基于 PLC 的机器人电气控制系统的设计

发表时间：2018-04-02T11:55:00.723Z 来源：《红地产》2017年7月 作者： 侯跃云

[导读] PLC 是专为工作环境条件较恶劣的工业应用而设计的，其可以控制各种自动化应用。

1 PLC 技术概述

1.1 PLC 技术的结构 可编程逻辑控制器，其实质是一种专门用在工业控制领域的计算机，它的主要结构基本与微型计算机基本相同，PLC 技术的 结构为：电源，PLC 的电源对整个系统的正常工作起着非常重要 的作用。假如没有可靠、良好的电源为其供电，PLC 是无法工作 的，因此制造商是非常重视对可编程逻辑控制器的电源的设计制 作；处理单元 (CPU)，处理单元 (CPU) 是 PLC 的控制中心， 主要是以扫描的方式收发现场各输入设备的状态和数据，然后分 别存入 I/O 映象区，再读取程序进而控制相应设备；存储器，主 要分为存放系统软件的系统程序存储器和存放应用软件的用户程 序存储器；输入输出接口电路，输入接口电路用于连接 PLC 与现 场控制的接口界面，输出接口电路集成了选通电路、数据寄存器 和中断请求电路；功能模块，如计数、定位等；通信模块。

1.2 PLC 技术优势 PLC 技术在维护机械运转和数字化运算方面具有一定的优势，能结合传统继电技术，确保互联网和自动化结构符合常规性技术 标准。技术本身具有一定的价值优势，能在推动工业进程的基础上， 维护工业生产的精简效果。PLC 作为现代化工业中较为重要的项 目结构和管理器件，整体管控结构的实效性价值十分关键，能在 优化整体机械工程与自动化项目效率的同时，确保相关技术结构 的优势得以发挥出来。

首先，PLC 技术操作性较高，多数 PLC 技术能有效支持相应 的程序进行语言的互译管理，确保用户能有效掌握相关语言结构 和模式，进一步提升应用效率。并且，结合自动翻译功能的 PLC 技术也能为用户后续操作提供较为有效的保障。需要注意的是， 正是由于互译优势，在实现 PLC 技术编程的同时，也能减少外部 处理的难度，集中简化了系统的整体结构问题，优化改善工作效率。 提升了 PLC 技术实用价值的过程中，借助统一国际标准通信协议， 能为差异化厂家进行 PLC 技术互换提供坚实的保障，促进实践水 平和处理效果的维护程度。在整合调试操作水平的同时，也为提 升 PLC 产品通信开放度提供了保障。

其次，PLC 技术设备体积小且能耗较少，在 PLC 技术装置结 构中，由于集成电子线路的应用价值和整体处理水平，能在安装 管理工作发挥实际水平的同时，确保相关处理结构和应用体系最 优化，尺寸在 10 厘米以下时，PLC 技术设备中重量会在 150g 以下， 确保消耗功率的维护程度贴合实际。

最后，PLC 技术抗干扰能力较强，在实际管理机制和整合措 施统筹升级的基础好上，要对相关工艺流程的运行结构予以分析。 因此，结合 PLC 技术的界面管理水平对现场总线体系和 PLC 技术 界面处理进行统筹整合，维护通信保障体系的实效性，也为后续 工作中电磁、电路以及可靠性处理工作顺利完成提供保障。 2 基于 PLC 的机器人电气控制系统的设计要点

2.1 总体结构及流程设计 系统的控制要求是实现方形和圆形玻璃的定尺寸打磨，即要求驱动流水线横向运动的电动机 M1 在达到设置尺寸后停止运动， 光电编码器与横向运动电动机 M1 同轴连接，电动机的水平驱动位 移与光电编码器的脉冲数输出成比例关系，光电编码器的输出与 S7-200CPU 的高速计数器输入相连接，利用高速计数器实时计算 光电编码器输出脉冲数，通过计算即可测量出横向运动的长度。 组态实现长度宽度尺寸的设置和显示功能，人机界面将设置的相 关参数传递给 S7-200CPU 的寄存器，执行用户程序计算当前横向 移动距离和设置值的关系，打磨机构根据尺寸实现打磨，待 打磨完成后，电动机 M3 驱动打磨机构实现纵向位移，光电编码器 测量纵向位移的尺寸，当设置尺寸和测量尺寸相等时，垂直电动 机 M2 驱动打磨机构垂直位移，行程开关垂直电动机行程位置， 打磨机构垂直运动达到设置行程后，完成一次完整的控制任务， 控制系统再次驱动电机进行流水线横向运动。实现以上控制任务， 控制系统应包括三大部分：主电路、控制部分和显示部分。因此 可以设计出控制系统的结构流程图。系统结构流程图如图 1 所示。

图 1 系统结构流程图

2.2 电源电路设计 在最机器人进行电气系统设计时，在设计的时候应考虑：安全性、经济性、可行性、外观及维修的方便性等。 电源电路是指全机器人的动力电路以及控制电路，主要包括：控制电路、电源电路、PLC 电源的开关电路以及动力电源 转换回路。控制系统主电源由空气开关控制，PLC 电源通断由 启动按钮和继电器控制。电源锁旋钮与启动按钮串联，当电源 锁旋钮和启动按钮闭合，继电器的线圈得电，常开触点闭合， 与启动按钮构成起一保一停控制回路，PLC 得电后开始循环扫 描。 2.3 控制系统主程序设计

针对相应的控制要求，设计的 PLC 控制系统，通过组态人 机界面完成对玻璃长、宽等参数的设置，利用 S7-200 系列 PLC 对台车电机、升降电机、进刀电机的运动控制。为实现系统控 制要求，完成控制任务，系统需要加入定时安全报警程序，即 每一个动作启动时同时启动定时器，根据每个动作完成的时间 设置定时器的定时时间，如果系统出现故障，定时时间到而未 完成相应动作，停止后续动作，触发报警动作。

控制系统主要是为了完成玻璃定长定宽的打磨，主程序是 控制电动机的设置长度和设置宽度的定尺寸打磨运动，主要完 成下降、定宽、横向进给、定长打磨和上升运动。在常用的梯 形图设计方法中有经验设计法和顺序功能图设计方法，在此次 主程序设计中采用顺序功

能图设计方法，全部用寄存器位来代 表步具有概念清楚、编程规范、梯形图易于阅读和查错的优点。 利用以转换为中心的顺序控制梯形图设计方法，按照步及转换 条件设计出主程序的顺序功能图如图 2 所示。

2.4 功能和性能参数 轮式全向移动机器人系统的通信

功能和信息采集功能都是通过底层控 制器来实现的，通信功能是通过 S7- 1200 的两个 PROFINET 接口分别与上 位机或其他设备用普通网线相连实 现，这里其他设备可以是另一个 PLC 的 CPU，如此可以为将来的功能扩展 预留了途径；系统实现信息处理功能 需要很多不同的数据，如电机编码器 反馈的脉冲信息，底层控制器对收集 到的信息数据进行整合，为控制机器 人的自主或半自主运动提供数据依据。

参考文献：

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