郝春芳
天津爱信工业技术有限公司 300304
摘 要：机械装配工作台常用于大型设备或产品的安装、调试，对于生产过程尤为重要，随着装配技术的不断提升，传统的PID控制方式已不能满足控制更多更高的要求，需要PLC采用更优的模糊PID算法进行控制，来提高工作台的自动控制水平。本文对机械装配工作台自控系统组成与原理进行分析、探讨，通过实际应用发现，该控制系统满足控制精度更高需求，可适应不同的运行工况，具有良好的应用价值。
关键词：PLC控制器；机械装配工作台；自动控制系统
机械装配工作台控制水平随着自控技术的不断进步，得到了很大的提升，不断向着装配智能化方向发展。本文设计一套基于PLC原理，应用模糊PID算法机械装配工作台自控系统，优化机械装配工作台传统控制方式，实现对执行元件更为准确的控制，进而提高装配工作台的综合性能。
1机械装配工作台的系统组成与原理
1.1系统组成
机械装配工作台是由上下料机械手、主轴变速箱、回转台、二维工作台等构成，主轴变速箱是通过伺服电机驱动二维工作台实现横向往复运动、机械手臂上下运动，通过准确的旋转与定位，使执行机构运行到指定位置。利用手动离合器来对运行方式进行切换，可以使二维工作台来实现纵向往复运动。回转工作台设置有4个工位，机械手臂可以灵活、准确地从指定工位上取件，再通过定位传感器送到指定位置。
1.2工作原理
工作台的控制采用模糊PID算法，实现对上下料机械手、二维工作台、回转工作台的联合控制。二维工作台的横向往复运转，是通过变速箱、伺服驱动电机来完成，可以进行手动、自动的切换，当手动离合器在闭合状态下，二级工作台的往复移动是通过电磁离合器来实现，当主驱动电机处于运行状态时，可以对二维工作台进行移动。如果手动离合器在分离状态，二维工作台往复移动是通过伺服电机驱动来完成。确定好控制模式后，在手动方式下，选择左移、右移来按钮来推动工作台移动，当二维工作台到达指定位置后会停止运行。在自动模式下，选择左移、右移按扭，可以准确驱动将二维工作台向指定方向运动，到达指定位置后自动进行往返，选择停止按钮后可以停止运行。
回转工作台设置有4个工位，PLC控制系统可以自动获取到工位的坐标，当手动离合器在离开状态下，主驱动电机在运转状态，满足回转工作台的运行控制。选择手动工作模式，通过启动按钮发出控制信号，来控制回转工作台到达指定工位。在自动控制模式下，系统会自动选择目标工位，再通过启动按钮发出信号使回转工作台到达指定工位。上下料机械手臂对工件进行抓取，通过电磁铁来进行控制，可以自动获取到工件在工作台中的位置信息，抓取后再放到指定工位。如果手动离合器为离合状态，主电机在运转状态下，可以通过上下料机械手臂来进行控制，在手动控制模式下，选择启动按钮后机械手臂则可以在上、下方进行移动，而选取停止按钮则会使机械臂停止运行。在自动控制模式下，如选取启动按钮，上下料机械手臂会自动在上、下两个方向移动，运动到下方移动设定位置，电磁铁则会吸合工件并向上方移动，当机械手臂从上部设定位置向下方运行到下部设定位置时，电磁铁则会释放工件放到准确位置，机械手臂则会停止运行。联合控制方式下，可以选择单周期、选位和连续控制模式，如果手动离合在离开状态，主电机在正常运行状态，可以在上述三种模式下运行。当手动离合器在离和状态下，主电机在运行条件下，可以通过PLC实现单循环、选位和联系控制。
2 PLC自动控制系统设计
2.1系统硬件设计
机械装配工作台自动控制系统由PLC控制器、工业触摸屏、伺服驱动器、伺服电机、异步电机、电磁离合器和接近开关等构成。统计控制系统输入、输出点数即I/O点数，PLC控制器为核心元件，用来存储程序，工业触摸屏为人机交互界面，可以实时显示工作台的运行状态，可输入控制参数，设置软操作按钮。伺服电机用于驱动二维工作台实现往复运动，异步电机用于驱动主轴箱，通过控制电磁离合器将动力输出到执行机构，接近开关用于检测执行机构运行位置。
2.2系统软件设计
机械装配工作台控制软件由PLC程序、触摸屏两部分组成，PLC采用s7-1200产品，程序为梯形图编程方式，根据控制需要划分为不同的程序块，为输入输出端口分配地址表，调用比较、转换、传送、程序控制和库指令等进行编程，触摸屏程序可以设置界面、按钮、曲线等，也可以通过编程进行实现简单的逻辑控制。
PLC实现模糊PID控制是通过模糊推理来实现的，应用PLC控制技术建立起闭环控制，具体的控制原理如图1所示。以控制原理为基础，结合模糊逻辑推理知识、模糊集合论，利用PLC控制器来模拟人类思维，实现对机械装配工作台的过程控制，可以把输入偏差信号准确转变为模糊集合，通过模糊集合转变了精准的控制量。把PID参数调整经验知识集存储于PLC数据区，再结合控制系统的实际要求来自动调整PID参数，在线条件下完成参数整定，通过适当的补偿来消除掉干扰，满足系统动态变化的要求。
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图1 模糊控制原理图
模糊PID控制器由精确算法、输入/输出变量、推理规则和算法构成，模糊逻辑有精确化、模糊化及推理处理单元组成，将模糊控制与PID进行混合，利用模糊自整定完成PID参数调整，达到误差变化、PID参数整定的需要，通过模糊控制规则对PID参数进行动态调整。二维模糊控制器应用最为广泛，将误差变化率e及误差e作为输入变量，把u作为输出变量，模糊控制由西门子S7-1200来实现，把量化因子导入到PLC中，采用A/D转换模块把采集到信号输入到PLC内，通过D/A模块实现控制输出。查表法采用的工作原理是在系统调试前，把表格数据按照一定规律存在内存地址，保证系统运算速度达到控制要求，提高响应程度。模糊控制先把采集到的输入数据进行量化处理，转化于语言变量模糊论域，系统运行时会查询数据表格的量化数据进行计算，得到所需数值，PLC控制器会查询模糊控制表来进行对比分析，可以得到最终的输出控制值U。
2.3 PLC与触摸屏的通讯
触摸屏通过COM端口实现与PLC通讯，采用PC/PPI电缆来实现电平转换，对通信格式进行设置，确定好数据传输波特率，设置PLC站地址。
3结论
通过以上设计，本系统利用PLC控制技术，结合模糊PID算法，实现对机械装配工作台的自动控制，在实际应用中起到了很好的控制效果，系统具有自学习能力、逻辑推理能力，其超调量、调节时间比传统的PID控制效果更好，抗干扰性能更强，优化了动、静态品质，可以使控制对象按照既定程序运行，能适应机械装配工作台的不同工况，工作台整体精度也能得到一定的提高。
参考文献：
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