PLC要滿足工業(yè)機(jī)器人的高性能要求還有待改善

自機(jī)器人誕生之日起人們就不斷地嘗試著說(shuō)明到底什么是機(jī)器人。但隨著機(jī)器人技術(shù)的飛速發(fā)展和信息時(shí)代的到來(lái)，機(jī)器人所涵蓋的內(nèi)容越來(lái)越豐富，機(jī)器人的定義也不斷充實(shí)和創(chuàng)新。機(jī)器人技術(shù)作為20世紀(jì)人類最偉大的發(fā)明之一，自20世紀(jì)60年代初問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)歷40多年的發(fā)展已取得長(zhǎng)足的進(jìn)步。隨著近年來(lái)制造業(yè)的不斷發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人已成為智能制造和工業(yè)自動(dòng)化的關(guān)鍵技術(shù)和重要產(chǎn)品，也是數(shù)控機(jī)床走向自動(dòng)化更高階段的重要一環(huán)。

隨著電子控制技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC正向高速度、容量大等物聯(lián)網(wǎng)及智能通信方向發(fā)展，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)，能實(shí)現(xiàn)PLC、變頻器、遠(yuǎn)程I／O等與上位機(jī)算機(jī)進(jìn)行連接，來(lái)構(gòu)造出一種多級(jí)式分布系統(tǒng)。

舉個(gè)例子：

三菱工業(yè)電機(jī)中的CC－Link構(gòu)建的一種開(kāi)放性面向現(xiàn)場(chǎng)控制的總線網(wǎng)路系統(tǒng)，DIN是德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使用導(dǎo)軌是工業(yè)電氣元器件的一種安裝方式，安裝支持此標(biāo)準(zhǔn)的電器元器件可方便地卡在導(dǎo)軌上而無(wú)需用螺絲固定，維護(hù)也很方便，一般來(lái)說(shuō)，常用的導(dǎo)軌寬度是3．5CM。現(xiàn)如今，很多的電器元器件都有采用這種標(biāo)準(zhǔn)，比如有PLC、斷路器、開(kāi)關(guān)、接觸器等。

工業(yè)機(jī)器人不是孤立工作的，一個(gè)機(jī)器人工作站，往往需要外圍設(shè)備的配合，比如工裝夾具、傳送帶、焊接變位機(jī)、移動(dòng)導(dǎo)軌等等，這些角色相互之間要怎么配合，就需要互相協(xié)調(diào)。比如AGV小車、自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)、噴涂設(shè)備、裝配設(shè)備等等。

工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)控制系統(tǒng)

1、底層控制器

底層控制器作為控制系統(tǒng)的核心，其選擇的合適與否對(duì)整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)十分重要，其性能直接影響了控制系統(tǒng)的可靠性、數(shù)據(jù)處理速度、數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性等。移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)行環(huán)境較惡劣，干擾源眾多，對(duì)運(yùn)動(dòng)控制器的實(shí)時(shí)性和可靠性要求較高，所以選擇一種穩(wěn)定可靠地運(yùn)動(dòng)控制器至關(guān)重要，既要滿足系統(tǒng)要求，又要具有良好的可擴(kuò)展性和兼容性。

為實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對(duì)外部設(shè)備的有效控制，底層控制器提供了相應(yīng)的設(shè)備底層控制函數(shù)，這些控制函數(shù)可以直接訪問(wèn)機(jī)器人的硬件寄存器來(lái)控制機(jī)器人的運(yùn)行，而這些控制函數(shù)可以使得設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序不再依賴于具體硬件，所以，通過(guò)調(diào)用控制函數(shù)接口就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的有效控制。

2、電氣系統(tǒng)

在對(duì)輪式全向移動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件進(jìn)行選型以后，根據(jù)移動(dòng)機(jī)器人的硬件組成進(jìn)行電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)。移動(dòng)機(jī)器人的電氣系統(tǒng)主要包括三個(gè)部分：主電路、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電路和PLC控制系統(tǒng)電路。

移動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)主電路通過(guò)PLC和繼電器實(shí)現(xiàn)控制。即由繼電器由線圈和輔助觸點(diǎn)兩部分組成。當(dāng)線圈通電的時(shí)候，其對(duì)應(yīng)的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)。

3、I／O配置段

I／O配置段包括I／O刷新周期（典型為4ms）和I／O數(shù)據(jù)映像區(qū)大小信息，通過(guò)軟PLC編程系統(tǒng)的工程配置模塊進(jìn)行可視化配置，以適應(yīng)不同機(jī)器人應(yīng)用程序?qū)／O設(shè)備的不同需求。其主要是機(jī)器人將其他信號(hào)作為末端執(zhí)行器I／O使用，末端執(zhí)行器I／O鏈接到機(jī)器人手臂末端的連接器上，保證其功能。

4、PLC程序

在底層控制器中，使用編程軟件STEP 7 PROFESSIONAL V12的PTO運(yùn)動(dòng)控制指令，使用位置控制方式，控制4個(gè)轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)，從而控制4個(gè)車輪的轉(zhuǎn)向角；另外，使用擴(kuò)展模擬量輸出模塊輸出電壓值，控制4個(gè)輪毅電機(jī)，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。排除硬件的因素外，程序的好壞直接決定著運(yùn)動(dòng)性能的高。因此程序的編寫是整個(gè)設(shè)計(jì)中最為重要的環(huán)節(jié)之一。

PLC要滿足工業(yè)機(jī)器人的高性能要求還有待改善

機(jī)器人控制器可以理解為完成機(jī)器人控制功能的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，因此機(jī)器人控制器是機(jī)器人最為核心的“心臟”，它從一定程度上影響著機(jī)器人的發(fā)展，高性能的工業(yè)機(jī)器人不單要實(shí)現(xiàn)PTP控制，而且還要實(shí)現(xiàn)CP控制。雖然說(shuō)，采用基于PC的運(yùn)動(dòng)控制器和基于DSP運(yùn)動(dòng)控制器能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制，但是卻無(wú)法滿足高性能工業(yè)機(jī)器人的各項(xiàng)要求指標(biāo)，而電路設(shè)計(jì)以及編程相當(dāng)復(fù)雜，因此，PLC的控制接線完善和技術(shù)創(chuàng)新是一大難題。

PLC控制接線簡(jiǎn)單，只要通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制指令就能實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制，因此，PLC想要在機(jī)器人多軸運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)控制、網(wǎng)絡(luò)通訊方面取得優(yōu)勢(shì)，還是需要一定的時(shí)間。因?yàn)楦咝阅芄I(yè)機(jī)器人主要是各關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，不單單是實(shí)現(xiàn)PTP、CP的控制，還要達(dá)到在多軸協(xié)調(diào)控制、速度、加速度、運(yùn)動(dòng)精度等方面的要求。

目前，在PLC中，日本立石公司的PLC和ABB公司的PLC在微小型控制方面功能強(qiáng)大；等西門子公司的PLC雖然具備運(yùn)動(dòng)控制的功能，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及MITSUBISHI PLC，因?yàn)镸ITSUBISHI PLC結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)及高科技術(shù)，使之具有完整的運(yùn)動(dòng)控制功能，通過(guò)高速度的背板，處理器與伺服接口模塊可以進(jìn)行通訊，從而實(shí)現(xiàn)高度的集成操作及位置環(huán)和速度環(huán)的閉環(huán)控制。達(dá)到從簡(jiǎn)單的點(diǎn)到點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)到復(fù)雜的齒輪傳動(dòng)，來(lái)滿足高性能工業(yè)機(jī)器人的要求。