PLC 技術(shù)在工業(yè)機器人控制系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

王安定

（南京化工技師學(xué)院，江蘇 南京210000）

基于PLC技術(shù)的自動控制技術(shù)分揀裝置，在我們實踐中的應(yīng)用較為廣泛，比如PLC 自動化分揀技術(shù)、機械化手技術(shù)、傳感性能的分揀技術(shù)、位置自動化控制分揀的技術(shù)等主要諸多內(nèi)容。這些是實際的應(yīng)用在工業(yè)現(xiàn)場化的材料生產(chǎn)是分揀的設(shè)備自動化的微縮性模型的應(yīng)用。本研究之所以選取工業(yè)行業(yè)常見的自動分揀物料的這一工業(yè)機器人控制系統(tǒng)，主要是因為利用PLC技術(shù)來完善工業(yè)機器人控制系統(tǒng)功能的過程中，結(jié)合了很多分揀技術(shù)，如傳感器與機械手性能的位置控制等自動化分揀技術(shù)，在設(shè)計不同的分揀物料的各類型的工業(yè)現(xiàn)場材料是自動化分揀和控制性系統(tǒng)。所以基于分揀需要的工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的設(shè)計是非常的靈活而且性能較強較穩(wěn)定，并且程序的開發(fā)內(nèi)容是比較簡單的，是有效并適應(yīng)的進行工業(yè)化現(xiàn)場材料劃分自動分揀的彈性并和生產(chǎn)路線的自動化分揀需求。

1 工業(yè)行業(yè)物料自動分揀的PLC 工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

以PLC技術(shù)為核心的工業(yè)物料自動分揀的工業(yè)機器人控制系統(tǒng)，PLC技術(shù)發(fā)揮了十分重要的作用，而硬件設(shè)計又是工業(yè)機器人控制系統(tǒng)中應(yīng)用PLC技術(shù)的重要環(huán)節(jié)。因此，在PLC 技術(shù)在工業(yè)機器人控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，首先就要強化對其的硬件設(shè)計，以滿足軟件設(shè)計的需要，這樣才能更好地結(jié)合控制對象的特點，采取針對性的控制措施，達(dá)到良好的控制目的，以下筆者就其硬件的設(shè)計要點進行梳理。

1.1 PLC的選擇。PLC具體是控制性系統(tǒng)的核心主要部件，其正確的選擇相對于保證全體控制系統(tǒng)的技術(shù)性經(jīng)濟性能指標(biāo)起到了非常重要的作用。本研究系統(tǒng)中采用的是S7-200 型號的PLC，其具有控制功能強、控制點數(shù)多、結(jié)構(gòu)小巧緊湊等優(yōu)點被廣泛選擇。

1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計。本研究在設(shè)計工業(yè)行業(yè)物料自動分揀的PLC工業(yè)機器人控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)時，為滿足實際設(shè)計的需要，結(jié)合所學(xué)的專業(yè)知識進行。

1.3 基于PLC的輸出端子與輸入端子的設(shè)計。為了更好地滿足自動分揀物料的需要，在物料分揀所需的工業(yè)機器人控制系統(tǒng)中，基于PLC 技術(shù)，輸出、輸入端子的分配設(shè)計是一個重要的內(nèi)容，在本研究中，通過對其設(shè)計結(jié)果的總結(jié)，得出表1 所示的結(jié)果。在本研究中，對表1 設(shè)計的結(jié)果進行了研究，在設(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，因此，選取的是小型控制機，而PLC 是西門子旗下生產(chǎn)的S7-200 型號的PLC，其中輸入端子24 個，輸出電子16 個，并通過驗證設(shè)計，契合該工業(yè)機器人控制系統(tǒng)在物料自動分揀方面的需要。

1.4 檢測元件和執(zhí)行裝置的遴選。1.4.1 電感傳感器。在檢測金屬性物體時，其中需要應(yīng)用電桿性傳感器，該工業(yè)機器人控制系統(tǒng)采取的是有開關(guān)數(shù)量輸出的電感形式來接近開關(guān)的位置性傳感器。它是由LC高度頻振動器與放大電路組合而成，由于振動感應(yīng)磁頭產(chǎn)生的電磁場較大，若將金屬物體與之相靠近，那么就會在金屬物體內(nèi)部形成渦流，而由于渦流的存在，受到反作用的影響而接近開關(guān)，此時接近開關(guān)自身的振動能力就會發(fā)生針對性的變化。例如在衰減過程中，內(nèi)部電路參數(shù)變化后，就能識別有物體與其是否正在接近，同時控制開關(guān)通斷。本系統(tǒng)在設(shè)計中，采用的電傳感器的型號是M18X1X40，采取DC二線常開式進行接線。1.4.2 光纖傳感器。在分揀物料過程中，工業(yè)機器人分揀系統(tǒng)主要是通過辨別顏色的工位來判斷，此時就需要采用光纖傳感器，它是會利用物體的表面來對光線的反射作用來進行感應(yīng)物體的存在，從而可以檢測到所有具有材質(zhì)的物體，再通過調(diào)節(jié)光纖的放大器的靈活度檢測到不同顏色的物體特征。因此，在本工業(yè)機器人控制系統(tǒng)中，為達(dá)到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，將影響機器人對其物料的分揀，而靈活度過高，其測量范圍又會受到較大的波動。1.4.3 光電傳感器。在工業(yè)機器人控制系統(tǒng)中，光電性傳感器的作用并非檢測物料，而是將分類分揀時沒有分揀出的物料進行有效識別。物料在傳輸帶的傳輸下，運輸?shù)焦怆妭鞲衅魉谖恢脮r，能對其所接收的光強變化進行檢測，從而檢測是否存在物料。因此，在本基于PLC的工業(yè)機器人控制系統(tǒng)設(shè)計時，光電傳感器也是應(yīng)用的要點。具體就是在工業(yè)行業(yè)物料自動分揀的PLC工業(yè)機器人控制系統(tǒng)中，選用的光電傳感器為FPG系列的小型放大器，其特點就是能內(nèi)置，而負(fù)載則直接與PLC 的接口連接。

表1 基于PLC 的輸出端子與輸入端子設(shè)計一覽表

1.4.4 脈沖電動機。在基于PLC的工業(yè)機器人控制系統(tǒng)中，脈沖電動機的作用就在于帶動傳輸?shù)幕A(chǔ)上，將物料帶動前行，并對脈沖頻率的控制，進而利用本PLC有效地控制電機轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到調(diào)速的需要。本研究選用脈沖電動機為57 步進電機套裝，型號為57BYG250B，步距角度為1.8°，出軸長度與軸徑分別是21mm 和8mm，出現(xiàn)長度為80cm，出軸方式默認(rèn)為單出軸，但是也設(shè)置了雙出軸，出現(xiàn)方式的二相四根引出線。1.4.5 機械手。在基于PLC的工業(yè)機器人控制系統(tǒng)中，機械手是主要的硬件之一，其包含的組件有執(zhí)行和驅(qū)動機構(gòu)，以及控制系統(tǒng)和檢測裝置。其中，執(zhí)行機構(gòu)包括手爪、手臂，以及用來連接他們的手腕；手爪是抓取模塊手臂是運送模塊可以進行伸縮升降和回轉(zhuǎn)等。而驅(qū)動機構(gòu)主要是采用驅(qū)動手臂、驅(qū)動手腕、驅(qū)動手爪，其動力裝置有氣動、液壓、電動三種不同的裝置。而其控制系統(tǒng)的核心就在于確保機械手可以按照既定流程來運動的裝置，并能及時測量和處理信息，從而對機械手的執(zhí)行力機構(gòu)發(fā)出相應(yīng)的控制指令，隨后必要時還可發(fā)出故障報警的聲音。系統(tǒng)中具有較多應(yīng)用特征，各類控制方式應(yīng)結(jié)合實際需求來確定。

2 工業(yè)行業(yè)物料自動分揀的PLC 工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

在做好工業(yè)行業(yè)物料自動分揀的PLC工業(yè)機器人控制系統(tǒng)硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上，還要切實強化對其的軟件設(shè)計，以確保整個控制系統(tǒng)的控制成效得到滿足。

2.1 物料分揀控制流程設(shè)計。工業(yè)行業(yè)物料自動分揀的PLC工業(yè)機器人控制系統(tǒng)中，為了滿足物料分揀控制的需要，對每個設(shè)備的具體操作內(nèi)容與流程進行了精心設(shè)計。工業(yè)行業(yè)物料自動分揀的PLC工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的物料分揀控制流程設(shè)計如下：首先，將傳輸帶的“ON”按鈕按下之后，在輸送料的 汽缸電磁閥中開始通電，此時送料 汽缸就會開始動作，在推出工件的同時完成送料的動作，與此同時，傳統(tǒng)帶同時接收啟動信號，啟動傳輸帶并運行；其次，在傳輸帶上傳輸工件時，首先從第一個出料槽經(jīng)過時，因為在出料槽對面設(shè)置了金屬傳感器，所以就會對工件是否屬于金屬工件進行檢測，若屬于金屬工件，此時機械手就會移動到工件的上方，并下將抓手，將工件抓取到對面工件槽之中，若不是金屬工件，那么就能繼續(xù)往后傳輸，并結(jié)合其顏色，對工件進行分類，在分類過程中，若非金屬工件處于工件槽口時，傳感器會對其顏色進行感應(yīng)，若為白色，此時機械手就會動作，將工件抓取并放入對面工件槽之中，如果非白色工件就會繼續(xù)運輸。而非金屬工件傳輸?shù)?#槽口時，通過傳感器進行檢測，若是黑色工件，機械手就會動作，將其抓到傳感器對面3#工件槽之中，如為非黑色工件，就會繼續(xù)傳送，同理，在經(jīng)過4#槽口時，若電傳感器檢測工件為非金屬工件時，就會將工件抓取并放入傳感器對面的4#工件槽之中。但是在整個分揀過程中，每次完成對其的分揀之后，機械手均會自動恢復(fù)到原來的位置。

2.2 物料分揀控制程序設(shè)計。本設(shè)計利用STEP7MicrowinV4.0編程軟件編寫了梯形圖控制程序，得到數(shù)據(jù)傳輸指令。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，為確保數(shù)據(jù)得到有效傳輸，也就是EN=1 的狀態(tài)下，從IN輸入相應(yīng)的數(shù)據(jù)，進入OUT的存儲器中輸出，且在傳輸時數(shù)據(jù)大小和IN內(nèi)容均不會發(fā)生變化。以下主要是對本研究的梯形圖簡要介紹。

（1）這是初始化程序，SM得電運行繼電器M、S以及運行燈開始運行，運行燈亮。

（2）這是啟動環(huán)節(jié)，按下“ON”后，使得M0.1 在運行燈下通電且自鎖，這就給電動機通電奠定了基礎(chǔ)。

（3）這是物料感應(yīng)環(huán)節(jié)，主要是在啟動電機之后，若下料感應(yīng)器能感應(yīng)到物料的存在，那么電機就會運轉(zhuǎn)，從而為后續(xù)物料的區(qū)分和分揀奠定基礎(chǔ)。

3 結(jié)論

綜上所述，PLC 技術(shù)在工業(yè)機器人控制系統(tǒng)中的應(yīng)用十分重要，因此，需要結(jié)合具體的實際需要，分別做好對其的軟硬件設(shè)計，在軟硬件設(shè)計中，既要掌握硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計要點，又要結(jié)合電感傳感器工作原理，切實做好電感傳感器接線設(shè)計，確保光電傳感器運行，加強機械手的設(shè)計，并在系統(tǒng)流程上不斷優(yōu)化和完善，確保數(shù)據(jù)傳輸指令更加完善。因此，本設(shè)計經(jīng)過后續(xù)的驗證和調(diào)試，能滿足實際運行的需要。但是需要結(jié)合實際工作，切實注重工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的設(shè)計，尤其是在PLC技術(shù)應(yīng)用過程中，需要做好各組件之間的設(shè)計，以促進工業(yè)生產(chǎn)效率的提升。