張冬梅

（廣西中鋁建設監(jiān)理咨詢有限公司，廣西 百色 531400）

0 引言

隨著科技水平的不斷提高，高科技在工業(yè)中的用途越來越多。由于工業(yè)自動化儀表操控的檢測水平不斷發(fā)展與完善，儀表產(chǎn)品的相關功用日益提升，實現(xiàn)了監(jiān)控生產(chǎn)設施，檢測、判斷自動化體系的實時操控。但如果要將自動化儀表設施應用在工業(yè)生產(chǎn)中，必須要對其進行嚴格檢測，保證其處于完備的狀態(tài)，能夠順利運作。該文將重點探討工業(yè)自動化儀表及自動化控制技術。

1 自動化儀表的控制技術

1.1 技術原理

借助自動化儀表操控技術對制造業(yè)的生產(chǎn)進行檢測與控制，不僅能夠提升相關產(chǎn)品的品質，而且能夠對制造業(yè)的生產(chǎn)過程進行全方位的監(jiān)控與管理，進而保證其生產(chǎn)中極少出現(xiàn)甚至不出現(xiàn)任何品質與安全問題，這一操控方式展現(xiàn)的是不斷實現(xiàn)制造業(yè)的智能化、現(xiàn)代化發(fā)展。對于制造業(yè)而言，智能化、自動化的不斷推進可以促使其生產(chǎn)與監(jiān)控能夠脫離人而正常進行[1]。當前，各類型的自動化儀表操控技術以及操控算法日益革新，制造業(yè)必須對其相關的設施進行改良，以適應其發(fā)展的需求。

1.2 操控系統(tǒng)

對于過程操控系統(tǒng)來說，其主要指的是對于工業(yè)的整個生產(chǎn)程序進行操控，以保證其生產(chǎn)能力與生產(chǎn)的質量，進而使其占據(jù)一定的市場份額。其中，操控系統(tǒng)主要是關于制造業(yè)的相關資源的管控體系，是可以為企業(yè)進行生產(chǎn)、籌劃以及管理等活動提供參照的，以操控系統(tǒng)作為依據(jù)，企業(yè)確定管理措施，進而可以幫助企業(yè)提高管理效能，操控系統(tǒng)借助財務管理的相關信息將企業(yè)整體管理效果展現(xiàn)出來。實現(xiàn)系統(tǒng)的全方位監(jiān)督與管控需使用自動化儀表操控技術。隨著企業(yè)產(chǎn)能的不斷提升，需不斷加深關于自動化儀表控制系統(tǒng)的認知與掌握，不斷提升工業(yè)化自動儀表設施的性能[2]。

1.3 動態(tài)操控

在現(xiàn)存的工業(yè)自動化生產(chǎn)中，絕大部分智能操控僅僅運用于動態(tài)的生產(chǎn)之中，而其他生產(chǎn)步驟仍多數(shù)是由人工操作。對于工業(yè)自動化儀表的智能操控而言，必須在同工業(yè)生產(chǎn)的相關規(guī)律、人工生產(chǎn)所獲取的經(jīng)驗等基礎上進行設計，真正確保該智能化技術的高效化、自動化。

2 工業(yè)控制中工業(yè)機器人的架構與自動化整體策劃

操控程序的安全性、穩(wěn)定性對于工業(yè)生產(chǎn)而言至關重要。當前多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)均存在多層次、多類型的安全隱患，安全性是工業(yè)自動化儀表操控手段中應該考慮的極為核心的內容之一，尤其是在自動化儀表的使用過程中，必須將安全性放置首位[3]。如前面所述，目前對于工業(yè)自動化儀表的運用不斷發(fā)展并拓展向更多的領域，且目前具有安全認證的自動化儀表數(shù)量日益增多，但是要確保其在使用過程中不出現(xiàn)任何安全問題，進一步強化檢查是十分關鍵且必要的，與此同時，進行相關的檢測時必須嚴格遵照國家規(guī)范，必須確保相關的資料均為真實、有效的。

2.1 工業(yè)機器人機構設計

隨著科學技術的不斷發(fā)展，各個領域廣泛應用先進的技術手段，我國很多領域在開展日常工作時需要大量的人力資源支撐?；谶@種情況，應根據(jù)實際狀況，對機器人的價值充分挖掘。不僅提升生產(chǎn)水平，與此同時還可以避免人為的操作失誤造成的損失。應用機器人時，可以結合4 個自由度設計電機控制。另外，還要按照實際情況，采取科學手段，設計機器人的機構。在實際操作中，要想合理設計機構，必須聯(lián)系實際情況，全面分析垂直運動等不同運動類型進行不同的驅動。經(jīng)分析機器人實際運作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)機器人在操作時，主要利用豎直軸系建立上部機構。同時，與其有關的軸承和其他支撐件構建優(yōu)良的連接關系。連接后，在應用中充分體現(xiàn)驅動電機的價值。另外，還要注意的是，有效支撐機器人操作，不僅滿足個性化需求，還在應用中發(fā)揮機器人的價值。機器人在應用時，由滾珠絲桿帶動連桿機構，使機器人大小臂進行運動。小臂很好地銜接大臂，應用大臂時，牽涉到2 個平行桿組合。2 個桿彼此運動時，注意聯(lián)系實際情況，2 桿一段要有效銜接小臂。在銜接中，為了提高準確性，另一端有效連接2 個滑塊。為確保機器人的實際應用效果，從垂直和水平方向使機器人運動。末端在實際操作中，應根據(jù)實際情況，通過執(zhí)行器進行操作，執(zhí)行器相當于氣動機構的抓手。操作每一個軸都要聯(lián)系實際情況，同時安裝限位開關。使用機器人時，要想得到最好的應用效率，必須嚴格控制機器人操作[4]。

2.2 工業(yè)機器人運動學分析

該文主要結合碼垛操作設計機器人系統(tǒng)，碼垛機器人有4 個獨立的自由度，分析時可拆分機器人的運動形成與四連桿結構平行的運動，抓手圍繞機械臂轉動。圖1 是碼垛機器人平行四連桿機構結構。

圖1 碼垛機器人平面四連桿結構

機器人水平運動驅動電機驅動滑塊E 正方向移動x、垂直運動驅動電機驅動滑塊F 正方向移動y 時其腕部的移動規(guī)律。由圖1 可知：D0F=DF-y 和D0E=DE+x，可以推出如下所示表達式：

式中：λ 是比例系數(shù)，yA是垂直方向移動位置，水平移動位置計算方法與垂直移動相同。

經(jīng)公式推導，得到機器人的運動學結論：固定F 點，水平移動E 點，A 點水平移動距離相當于λ 倍的E 點，A 點水平移動速度相當于λ 倍的E 點；固定E 點時，F(xiàn) 點垂直移動，A 點垂直移動距離相當于λ-1 倍的F 點，A 點垂直移動速度相當于λ-1 倍的F 點。其中λ=AC/BC=CF/DF。

在該機器人中，考慮到實際工作區(qū)域大小及機器人工作能力與誤差等因素，可選用比例參數(shù)λ=6，需要說明的是：λ 取值不能過小，過小時一方面在碼放作業(yè)時容易產(chǎn)生干涉，另一方面也會縮小機器人作業(yè)范圍；λ 取值也不能過大，過大時滑塊移動誤差會按比例放大而使機器人碼放精度大大降低。所以選用λ=6，再通過優(yōu)化碼垛機器人的尺寸參數(shù)，這樣既可以保證碼垛機器人的工作不受干涉又能保證其碼放精度。最后，可確定機器人尺寸參數(shù)如下：AC=1740mm，DF=230mm，CD=1150mm，BC=290mm，AB=1450mm，BE=1150mm，DE=290mm。

所以根據(jù)推導出來的公式可知：

通過對機器人水平滑塊、垂直滑塊和抓手移動的變化數(shù)據(jù)監(jiān)測，如表1 和表2 所示，計算位置變化量數(shù)據(jù)的關系。實驗結果符合理論推導，水平移動時，抓手位置變化量相當于6 倍的水平滑塊變量；垂直移動時，抓手位置變量相當于5 倍垂直滑塊變化量。

表1 水平方向數(shù)據(jù)一覽表

表2 垂直方向數(shù)據(jù)一覽表

通過上述分析，可以發(fā)現(xiàn)機器人的運動學規(guī)律具有較高的使用價值，還可以減少相應的控制工作量。

3 自動化系統(tǒng)總體設計

自動系統(tǒng)包括機械系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)，其中機械系統(tǒng)簡單，主要涉及輸送線，所以設計的電氣控制系統(tǒng)，具體有PLC、工業(yè)機器人、觸摸屏，傳感器，電磁閥和安全護欄等。

系統(tǒng)軟件設計包括PLC 程序設計，機器人程序設計與觸摸屏程序設計。PLC 程序在生產(chǎn)線中發(fā)揮了重要作用，指導流水線生產(chǎn)及與機器人進行信息交換。機械人操控程序時產(chǎn)生搬運軌跡，從而完成堆垛材料的工作。觸摸屏程序設計借助PLC 實現(xiàn)人機交換功能。

設備通過調試后正式投入應用，保證了生產(chǎn)線的穩(wěn)定運行，不會發(fā)生生產(chǎn)事故，并保證24 h 連續(xù)工作，順利完成生產(chǎn)任務，垛型符合規(guī)定標準，每天工作量相當于2 倍的人工量。員工通過技術培訓可以保證操作的安全性，還可以減少人工成本。該文設計的機器人自動化系統(tǒng)具有極高的自動化性能，有效適應惡劣的工作環(huán)境，在減輕工作強度的同時節(jié)省了運營成本，明顯提升了生產(chǎn)水平，滿足國內相關企業(yè)的生產(chǎn)需求。但是，我國仍需要進一步提高自動化儀表的應用水平，不斷提升應用嵌入式技術和網(wǎng)絡技術的水平。

4 結語

在工業(yè)自動化系統(tǒng)中，處理系統(tǒng)功能時要應用嵌入式技術，并聯(lián)合使用芯片設計功能，利用嵌入式技術完成功能計算，利用網(wǎng)絡技術接收信息、傳輸信息，利用通信與網(wǎng)絡技術更合理地控制工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)。