自动化生产线中的机器人PLC控制技术

自动化生产线中的机器人 PLC控制技术

李岩， 王云辉，鲁洪建

中国核工业电机运行技术开发有限公司 北京 100043 摘要：从实际工业自动化生产线角度来说，应用到的机器人系统很多，如 ABB RIB-4600 型机器人等。为了保证工业自动化生产线中机器人及 PLC 的集成控制效果，相关工程人员需要对整个生产线集成控制内容进行研究，避免出现更多新问题。

关键词：自动化；机器人；PLC技术

自动化的生产线具备着组装灵活、安全性高以及构造较为简单等多种优点，可以根据实际需求和车间的大小来增减设备，这也使其成为了现代化企业中建造生产线的重要选择。因此，本文首先对自动化生产线控制系统的整体架构加以明确，然后对自动化生产线控制系统的内部硬件构成展开分析，在此基础上提出基于PLC的自动化生产线控制系统的设计措施。

1 工业自动化生产线

基于以往的工作经验可以了解到，在对工件进行自动化加工时，涉及多道作业工序。而且在生产线运行中，需要应用到的装置有数控车床、机器人、原料仓以及输送机构等等。在具体的生产过程中，每道工序处都会安排一台工业机器人，在工作中，机器人会从原料库或流水线上将待加工件转移到车床上，经过多道工序处理后，得到所需工件。完成制作的工件还需要进行质量校核，满足要求后才可以作为成品移送到成品库中进行保存。

2 机器人结构的设计

2.1 升降结构设计

实际机器人升降结构设计操作执行上，相关操作人员需要意识到升降结构的重要性，在自动化生产过程中，机器人的运动都是沿着垂直和水平方向进行，这也是确保不同生产线任务能够顺利进行的基础条件。而且在工作过程中，机器人还需要具备精准度较高的定位功能，这也是进行紧密加工的基础条件。从升降结构的运动情况来看，辅助其顺利完成垂直运动的结构包括气压缸、活塞缸、活塞等。在气缸位于被放置的状态时，形式上以竖直形式为主，操作人员可以将气缸端固定在机器人手臂上，以确保机器手臂可以根据指令顺利完成提升或下降的操作。而且在驱动装置工作过程中，也需要其带动活塞及活塞杆进行带动，而且在驱动装置设计上，机器人自身也能实现工件的加工和装配。

同时，在机器进行升降运动时，还可以利用活塞杆将压缩空气推送到气缸中，利用气体来推动活塞，保证机器人能够顺利完成机械臂的提升操作，而机械臂需要沿垂直方向向下运动时，此时活塞杆会将压缩空气从气缸内推送到缸体中，此时缸体在内部压力下降的情况下开始下降，从而带动机械臂完成下降这一指令。

2.2 旋转结构设计

实际机器人运行时，旋转动作显得尤为重要，为此，人们需要对机器人旋转机构进行全面设计。从系统组成情况进行分析，旋转机构属于重要构成内容，这也是确保机器人可以顺利完成水平活动的基础条件。在具体的设计过程中，也需要对系统内齿轮和齿条的关系进行梳理，将两者运动过程中产生的力矩作为驱动机器人旋转的动力。同时在旋转结构的设计过程中，也需要做好轴连接处理，利用轴作为力矩的传递媒介，搭配大气缸、齿轮以及小气缸、活塞头等结构，满足机器人旋转要求。

2.3 手抓结构设计

实际机器人结构设计过程中，也需要做好手抓结构的设计工作，这也是机器人顺利完成自动化生产的基础保障。手抓结构在工作期间，主要任务是执行松开和抓紧两个指令，系统的顺利运行需要借助换向阀来完成。在系统开始工作之后，压缩空气会借助杆直接推送到系统当中，最后进入到储气罐之中，并通过换向阀作用，进入到两个夹持气缸右腔之中，保证活塞杆能够向左移动，实现重物夹紧操作。在系统下达松开指令时，此时系统内积聚的气体也会通过换向阀排放到外界，顺利完成工件松开操作。抓紧和松开力度，也会通过气体积聚量来完成，确保被抓取件的完整性。

需要注意的是，机器人在执行转动操作时，除了借助换向阀来调整气体存量外，还需要利用轴结构、齿轮来辅助结构转动。而系统也能实现换向阀通电操作，通电之后，会将压缩空气传输到储气罐之中，之后利用转向阀，将空气转移到气缸左腔，之后带动活塞向右运动，此种情况之下，齿条也能带动齿轮和转动轴，确保机器人在完成手抓指令的同时，还可以完成转动操作，满足系统运行的基础要求。

3 PLC生产线集成控制系统设计

3.1 控制系统原理

实际工业化自动生产线机器人和PLC系统生产线控制设计时，核心控制器为PLC，实际PLC控制系统设计过程中，工程人员需要对操作面板内容进行优化，使其可以全面展示系统各部位目前的工作状态。而借助系统进行统筹控制时，会利用传感器反馈数据来评估工作状态的稳定性。对于采集的异常数据，应进行及时处理，使得系统处于良好运行状态之下，维护油压机以及自动上料装置等进行合理控制。

3.2 系统硬件设计

实际系统硬件设计工作的开展，相关工程人员需要对I/O点数进行合理化确认，强化各类按钮内容的合规性，具体应用中，各个按钮功能需要根据实际情况来进行操作，基于以往经验，具体分类如下：（1）自动上料装置检测；（2）机器人准备工作和放料工作开展；（3）油压机准备完善、油压机工作完成；（4）机器人准备完成、机器人放料完成；（5）油压机准备和工作完成；（6）机器人准备和放料工作完成；（7）油压机物料检测工作完成。在7个输出控制按钮操作过程中，各个按钮功能也存在明显不同性，如自动上料装置运行、机器人运行、油压机运行等。对于PLC硬件通讯连接来说，PLC本身具备以太网通讯模块，在实际应用时，能够与PC实现直接连接，通过PC上的STEP7进行相关设计之后，便可以将最佳通讯效果展示出来。如果PLC自身不具备以太网模块，操作人员可以借助于其他模块，做到以太网通讯转化操作，该类模块在研究过程中，呈现出较强的针对性特点，为后续软件开发同样能够起到良好的帮助作用。

3.3 系统软件设计

实际系统软件设计工作执行上，可以从以下两方面着手，避免整体设计效果受到影响。（1）需要控制机器人的动作，该功能也是PLC控制系统应用时的主要功能需求内容。一般来说，机器人动作主要依靠的是气缸驱动，运行时，操作人员需要控制好气缸，并与电磁阀控制形成配合，满足各项功能需求。当下降电磁阀通电之后，机器人也会处于下降状态，断电之后，能够让机器人停止运行。当上升电磁阀通电后，能够让机器人处于上升状态，断电后，机器人也会停止运行，两者的设计原理基本类似。（2）自动控制系统。实际系统运行时，当壳盖到位后，机器人能够直接启动，促使机器人进入到运动状态。启动前，操作人员还要对机器人初始位置进行确认，为后续工作的运行，创造出良好条件。

4 结语

从目前从业自动化生产线对机器人与PLC集成控制系统研究，可以对强化工业自动化生产线效率起到积极的促进作用。从实际机器人和PLC控制系统应用上也能够能看出，操作人员需要对自动化生产工序有一个全方位了解，明确机器人在生产线上的重要作用所在，便于PLC控制系统对其进行精准控制。

参考文献

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