PLC技术在工业机器人控制系统中的应用研究

    南博

    

    【摘? 要】大力发展工业机器人技术是推动我国智能制造业发展的核心要素，优化工业机器人控制系统是工业机器人技术发展的核心。PLC是工业机器人控制系统的关键元部件，其具有良好的控制性能与抗干扰性能。论文以PLC技术在工业机器人中应用的优势作为切入点，分析PLC技术在工业机器人中的具体应用，从而推动工业机器人技术的发展。

    【关键词】工业机器人;PLC;控制系统;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

    随着我国机械强国战略的实施，工业机器人成为现代化工业生产中不可或缺的重要技术支撑。通过应用工业机器人不仅可以有效地提升工业生产效率、降低人工劳动量，而且还可以带动整个信息化产业的发展。实践证明，工业机器人的核心要素就是控制系统，而PLC技术具有可操作性强、编程简单的特点，因此，将PLC技术应用到工业机器人控制系统中是工业机器人发展的关键。现结合多年实践研究，剖析PLC技术在工业机器人控制系统中的具体应用。

    2 PLC技术在工业机器人控制系统中的应用

    工业机器人控制系统是机器人的重要组成部分，是实现对操作机控制的核心部件。其具有以下功能：记忆功能、与外围设备联系、人机接口、传感器接口位置伺服功能，等等。其工作流程如图1所示。

    PLC技术是一项使用方便、操作简单、抗干扰能力强的技术。PLC技术与工业机器人的关系为：PLC是整个工业机器人控制系统的中枢，工业机器人的运行与停止都是由PLC协调控制的。结合实践调查，PLC技术在工业机器人控制系统中的应用主要表现为：①用于开关量控制。PLC技术具有很强的适用性，尤其是其可以采取多种表达方式完善编程语言，达到短时间内完成开发的目的。因此，PLC控制开关量的能力非常强，其控制的入出点可以达到上万点，这样能够满足各种场景的工况操作要求。②用于模拟量控制。由于工业机器人在运行过程中受到电流、电压等变化的影响，进而影响到工业机器人的运行效果。因此，为了保证机器人的安全高效运行需要对这些物理量进行控制。PLC配置有模拟量与数字量相互转换的A/D、D/A单元。③用于运动控制。PLC可以实现对离散型过程的控制和连续化过程的控制。

    3 PLC技术在工业机器人控制系统中应用的策略

    PLC技术在工业机器人控制系统中的运用主要是通过编码控制器、微处理器实现对整个控制系统的监控，结合工作环境构建软件系统和运动驱动系统，构建信息传输系统实现对工业机器人的控制。PLC技术在工业机器人控制系统中应用的设计方案包括以下方面。

    3.1 硬件设计

    硬件设计是PLC技术应用于工业机器人控制系统的关键环节。以工业物料自动分拣机器人为例，首先需要结合工况运行要求选择与控制系统相匹配的PLC，在PLC型号选择上要侧重控制功能强、控制数点多的型号。设计中主要是将I/O点数作为设计的要点，并采取开关量控制的方式进行控制。由于在系统运行的过程中，主要是通过光纤传感器实现对物品的分拣，因此，在本工业機器人控制系统中，为满足提升分拣精度的需要，采用了灵活度适宜的光纤传感器，因为灵活度不足，影响机器人对其物料的分拣，而灵活度过高，其测量范围又会发生较大的波动。

    为了达到精准控制工业机器人的目的，PLC技术需要借助编码控制器发挥效果，需要在工业机器人控制系统中设置智能模块和网络信息处理模块。

    3.2 软件设计

    基于PLC技术在工业机器人控制系统中的应用，需要优化软件设计，以此确保整个控制系统发挥精准化的控制效果。由于工业生产线与工业机器人的控制器是相互独立的，因此，需要实现二者的相互通讯，也就是通讯效果会影响到工业机器人控制系统的指令完成情况。机器人和PLC之间使用的通讯方式为问答式串口通讯，结束符号、BBC检验码和起始符号保证了焊接机器人和PLC之间能够正确通讯。具体控制系统的程序流程为：利用STEP7 MicroWIN V4.0编程软件编写了梯形图控制程序，并且输入数据传输指令。当控制系统启动系统后，机器人控制器和PLC实现关联，并且对系统传感器进行扫描，将扫描的结果与储存器的模块参数进行比较，如果扫描的结果与储存器中的参数相同，工业机器人控制系统就会发出正常运行指令，PLC与工业机器人直接通讯，工业机器人就会启动操作模式。具体而言，工业机器人的控制主要是通过对控制器的电流大小及时间开展操作。例如，工业机器人的动作主要是依赖于输入控制器的电流大小达到预定的设计要求，开展相应的设计操作。工业机器人完成系统操作指令后，控制系统就会通过PLC通讯模块将完成指令的信息传递给控制系统，而控制系统则会根据工业机器人的操作信息对其发出下一步的操作信息指令，工业机器人接收相关信息之后就会进入下一操作工序中，以此循环操作。

    4 PLC技术在工业机器人控制系统中应用的优势及存在的缺陷

    PLC技术又称为可编程逻辑控制器，主要是基于工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。PLC技术与传统工业生产控制相比，具有以下优势：一是使用方便，操作简单。PLC技术采取梯形图、逻辑图形成完善的编程语言，其可以在短时间内完成开发。二是抗干扰能力强。在工业机器人控制系统中存在诸多电子元器件，这些电子元器件会产生一定的电磁干扰，而PLC具有较强的抗干扰能力，其可以有效提高系统的稳定性。三是适应性强。PLC技术的控制功能主要是利用存储器的存储功能完成的，如果需要修改机器人控制系统的控制指令，只需要修改系统的参数即可，有效地提升了PLC技术的可靠性。

    虽然PLC技术在工业机器人控制系统中的应用发挥巨大作用，采用基于PLC的运动控制器能够实现对机器人的运动控制，但是其无法满足高性能工业机器人的各项要求指标，尤其是在处理机器人多轴运动协调控制、网络通讯方面还存在一定的差距。经研究，PLC技术所存在的缺陷主要表现为：①温度影响。PLC对工作环境有一定的要求，如果运作环境温度比较高或者散热性不高就会影响PLC系统的稳定运行，从而影响到机器人控制系统的灵敏性。②湿度影响。PLC对于工作环境的湿度比较敏感，例如，湿度过高就会导致PLC元件的绝缘性受到影响，从而导致PLC的部分元件出现损伤、故障。③震动影响。对于PLC而言，震动是影响其稳定运行的重要因素，尤其是长期处于频率为10～55Hz的震动状态会导致PLC系统出现故障。

    基于PLC技术在工业机器人控制系统中应用所存在的不足之处，需要我们正视问题，加强技术创新，解决PLC技术在工业机器人控制系统中应用所存在的问题。一是大力推动PLC通信与物联网技术的融合。工业物联网是未来发展的趋势，尤其是区块链技术的发展，对PLC控制器的通信接口提出了更高的要求，要求PLC在满足控制和数据处理的基础上，在工艺上也要实现精细化管理。尤其是智能技术的发展，要求PLC技术发挥在数据采集、数据交互方面的优势。同时，基于“5G+工业互联网”战略的实施，工业机器人控制系统必须具备较强的网络环境适应能力，在网络接口上要具有统一的标准体系，能够适应不同PLC控制系统的应用规格，以此助力工业机器人技术的发展。二是提高PLC技术的安全性。PLC通讯方式的网络化，导致暴露出PLC技术的网络安全问题，因此，基于智能化的发展，要求在PLC技术的网络安全方面进行研究，构建与5G技术相适应的网络防护墙系统。三是加强PLC方面人才的培养。促进PLC技术在工业机器人控制系统中应用的关键就是要结合我国PLC技术发展现状，加大该方面人才的培养力度。高职院校必须主动承担人才培养的使命，结合国际行业的最新发展动态，将最新研究成果融入人才培养体系，提高PLC技术人才的储备量。

    5 结语

    总之，基于工业智能化的发展，PLC技术在工业机器人控制系统中的应用具有重要的作用，其具有较强的编程能力，可以适应不同工况的机器人控制环境要求。但是我国的PLC技术还存在一些发展瓶颈问题，因此，需要我们加强技术创新，解决PLC技术问题，促进我国工业机器人技术高质量发展。

    【参考文献】

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    【2】李满.PLC技術在工业机器人控制系统中的应用研究[J].产业与科技论坛，2020（18）：38-39.

    【3】季文超.PLC技术在工业机器人控制系统中的应用分析[J].大众标准化，2020（18）：190-191.

    【4】丁姝慧.基于PLC的汽车焊接机器人控制研究[J].现代信息科技，2019（6）：28-29.