南博

【摘? 要】大力發(fā)展工業(yè)機器人技術(shù)是推動我國智能制造業(yè)發(fā)展的核心要素，優(yōu)化工業(yè)機器人控制系統(tǒng)是工業(yè)機器人技術(shù)發(fā)展的核心。PLC是工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的關(guān)鍵元部件，其具有良好的控制性能與抗干擾性能。論文以PLC技術(shù)在工業(yè)機器人中應用的優(yōu)勢作為切入點，分析PLC技術(shù)在工業(yè)機器人中的具體應用，從而推動工業(yè)機器人技術(shù)的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】工業(yè)機器人;PLC;控制系統(tǒng);智能化控制

【Abstract】Vigorously developing industrial robot technology is the core element to promote the development of China's intelligent manufacturing industry， and optimizing the control system of industrial robot is the core of the development of industrial robot technology. PLC is the key component of industrial robot control system， which has good control performance and anti-interference performance. The paper takes the advantages of applying PLC technology in industrial robot as an entry point to analyze the specific applications of PLC technology in industrial robot， so as to promote the development of industrial robot technology.

【Keywords】industrial robot; PLC; control system; intelligent control

1 引言

隨著我國機械強國戰(zhàn)略的實施，工業(yè)機器人成為現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的重要技術(shù)支撐。通過應用工業(yè)機器人不僅可以有效地提升工業(yè)生產(chǎn)效率、降低人工勞動量，而且還可以帶動整個信息化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。實踐證明，工業(yè)機器人的核心要素就是控制系統(tǒng)，而PLC技術(shù)具有可操作性強、編程簡單的特點，因此，將PLC技術(shù)應用到工業(yè)機器人控制系統(tǒng)中是工業(yè)機器人發(fā)展的關(guān)鍵?，F(xiàn)結(jié)合多年實踐研究，剖析PLC技術(shù)在工業(yè)機器人控制系統(tǒng)中的具體應用。

2 PLC技術(shù)在工業(yè)機器人控制系統(tǒng)中的應用

工業(yè)機器人控制系統(tǒng)是機器人的重要組成部分，是實現(xiàn)對操作機控制的核心部件。其具有以下功能：記憶功能、與外圍設(shè)備聯(lián)系、人機接口、傳感器接口位置伺服功能，等等。其工作流程如圖1所示。

PLC技術(shù)是一項使用方便、操作簡單、抗干擾能力強的技術(shù)。PLC技術(shù)與工業(yè)機器人的關(guān)系為：PLC是整個工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的中樞，工業(yè)機器人的運行與停止都是由PLC協(xié)調(diào)控制的。結(jié)合實踐調(diào)查，PLC技術(shù)在工業(yè)機器人控制系統(tǒng)中的應用主要表現(xiàn)為：①用于開關(guān)量控制。PLC技術(shù)具有很強的適用性，尤其是其可以采取多種表達方式完善編程語言，達到短時間內(nèi)完成開發(fā)的目的。因此，PLC控制開關(guān)量的能力非常強，其控制的入出點可以達到上萬點，這樣能夠滿足各種場景的工況操作要求。②用于模擬量控制。由于工業(yè)機器人在運行過程中受到電流、電壓等變化的影響，進而影響到工業(yè)機器人的運行效果。因此，為了保證機器人的安全高效運行需要對這些物理量進行控制。PLC配置有模擬量與數(shù)字量相互轉(zhuǎn)換的A/D、D/A單元。③用于運動控制。PLC可以實現(xiàn)對離散型過程的控制和連續(xù)化過程的控制。

3 PLC技術(shù)在工業(yè)機器人控制系統(tǒng)中應用的策略

PLC技術(shù)在工業(yè)機器人控制系統(tǒng)中的運用主要是通過編碼控制器、微處理器實現(xiàn)對整個控制系統(tǒng)的監(jiān)控，結(jié)合工作環(huán)境構(gòu)建軟件系統(tǒng)和運動驅(qū)動系統(tǒng)，構(gòu)建信息傳輸系統(tǒng)實現(xiàn)對工業(yè)機器人的控制。PLC技術(shù)在工業(yè)機器人控制系統(tǒng)中應用的設(shè)計方案包括以下方面。

3.1 硬件設(shè)計

硬件設(shè)計是PLC技術(shù)應用于工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。以工業(yè)物料自動分揀機器人為例，首先需要結(jié)合工況運行要求選擇與控制系統(tǒng)相匹配的PLC，在PLC型號選擇上要側(cè)重控制功能強、控制數(shù)點多的型號。設(shè)計中主要是將I/O點數(shù)作為設(shè)計的要點，并采取開關(guān)量控制的方式進行控制。由于在系統(tǒng)運行的過程中，主要是通過光纖傳感器實現(xiàn)對物品的分揀，因此，在本工業(yè)機器人控制系統(tǒng)中，為滿足提升分揀精度的需要，采用了靈活度適宜的光纖傳感器，因為靈活度不足，影響機器人對其物料的分揀，而靈活度過高，其測量范圍又會發(fā)生較大的波動。

為了達到精準控制工業(yè)機器人的目的，PLC技術(shù)需要借助編碼控制器發(fā)揮效果，需要在工業(yè)機器人控制系統(tǒng)中設(shè)置智能模塊和網(wǎng)絡(luò)信息處理模塊。

3.2 軟件設(shè)計

基于PLC技術(shù)在工業(yè)機器人控制系統(tǒng)中的應用，需要優(yōu)化軟件設(shè)計，以此確保整個控制系統(tǒng)發(fā)揮精準化的控制效果。由于工業(yè)生產(chǎn)線與工業(yè)機器人的控制器是相互獨立的，因此，需要實現(xiàn)二者的相互通訊，也就是通訊效果會影響到工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的指令完成情況。機器人和PLC之間使用的通訊方式為問答式串口通訊，結(jié)束符號、BBC檢驗碼和起始符號保證了焊接機器人和PLC之間能夠正確通訊。具體控制系統(tǒng)的程序流程為：利用STEP7 MicroWIN V4.0編程軟件編寫了梯形圖控制程序，并且輸入數(shù)據(jù)傳輸指令。當控制系統(tǒng)啟動系統(tǒng)后，機器人控制器和PLC實現(xiàn)關(guān)聯(lián)，并且對系統(tǒng)傳感器進行掃描，將掃描的結(jié)果與儲存器的模塊參數(shù)進行比較，如果掃描的結(jié)果與儲存器中的參數(shù)相同，工業(yè)機器人控制系統(tǒng)就會發(fā)出正常運行指令，PLC與工業(yè)機器人直接通訊，工業(yè)機器人就會啟動操作模式。具體而言，工業(yè)機器人的控制主要是通過對控制器的電流大小及時間開展操作。例如，工業(yè)機器人的動作主要是依賴于輸入控制器的電流大小達到預定的設(shè)計要求，開展相應的設(shè)計操作。工業(yè)機器人完成系統(tǒng)操作指令后，控制系統(tǒng)就會通過PLC通訊模塊將完成指令的信息傳遞給控制系統(tǒng)，而控制系統(tǒng)則會根據(jù)工業(yè)機器人的操作信息對其發(fā)出下一步的操作信息指令，工業(yè)機器人接收相關(guān)信息之后就會進入下一操作工序中，以此循環(huán)操作。

4 PLC技術(shù)在工業(yè)機器人控制系統(tǒng)中應用的優(yōu)勢及存在的缺陷

PLC技術(shù)又稱為可編程邏輯控制器，主要是基于工業(yè)環(huán)境下應用而設(shè)計的數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)。PLC技術(shù)與傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)控制相比，具有以下優(yōu)勢：一是使用方便，操作簡單。PLC技術(shù)采取梯形圖、邏輯圖形成完善的編程語言，其可以在短時間內(nèi)完成開發(fā)。二是抗干擾能力強。在工業(yè)機器人控制系統(tǒng)中存在諸多電子元器件，這些電子元器件會產(chǎn)生一定的電磁干擾，而PLC具有較強的抗干擾能力，其可以有效提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。三是適應性強。PLC技術(shù)的控制功能主要是利用存儲器的存儲功能完成的，如果需要修改機器人控制系統(tǒng)的控制指令，只需要修改系統(tǒng)的參數(shù)即可，有效地提升了PLC技術(shù)的可靠性。

雖然PLC技術(shù)在工業(yè)機器人控制系統(tǒng)中的應用發(fā)揮巨大作用，采用基于PLC的運動控制器能夠?qū)崿F(xiàn)對機器人的運動控制，但是其無法滿足高性能工業(yè)機器人的各項要求指標，尤其是在處理機器人多軸運動協(xié)調(diào)控制、網(wǎng)絡(luò)通訊方面還存在一定的差距。經(jīng)研究，PLC技術(shù)所存在的缺陷主要表現(xiàn)為：①溫度影響。PLC對工作環(huán)境有一定的要求，如果運作環(huán)境溫度比較高或者散熱性不高就會影響PLC系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，從而影響到機器人控制系統(tǒng)的靈敏性。②濕度影響。PLC對于工作環(huán)境的濕度比較敏感，例如，濕度過高就會導致PLC元件的絕緣性受到影響，從而導致PLC的部分元件出現(xiàn)損傷、故障。③震動影響。對于PLC而言，震動是影響其穩(wěn)定運行的重要因素，尤其是長期處于頻率為10～55Hz的震動狀態(tài)會導致PLC系統(tǒng)出現(xiàn)故障。

基于PLC技術(shù)在工業(yè)機器人控制系統(tǒng)中應用所存在的不足之處，需要我們正視問題，加強技術(shù)創(chuàng)新，解決PLC技術(shù)在工業(yè)機器人控制系統(tǒng)中應用所存在的問題。一是大力推動PLC通信與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是未來發(fā)展的趨勢，尤其是區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展，對PLC控制器的通信接口提出了更高的要求，要求PLC在滿足控制和數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)上，在工藝上也要實現(xiàn)精細化管理。尤其是智能技術(shù)的發(fā)展，要求PLC技術(shù)發(fā)揮在數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)交互方面的優(yōu)勢。同時，基于“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”戰(zhàn)略的實施，工業(yè)機器人控制系統(tǒng)必須具備較強的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境適應能力，在網(wǎng)絡(luò)接口上要具有統(tǒng)一的標準體系，能夠適應不同PLC控制系統(tǒng)的應用規(guī)格，以此助力工業(yè)機器人技術(shù)的發(fā)展。二是提高PLC技術(shù)的安全性。PLC通訊方式的網(wǎng)絡(luò)化，導致暴露出PLC技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)安全問題，因此，基于智能化的發(fā)展，要求在PLC技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)安全方面進行研究，構(gòu)建與5G技術(shù)相適應的網(wǎng)絡(luò)防護墻系統(tǒng)。三是加強PLC方面人才的培養(yǎng)。促進PLC技術(shù)在工業(yè)機器人控制系統(tǒng)中應用的關(guān)鍵就是要結(jié)合我國PLC技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，加大該方面人才的培養(yǎng)力度。高職院校必須主動承擔人才培養(yǎng)的使命，結(jié)合國際行業(yè)的最新發(fā)展動態(tài)，將最新研究成果融入人才培養(yǎng)體系，提高PLC技術(shù)人才的儲備量。

5 結(jié)語

總之，基于工業(yè)智能化的發(fā)展，PLC技術(shù)在工業(yè)機器人控制系統(tǒng)中的應用具有重要的作用，其具有較強的編程能力，可以適應不同工況的機器人控制環(huán)境要求。但是我國的PLC技術(shù)還存在一些發(fā)展瓶頸問題，因此，需要我們加強技術(shù)創(chuàng)新，解決PLC技術(shù)問題，促進我國工業(yè)機器人技術(shù)高質(zhì)量發(fā)展。

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