基于PLC的机器人电气控制系统的设计

基于PLC的机器人电气控制系统的设计

摘要：随着电气自动化技术的日益成熟，其已逐步渗透入各行各业，并以机械化、可编程、误差小等优势大大提高了工作效率，促进了相关行业的发展。自20世纪70年代起，相关学者借助着计算机的独特优势研究电气工程技术，使其朝着自动化、智能化的方向发展。如今电气自动控制技术日益完善，改变了相关人员的工作方式，减少资源消耗并提高了工作效率。但随着工业产品及生产设备日新月异，诸多传统电气设备在设计方面存在着不足，我国自动化控制水平一定程度上低于欧美国家，不仅难以满足当今产品的质量需求，更影响了电气设备的正常使用。于是本文根据实际生产情况中对不同运行参数要求存在差异，而选择不同的监控方式并分析其各自存在的优缺点;另外对系统硬件、输入/输出电路进行设计，提出一种妥善的电气自动化设计，并与传统存在的自动控制系统进行对比分析。

关键词：PLC的机器人；电气控制；系统的设计

引言

机器人在专用机床及自动化生产线上应用十分广泛，主要用于搬动或装卸零件的重复动作，以实现生产自动化。本设计中的机器人采用关节式结构，它模拟人手臂的部分动作，按预定的程序、轨迹和要求，实现抓取、搬运和装配，动作由液压驱动，并由电磁阀控制，动作顺序及各动作时间的间隔采用按时间原则控制的电气控制系统。PLC以其可靠性高，抗干扰能力强，编程简单，使用方便可靠等特点，在机械制造业得到了广泛的应用。选用三菱公司的FX2N—32MR可编程序控制器对机器人的电气控制系统进行设计，提高了自动化程度和可靠度，效果良好。

1PLC技术简介

PLC技术是随着微机技术发展而出现的产物,该技术充分利用了微处理器技术的优点,弥补了传统控制技术中的功耗高、可靠性低等缺陷不足。PLC技术由美国科研人员在20世纪60年代提出,技术应用简单,无需进行采用专业的计算机语言进行编程,通过简单的继电器梯形图指令即可实现操作。PLC技术是一种可编程逻辑控制器,将其应用在电气自动化控制系统中,简化了控制程序,降低了自动化控制的能源消耗,提高了自动化控制的灵敏度,经过这些年的发展,PLC技术也越来越成熟,应用的领域也在不断扩大,提高了工业生产中的自动化控制水平,推动了社会经济的发展。

2PLC设计原则

PLC系统作为一个整体的设计，必须要符合有关设计原则，只有这样，才能真正提高设计效率，并有效减少运行错误。也就是说，一个良好的设计效果是很重要的。首先，在实际设计中，必须要尊重安全原则，提升系统可靠性，确保系统的正常运行。其次，在保证系统良好性能的基础上，尊重最低成本原则，提高制造企业的经济效益。

3PLC技术的优势

①编程方便，操作简单。PLC技术编程采用简单的梯形图、逻辑图等基础编程语言，在程序编译和修改中不需要太过复杂的信息技术知识，为操作人员提供了便利。在程序修改调试中可以随时进行程序增减，容易操控，方便应用。②功能性强，性价比高。随着科技的发展，我国PLC技术也在进一步提高。一台小型的PLC中就可以囊括成百上千个编程元件，麻雀虽小五脏俱全，PLC完全可以实

现非常复杂的控制功能，给编程用户的使用减少了许多麻烦。与同类型功能的继

电系统相比，PLC价格实惠，功能完整，是用户的不二选择。③可靠性高，抗强

干扰。与传统的继电系统相比，PLC的抗干扰能力尤为突出。传统继电控制系统

使用大量中间继电器和时间继电器，容易在接触点出现接触不良而导致机器故障，而PLC则使用软件代替继电设备，大大减少了工具连接方面硬件元件的使用量，

保障了系统的稳定运营。

4机器人的硬件控制系统设计

4.1机器人的动作顺序

由原始位置将已加工的好的工件卸下，放回料架，等料架转过一定角度后，

再将未加工的零件拿起，送到加工位置，等待机械加工结束，再将加工完毕的工

件放回料架，如此重复循环。

4.2根据机器人的动作要求

控制系统采用限位开关SQ1~SQ10作为位置检测信号，实现精确定位。为了

保证手指在抓取工件时，能够在移动前抓住物体达到足够的夹紧力，在夹紧缸的

液压回路中安装了压力继电器SQ1作为压力检测信号。机器人的启动和停止由按

钮SB1和SB2控制，机器人各部分的手动操作按钮SB3至SB6被控制。SA1是机

器人手动和自动工作模式的转换开关。

5PLC控制的软件设计

5.1机器人的工作过程

根据机器人的工作过程要求,确定各动作的先后顺序和相互关系,得出机器人程序流程图如图2所示。PLC控制程序主要由手动操作和自动操作两部分组成。在

正常运行时,机器人处于自动操作方式。机器人处于原始位置时大臂竖立、小臂伸

出并处于水平、手腕横移向右、手指松开。工作时按一下启动按钮SB1,机器人动

作顺序为:原始位置(大臂竖立、小臂水平且缩回、手腕横移向右、手指松开)→手

指夹紧(抓住工件)→手腕右移→小臂上摆→大臂下摆→手指松开(将工件放在料架上)→小臂回缩→料架回转→小臂伸出→手指夹紧(抓住工件)→大臂上移(从料架上

取走工件)→小臂下转→手腕左移→手指松开(回到原位)。选择手动方式时,分别控

制手动按钮对应机器人的手指、手腕、小臂、大臂和料架的动作,该方式一般作为

机器人的调整和维护用。

5.2在开关量方面

目前PLC技术还广泛应用于电气工程及其自动化控制中的开关量方面，在实

际控制操作过程中，是以可编程存储器的形式来控制继电气操作，以满足用户的

使用需求。一般来说，PLC技术是用于电气工程及自动化控制系统中电流继电器

的开关量的控制，如果仍然沿用以往的技术手段，需要给设备提供充足的反应实践，控制效果难以达到现阶段的使用需求，并且设备运转的时间也会越来越长，

如果不能及时的进行调整和优化，那么将严重影响电气工程项目的发展和运行。

如采用人工干预和控制的方法来进行操作，那么会造成人力资源的浪费，不利于

电气工程的长久发展，而PLC技术的使用，则从根本上优化系统中的所存在的不足，满足系统的当前操作的需要。同时，灵活运用这种优化方法也可以改善当前

系统的缓慢响应，优化了系统的整体使用效果，促进操作效率，提升实际控制效

果和质量。

结束语

用可编程控制器设计的机器人电气控制系统,简化了繁杂的硬件接线线路,节省了空间,降低了设备的故障率,使控制具有很强的柔性和功能的可拓展性,使设备的