PLC实现工业机器人的自动控制

杨学成姜效超

摘要：科学发展是第一生产力，随着科学技术的不断发展，生产过程自动化作为提高企业市场竞争力，降低生产成本、提高生产效率的重要任务是无可厚非的。PLC，作为一种可编程控制器，其具有编程简单、使用方便、自身功能完备、性价比较高、抗干扰性能强等等多方面的优势，广泛的应用于工业自动控制领域，并且取得良好的经济效益及社会效益。本文主要对使用PLC实现生产过程自动化控制的技术进行介绍。

关键词：PLC；工业机器人；自动控制

1．基于PLC控制的工业机器人系统概述

目前，PLC控制技术、工业机器人技术以及CAD技术已经成为了工业自动化领域最关键的几个技术。这几个技术的不断完善和发展，给现代工业自动化领域的形成提供了巨大的帮助。近几年来，随着科学技术的不断发展，基于PLC控制的工业机器人系统的研究已经进入了关键阶段，实现基于PLC控制的工业机器人系统在生产中的应用也成为了现实。由于基于PLC控制的工业机器人系统可以在工业生产之中发挥重要作用，基于PLC控制的工业机器人系统在工业生产中的应用水平已经成为了衡量工业自动化领域发展水平的关键因素之一。基于PLC控制的工业机器人系统可以使得工业机器人在PLC系统的控制之下，自动地完成工业生产过程之中要进行的多功能型任务。除此之外，基于PLC控制的工业机器人系统还可以完胜一系列的工业生产工作，有效地实现机电一体化生产。

2.基于PLC控制的工业机器人系统的控制特点

基于PLC控制的工业机器人系统在应用中有着许多的优良特性，其主要集中体现在以下三个方面：首先，PLC编码控制器拥有着强大的控制性能，可以迅速地向工业机器人系统发出指令信息，而且在对工业机器人系统的控制过程中，还可以通过联网技术的应用，实现工业机器人系统的各种操作指令；其次，PLC编码控制器拥有着可靠性强的特点，由于PLC编码控制器拥有着相应的编码加密处理，这就形成了PLC编码控制器的强大抗干扰能力，使得基于PLC控制的工业机器人系统在运行过程中可以稳定地进行工业生产；最后，PLC编码控制器拥有着适用范围广的特点，目前，基于PLC控制的工业机器人系统已经可以广泛地应用于各个领域，体现了其适用范围的广泛性。

3.1控制系统总体结构

工业机器人控制系统的主要包括硬件和软件两个部分。其中，硬件部分主要通过SERCOS总线驱动工业机器人电机，以及为总线传递控制信号，实现与外围I/O通信；软件部分主要通过PLC实现机器人控制程序的读取、语言的转换、逻辑和运动控制。控制系统的工作原理与流程如下：控制系统上电时加载机器人控制程序，通过语言解释程序，并通过PLC和CanOpen等现场总线接口，将CNC文件中的逻辑指令发送给I/O设备；同时，机器人语言解释程序将运动控制指令转换为标准G代码，并通过插补程序计算各电机的控制目标数据；最后，通过SERCOS高速运动控制总线，实现与各轴控制器之间的通信，控制工业机器人的各轴运动，实现工业机器人的精准控制。

3控制系统硬件结构

3.1SERCOS总线

与其他总线相比，SERCOS总线的数据传输速率高，具有极高的数据传输效率，和可设置控制参数以确保系统同步和精度等特点，这在实时性要求较高的工业机器人控制系统中具有非常大的优势。为此，本文所设计的工业机器人控制系统采用SERCOS总线。工业机器人控制系统的硬件系统利用SERCOS主卡作为主站与机器人运动执行部件之间的接口，为软件系统提供了一个通用化、开放性的控制平台，有助于实现控制系统主控功能的软件化。

3.2CanOpen协议

CAN总线链路层采用CSMA/CD方式，在总线传输发生冲突时，采用“非破坏总线优先逐位仲裁”技术，以保证优先级高的信息能够优先通过总线传输，以保证工业机器人控制实时性。CanOpen基于CAL子协议，具有很好的模块性特性，具备很强的适应性，得到了广泛的应用。在CanOpen协议的应用层，设备之间通过交换通信对象实现通信，借助CanOpen良好的面向对象和分层设计思想，构建了一个清晰的通信模型。CanOpen应用层的所有对象（COB）可通过一个16位索引和一个8位子索引进行检索，由于CanOpen的性能稳定、功能强大、价格低廉和通用性好等原因，本文所研究的工业机器人控制系统采用CanOpen协议实现控制系统与外围I/O接口的通信。

4。用PLC实现生产过程自动控制的介绍

4。1PLC实现过程自动控制

自动控制相对于人类控制来讲的，它不同于人类控制，是在没有人为参与的情况下进行的生产、动作。而PLC就是利用外加的设备、电子装置等来实现自动控制，无人操作。PLC具有系统开放性，它不断的发展和更新，组成的混合式的控制系统，它的市场份额也在不断的增加。其次PLC与internet的互联通信，在一个信息化的世界，网络遍布各个角落，要想更好的运用PLC，还需要和网络进行连接。再一个方面，它是微型的，而且运算速度很快很精确。不仅节省了很大的空间，而且可以降低成本，安装灵活。自动控制技术的研究方向就是把人们从高工作量，高危险的工作中替换出来的，而且同时还可以大大的提高工作效率，提高产品质量，提高生产率，提高设备利用率，缩短生产周期，减少在制品，减少工程设计费，减少人力费用。通过可编程序控制器内部不同的功能，如存储功能、通信功能等，依据编写好的生产过程程序，通过各种指令系统来使生产设备或生产过程按照人们的意志去执行。例如液位过程控制的应用十分普遍，如进料槽、成品罐、中间缓冲容器、水箱等的液位均需要维持在某个设定值上，或只允许在某一个小范围内变化，与此同时还要保证生产过程的安全，液体不产生溢出，这些运用PLC均能实现。

4.2PLC过程自动化的设计

通过PLC内部的数字或模拟式输入/输出控制把各种各样设备或生产过程，组成一个不可分割的控制系统。它的设计通常根据工作经验设计梯形图（经验设计法）或者根据工艺流程设计逻辑关联并转化为梯形图，并进行补充和完善（逻辑设计法）再或者根据描述控制过程的状态变化，通过转换图和状态转换（转台流程图），通过PLC内部的存储功能、功能模块、通信模块，来进行顺序控制、逻辑运算、定时操作等面向用户的指令，来实现生产过程自动化的。这也就是PLC过程自动化设计的思路。

4.3确保生产过程的稳定性

在企业生产过程中，必须保证过程控制正常运行，能抑制外部干扰、保持生产过程长期稳定运行。过程控制系统主要是由自动化仪表和被控过程组成。其中自动化仪表负责对被控过程的工艺参数进行自动监视、测量、控制。例如锅炉汽包生产的饱和蒸汽经过热器加热成过热蒸汽，而过热蒸汽的温度是保证电厂的汽轮机组正常运行的重要参数之一，所以保证过热蒸汽的温度在一个设定值尤为重要，这就需要由温度检测装置将检测的温度数值与设定值比较得出偏差，再由调节器按偏差的大小与性质进行运算，发出调节指令给执行器调节水阀门的开度，从而改变减温水的流量，实现对过热蒸汽的有效控制。过程控制系统按结构可分为反馈控制系统、前馈控制系统、前馈-反馈复合控制系统；按设定值可分为定制控制系统、随动控制系统和顺序控制系统，这些都能有效的防止外部干扰，保证生产过程稳定运行，保证产品质量。

参考文献：

[1]庄照照.刍议如何利用PLC实现生产自动化控制[J].科技创新与应用，2012（23）：4-18.

[2]冯马才.对PLC自动控制系统的可靠性问题与其设计方案的探究[J].科协论坛（下半月），2011（11）：90-94.