺服控制系统。伺服控制系统作为自动化控制系统中的一种，能够以机械量作为基础控制量，在控制量的驱动下，机械各个部分能够按照指令进行作业。在工业机器人组装系统实际运用的过程中，可以应用开环和闭环两种不同方式，闭环以直流和交流伺服电机作为主要驱动，闭环系统能够对系统误差进行检测，从而能够缩小误差量，提高工业机器人组装精准性，整体闭环过程中所产生的误差都能够得到较好的补偿，同样也具有一定的缺点，例如会导致系统出现震荡问题，从而影响系统稳定性，但是通过采用PLC控制技术，该问题基本能够得到解决，因为PLC控制技术较为精确，能够提高工业机器人组装系统的稳定性，所以可以在本次系统设计中采用，具有良好的应用效果。

在控制器方面，因为本次系统设计采用了PLC控制技术，具有良好的适用性、可靠性和稳定性，综合抗干扰能力也较为突出，且随着PLC控制技术的不断发展，PLC控制系统的指令性会不断加强。为此，在本次工业机器人组装系统设计中，控制器选择范围较广，但是需要考虑到影响控制器的主要因素，从而保障工业机器人组装质量。PLC控制技术的界限方式较为简单，输入控制命令后就能够使工业机器人根据命令完成操作，结合完善的网络技术，能够全面提高组织系统控制的精确性。除此之外，PLC控制技术对于硬件的要求较低，能够在较为简单的电路板中应用，所以不需要采用复杂的电路板。综合以上情况可以看出，控制器可选择性较强，一般的控制器则能够完成高质量的控制工作，将控制器接入到PLC控制系统中，根据变成命令即可使控制器自动化完成多项操作，且综合成本较低，控制流程较为简单，具有良好的稳定性、可靠性和安全性。