PLC v robotice: Umožnění inteligentní automatizace

1. Úvod

1.1 Pozadí a význam výzkumu

S rychlým rozvojem vědy a techniky robotika mění výrobní způsoby v různých odvětvích nebývalou rychlostí. Od přesné montáže v automobilové výrobě až po efektivní manipulaci v logistice a skladování jsou roboti všude. Pro realizaci inteligentního a automatizovaného provozu robotů je však jádrem jejich řídicí systém. Vznikla technologie programovatelných logických automatů (PLC) a stala se klíčovou silou pro rozvoj inteligentní automatizace robotů.

Technologie PLC vznikla koncem 60. let 20. století s cílem vyřešit mnoho nevýhod tradičních systémů řízení relé a stykačů. V té době průmyslová výroba kladla vyšší požadavky na flexibilitu, spolehlivost a škálovatelnost řídicích systémů. PLC se rychle objevilo v oblasti průmyslového řízení díky své programovatelnosti, výkonným schopnostem logického zpracování a dobrému výkonu proti rušení. S neustálým pokrokem v mikroelektronice, počítačové technologii a komunikačních technologiích se funkce PLC stávají stále výkonnějšími a rozsah jejich použití se neustále rozšiřuje a postupně pronikají do špičkové oblasti řízení robotů.

V oblasti robotiky má aplikace elektrické technologie PLC velký význam, který nelze ignorovat. Výrazně zlepšuje spolehlivost a stabilitu řídicího systému robota. V průmyslovém výrobním prostředí existuje mnoho faktorů, jako je elektromagnetické rušení a změny teploty, a tradiční řídicí systémy jsou snadno ovlivněny, což vede k častým poruchám. PLC využívá pokročilé technologie proti rušení, jako je fotoelektrická izolace a filtrování, které mohou stabilně fungovat v náročných podmínkách a zajistit kontinuitu a přesnost robotické práce. Vezměme si jako příklad automobilové společnosti, roboti na montážní lince musí dokončovat montáž dílů po dlouhou dobu a s vysokou přesností. Řídicí systém PLC dokáže zajistit, aby robot přesně prováděl každou akci v komplexním elektromagnetickém prostředí, čímž účinně snižuje míru vad a zvyšuje efektivitu výroby.

PLC poskytuje robotům silnější logické řídicí schopnosti. Při provádění úkolů musí roboti často činit odpovídající rozhodnutí na základě různých podmínek a prostředí. PLC umožňuje robotům rychle zpracovávat a vyhodnocovat více vstupních signálů psaním složitých logických programů, aby si mohli flexibilně upravovat své vlastní činnosti. V logistickém skladování musí manipulační roboti plánovat optimální manipulační trasu na základě informací, jako je umístění a hmotnost zboží a uspořádání skladu. Řídicí systém PLC dokáže tyto informace rychle analyzovat a vydávat robotovi přesné řídicí pokyny pro dosažení efektivní manipulace s nákladem.

Použití technologie PLC dále usnadňuje návrh a údržbu řídicích systémů robotů. Ve srovnání s tradičními pevně propojenými řídicími systémy používá PLC modulární konstrukci. Uživatelé si mohou vybrat různé moduly a kombinovat je podle skutečných potřeb, což výrazně zkracuje cyklus vývoje systému. Zároveň programování PLC využívá intuitivní a snadno srozumitelný jazyk žebříkových diagramů, se kterým se mohou rychle seznámit i neprofesionální technici. Pokud jde o údržbu systému, PLC má výkonnou funkci autodiagnostiky, která dokáže v reálném čase monitorovat provozní stav systému. Jakmile je zjištěna závada, lze problém rychle lokalizovat, což snižuje náklady na údržbu a prostoje.

Z makroekonomického hlediska má široké využití PLC elektrické technologie v oblasti robotiky hluboký dopad na podporu transformace a modernizace celého výrobního průmyslu. Pomáhá zlepšit efektivitu výroby, snížit výrobní náklady, zlepšit kvalitu výrobků a zvýšit konkurenceschopnost podniků na globálním trhu. S příchodem Průmyslu 4.0 a éry inteligentní výroby bude PLC elektrická technologie hrát stále důležitější roli v cestě inteligentní automatizace robotů a poskytovat solidní podporu pro realizaci inteligentní, flexibilní a efektivní průmyslové výroby.

1.2 Cíle a metody výzkumu

Tato studie si klade za cíl hloubkově analyzovat klíčový mechanismus role PLC elektrotechniky v procesu inteligentní automatizace robotů, přesně vyhodnotit výsledky její aplikace a poskytnout solidní teoretickou podporu a praktické rady pro podporu hloubkového rozvoje a rozsáhlého uplatnění této technologie v oblasti robotiky. Konkrétně systematickým rozborem základních principů a jedinečných výhod PLC elektrotechniky, komplexním zobrazením jejího aplikačního panoramatu v oblasti inteligentní automatizace robotů, hlubokým prozkoumáním výzev, kterým čelí v procesu aplikace, a navržením praktických a proveditelných strategií reakce pomůže příslušným odborníkům lépe pochopit směr aplikace a trend vývoje PLC elektrotechniky v oblasti robotiky.

K dosažení výše uvedených cílů tato studie využívá řadu výzkumných metod. Případová analýza je jedním z důležitých prostředků. Prostřednictvím hloubkové analýzy typických případů použití robotů v odvětvích, jako je výroba automobilů, logistika, skladování a montáž elektroniky, pečlivého pozorování provozu PLC elektrické technologie v reálných scénářích, komplexního sběru dat a hloubkové analýzy jejího specifického dopadu na efektivitu práce robotů, přesnost, stabilitu atd., jsou získány informace z první ruky o vlivu aplikace PLC elektrické technologie.

Nezbytné jsou také metody srovnávacího výzkumu. Provádí se komplexní srovnání mezi řídicím systémem robota využívajícím elektrickou technologii PLC a tradičním řídicím systémem a analýza je provedena z několika hledisek, jako je přesnost řízení, rychlost odezvy, spolehlivost a náklady na údržbu, aby se objasnily výhody a prostor pro zlepšení elektrické technologie PLC ve srovnání s tradiční technologií a poskytl se tak referenční bod pro další optimalizaci technologie.

Důležitou roli hraje i rešerše literatury. Rozsáhle konzultujeme relevantní akademickou literaturu, průmyslové zprávy, technické normy a další materiály doma i v zahraničí, komplexně zjišťujeme stav výzkumu a vývojové trendy v oblasti PLC elektrotechniky v oblasti robotů, rozumíme výsledkům výzkumu a praktickým zkušenostem předchůdců v této oblasti, poskytujeme solidní teoretický základ pro výzkum, vyhýbáme se duplicitě práce a zajišťujeme inovativní a špičkový charakter výzkumu.

1.3 Současný stav výzkumu doma i v zahraničí

V zahraničí začal výzkum a aplikace PLC elektrické technologie v oblasti robotiky brzy a dosáhl pozoruhodných výsledků. Spojené státy byly vždy světovým lídrem v oblasti průmyslové automatizace a jejich výzkum aplikace PLC v řízení robotů je hloubkový a rozsáhlý. Například v automobilovém průmyslu používá společnost Ford Motor Company pokročilé řídicí systémy PLC k dosažení vysoce automatizované spolupráce robotů na montážních linkách automobilů. Díky přesnému psaní PLC programů mohou roboti rychle a přesně plnit složité úkoly, jako je uchopení a montáž dílů, což výrazně zlepšuje efektivitu výroby a kvalitu výrobků. Relevantní studie ukázaly, že efektivita montáže robotických výrobních linek řízených PLC je o více než 30% vyšší než u tradičních výrobních linek a míra vadnosti je snížena přibližně o 20%.

Německo, jakožto výrobní gigant, se zaměřuje na vysokou přesnost a stabilitu v průmyslové výrobě. V duchu strategie Průmysl 4.0 německé společnosti hluboce integrovaly technologii PLC s roboty a aplikovaly je ve všech aspektech inteligentních továren. Vysoce výkonné PLC vyvinuté společností Siemens má silný výpočetní výkon a komunikační funkce a dokáže dosáhnout bezproblémového propojení s roboty, senzory a dalším zařízením pro vybudování vysoce inteligentního výrobního systému. V oblasti elektronické výroby mohou roboti řízení PLC od společnosti Siemens provádět přesné operace na drobných elektronických součástkách s přesností polohování až ±0,01 mm, čímž efektivně uspokojují poptávku elektronického průmyslu po vysoce přesné výrobě.

Japonsko má jedinečné výhody v robotické technologii a jeho výzkum v oblasti aplikace elektrické technologie PLC v robotech se zaměřuje na zlepšení flexibility a všestrannosti robotů. Robotické produkty Fanuc se široce používají v automobilovém, strojírenství a dalších průmyslových odvětvích. Roboty vybavené pokročilými řídicími systémy PLC mohou rychle přepínat pracovní režimy podle různých výrobních úkolů a automatizovat různé složité procesy. Při použití svařovacích robotů PLC řídí trajektorii pohybu robota a parametry svařování, což umožňuje dosáhnout vysoce kvalitního svařování obrobků různých tvarů a materiálů a kvalita svaru dosahuje mezinárodních pokročilých standardů.

Přestože výzkum v oblasti elektrotechniky PLC v oblasti robotiky začal v Číně relativně pozdě, v posledních letech se rychle rozvíjel. Mnoho univerzit a výzkumných institucí aktivně investovalo do výzkumu v této oblasti a dosáhlo řady důležitých výsledků. Například Technologický institut v Harbinu dosáhl významného pokroku ve výzkumu a vývoji řídicích systémů PLC pro průmyslové roboty. Optimalizací řídicího algoritmu PLC se zlepšila přesnost řízení pohybu robota a rychlost odezvy. Výsledky výzkumu byly prakticky využity v oblasti výroby leteckých dílů, čímž se efektivně řeší problém nedostatečné přesnosti řízení robotů při zpracování složitých dílů.

Na úrovni podnikových aplikací začaly některé velké domácí výrobní společnosti široce zavádět elektrickou technologii PLC s cílem zlepšit úroveň automatizace robotů. Například společnost Foxconn Technology Group zavedla do svých výrobních linek velké množství robotů řízených PLC, aby dosáhla automatizované výroby a montáže elektronických výrobků. Přesné řízení robotů pomocí PLC nejen zlepšuje efektivitu výroby, ale také snižuje náklady na pracovní sílu a zvyšuje konkurenceschopnost podniků na mezinárodním trhu.

V současném výzkumu doma i v zahraničí však stále existují určité nedostatky. Na jedné straně, pokud jde o koordinaci komunikace mezi PLC a roboty, ačkoli existuje mnoho komunikačních protokolů a metod, je stále třeba dále zlepšovat stabilitu a výkon komunikace v reálném čase ve složitých průmyslových prostředích. Při velkém počtu robotů a složitých úkolů může zpoždění a ztráta paketů při přenosu dat ovlivnit provozní efektivitu celého výrobního systému. Na druhou stranu je zapotřebí další hloubkový výzkum pro zlepšení inteligence řídicího systému PLC. Současné řízení PLC je založeno především na přednastavené programové logice. V komplexních a měnících se výrobních prostředích a požadavcích úkolů jsou autonomní rozhodovací a adaptivní schopnosti robota relativně slabé. Jedním z klíčových směrů budoucího výzkumu je, jak zajistit, aby řídicí systém PLC měl silnější schopnost učení a inteligentního rozhodování, aby se dosáhlo skutečně inteligentního autonomního řízení robotů. Kromě toho, pokud jde o integraci napříč oblastmi, hluboká integrace elektrické technologie PLC s nově vznikajícími technologiemi, jako je umělá inteligence a velká data, je stále ve fázi průzkumu. Naléhavým problémem, který je třeba vyřešit, je také to, jak plně využít výhod těchto technologií a dále rozšířit aplikační scénáře a funkce PLC v oblasti robotů.

2. Základy elektrotechniky PLC

2.1 Princip činnosti PLC

2.1.1 Monitorování vstupů a zpracování dat

Funkce monitorování vstupů PLC je primárním článkem pro dosažení automatického řízení. Prostřednictvím speciálního vstupního rozhraní může PLC navazovat spojení s různými senzory, spínači a dalším zařízením a shromažďovat tak různé informace o vnějším prostředí v reálném čase. Tyto vstupní signály pocházejí z široké škály zdrojů, včetně teplotních hodnot zpětně přiváděných teplotními senzory, údajů o tlaku detekovaných tlakovými senzory, signálů polohy objektů zachycených fotoelektrickými senzory a informací o stavu různých řídicích spínačů.

Vezměte si jako příklad teplotní senzory. V průmyslové výrobě má mnoho procesů přísné požadavky na teplotu. Například v chemických reakcích má přesná regulace reakční teploty přímý vliv na kvalitu produktu a bezpečnost výroby. Teplotní senzor převádí teplotní signál monitorovaný v reálném čase na elektrický signál a přenáší jej do vstupního rozhraní PLC. V tomto okamžiku PLC tyto původní signály přímo nepoužívá, ale provádí řadu zpracování dat. Nejprve je signál vzorkován, aby se kontinuálně se měnící analogový signál převedl na diskrétní digitální signál pro následné digitální zpracování. Poté se pomocí filtračního algoritmu odstraní šum v signálu, aby se zajistila přesnost dat. V reálném průmyslovém prostředí se totiž vyskytuje velké množství elektromagnetického rušení, elektrického šumu atd. Toto rušení může způsobit zkreslení signálu senzoru. Pokud se nezpracuje, bude to vážně ovlivňovat řídicí rozhodnutí PLC.

Po vzorkování a filtrování vstupního signálu provede PLC předběžnou analýzu a vyhodnocení dat podle přednastaveného programu. Například v systému řízení teploty porovná PLC nashromážděnou hodnotu teploty v reálném čase s přednastaveným teplotním rozsahem, aby určil, zda je aktuální teplota v normálním pracovním rozsahu. Pokud teplota překročí nastavený rozsah, PLC tuto informaci označí a uloží a čeká na další analýzu a rozhodování v následné fázi logického zpracování. Toto monitorování a zpracování dat vstupních signálů v reálném čase poskytuje spolehlivou datovou základnu pro následné logické operace a řídicí rozhodnutí PLC, což zajišťuje, že řídicí systém dokáže přesně vnímat změny ve vnějším prostředí a včas reagovat.

2.1.2 Logické programování a rozhodování

Logické programování je jednou z hlavních funkcí PLC, která PLC poskytuje výkonné rozhodovací schopnosti. Uživatelé používají programovací software k psaní detailních logických programů pro PLC na základě skutečných potřeb řízení s využitím programovacích jazyků, jako jsou žebříkové diagramy, instrukční tabulky a blokové diagramy funkcí. Tyto programy jsou jako „mozkové instrukce“ PLC, které mu umožňují činit přesná řídicí rozhodnutí na základě vstupních dat.

V systému manipulace s materiálem automatizované výrobní linky se plně odráží role logického programování. Předpokládejme, že v systému je více senzorů pro detekci polohy, přítomnosti a provozního stavu robota pro manipulaci s materiálem. Když je materiál přepraven na určené místo, senzor polohy odešle signál do PLC. Po přijetí signálu PLC provede úsudek na základě předem napsaného logického programu. Pokud jsou současně splněny další podmínky, například manipulační robot je v klidovém stavu a cílové skladovací místo neblokuje žádný materiál, PLC spustí instrukci pro uchopení manipulačního robota. Tento proces zahrnuje logickou operaci s více vstupními signály. PLC používá logické operátory jako „AND“, „OR“ a „NOT“ k komplexní analýze těchto signálů. Například pouze tehdy, když je signál polohy materiálu „materiál přítomen“, signál stavu robota je „klidový“ a signál cílové polohy je „odblokován“ a jsou splněny tři podmínky současně (tj. je provedena operace „AND“), PLC vydá řídicí signál pro spuštění uchopení robota.

V komplexních průmyslových řídicích scénářích mohou PLC také potřebovat provádět složité logické operace, jako je řízení smyček a podmíněné vyhodnocování. Například v továrně s více výrobními režimy musí PLC dynamicky upravovat strategie řízení na základě faktorů, jako je výběr výrobních úloh a provozní stav zařízení. Zápisem vnořených příkazů podmíněného vyhodnocování a programů smyček mohou PLC dosáhnout přesného řízení různých výrobních procesů. Při provádění logických operací centrální procesorová jednotka (CPU) PLC rychle zpracovává instrukce v programu a na základě různých kombinací vstupních dat ve velmi krátkém čase vykresluje odpovídající výsledky rozhodnutí, což poskytuje základ pro následné řízení výstupu.

2.1.3 Řízení a provádění výstupu

Řízení výstupu je klíčovým krokem pro PLC k převodu výsledků rozhodnutí na skutečné řídicí akce. Když PLC dokončí logickou operaci se vstupními daty a učiní rozhodnutí, odešle odpovídající řídicí signály do akčních členů prostřednictvím výstupního rozhraní, aby tyto akční členy řídil k provedení specifických řídicích akcí, a tím dokončil úkol řízení externích zařízení.

Mezi běžné aktuátory patří motory, solenoidové ventily, relé atd. Vezměme si například motory v průmyslové automatizované výrobě, které se široce používají v dopravě materiálu, mechanickém zpracování a dalších oblastech. Když PLC zjistí, že je třeba motor spustit pro přepravu materiálu, vyšle elektrický signál do výstupního rozhraní připojeného k motoru. U střídavých motorů může PLC zapnout cívku řídicího stykače, čímž se sepnou hlavní kontakty stykače, čímž se připojí napájení motoru a motor se spustí. U stejnosměrných motorů může PLC přesně řídit rychlost a směr otáčení motoru úpravou napětí nebo proudu výstupního signálu tak, aby splňoval různé výrobní potřeby.

V některých případech, kdy je vyžadována vysoká přesnost řízení, například při obrábění CNC obráběcích strojů, PLC vysílá přesné pulzní signály pro řízení pohybu motoru. Řízením frekvence a počtu pulzů lze přesně řídit úhel natočení a posunutí motoru a dosáhnout přesného polohování a řízení pohybu obráběcího stroje, což zajišťuje obrábění vysoce přesných dílů.

Solenoidové ventily hrají také důležitou roli v průmyslovém řízení. Například v pneumatických řídicích systémech PLC řídí směr proudění a tlak stlačeného vzduchu ovládáním zapínání a vypínání solenoidového ventilu, čímž pohání válec k provádění různých mechanických činností, jako je uchopení, přeprava a třídění materiálů. Když PLC vydá řídicí signál pro aktivaci solenoidového ventilu, jádro solenoidového ventilu se pohybuje, čímž se mění stav připojení vzduchové cesty, což umožňuje stlačenému vzduchu vstoupit do odpovídajícího válce, tlačí píst válce do pohybu a dokončuje se předem stanovený operační úkol.

Relé se často používají k řízení spínání obvodů. PLC může nepřímo ovládat obvody vysokého napětí a vysokého proudu řízením zapínání a vypínání cívek relé. V řídicích systémech některých velkých zařízení používá PLC relé k ovládání hlavního vypínače, spouštění a zastavování světelného obvodu atd., aby byl zajištěn bezpečný a normální provoz zařízení.

2.2 Složení hardwaru PLC

2.2.1 Procesor (CPU)

Procesor (CPU) jakožto klíčová součást PLC hraje, podobně jako lidský mozek, v celém systému nezastupitelnou klíčovou roli. Je zodpovědný za provádění programu napsaného uživatelem, rychlé a přesné zpracování vstupních dat a generování odpovídajících řídicích instrukcí podle přednastavené logiky, které řídí ostatní komponenty PLC ke spolupráci a zajišťují efektivní a stabilní provoz celého řídicího systému.

Mezi různými typy CPU existují značné rozdíly ve výkonu a tyto rozdíly mají zásadní dopad na klíčové ukazatele výkonu, jako je výpočetní výkon, provozní rychlost a doba odezvy PLC. V oblasti průmyslové automatizace jsou špičkové PLC obvykle vybaveny vysoce výkonnými CPU, jako jsou některé CPU s vícejádrovou architekturou a technologií vysokorychlostní mezipaměti. Vezměme si jako příklad CPU řady PLC Siemens S7-1500, které využívá pokročilou vícejádrovou procesorovou technologii a dokáže zpracovávat více úloh současně, což výrazně zlepšuje paralelismus zpracování dat. Ve složitých průmyslových výrobních scénářích, jako jsou automatizované výrobní linky v automobilovém průmyslu, shromažďuje velké množství senzorů data, jako je provozní stav zařízení a poloha obrobku v reálném čase. CPU této řady PLC dokáže rychle zpracovávat a analyzovat tato masivní data, rychle se rozhodovat a řídit roboty tak, aby přesně plnily úkoly montáže dílů. Naproti tomu CPU používané středními a nižšími PLC má relativně slabý výkon a je vhodné pro některé jednoduché scénáře řízení, které nevyžadují vysokou rychlost a přesnost zpracování dat, jako jsou systémy dopravy materiálu v malých továrnách. Pouze malý počet signálů ze senzorů stačí jednoduše vyhodnotit a řídit jednoduchou logikou a procesory střední a nižší třídy dokáží splnit jejich potřeby.

Výpočetní rychlost CPU je také důležitým ukazatelem jeho výkonu. CPU s vysokou výpočetní rychlostí dokáže dokončit velké množství logických operací a úloh zpracování dat ve velmi krátkém čase, což umožňuje PLC rychle reagovat na změny externích signálů. U vysokorychlostní výrobní linky pro balení je rychlost balení produktu velmi vysoká a PLC musí v reálném čase zpracovávat informace, jako je poloha produktu detekovaná senzorem a stav přepravy balicího materiálu, a řídit pohon tak, aby včas dokončil balicí akci. V tomto okamžiku může PLC vybavené vysokorychlostním CPU tato data rychle zpracovat, aby zajistila přesnost a efektivitu balicí akce a zabránila chybám při balení nebo plýtvání materiálem.

Kromě toho má paměťová kapacita CPU také důležitý vliv na výkon PLC. Větší paměťová kapacita může ukládat více uživatelských programů, dat, historických záznamů a dalších informací. V některých průmyslových procesech, které vyžadují dlouhodobý provoz a vysoké požadavky na zaznamenávání dat, jako je monitorování reakčních procesů v chemické výrobě, musí PLC ukládat velké množství dat v reálném čase, jako je teplota, tlak, průtok a řídicí programy. CPU s velkou paměťovou kapacitou může tuto poptávku splnit, zajistit integritu a sledovatelnost dat a poskytnout silnou podporu pro následnou analýzu výroby a řešení problémů.

2.2.2 Vstupně/výstupní moduly

Vstupně/výstupní (I/O) modul je mostem pro výměnu informací mezi PLC a externími zařízeními a jeho funkce je klíčová. Prostřednictvím I/O modulu může PLC shromažďovat různé informace o stavu externích zařízení v reálném čase a odesílat zpracovaný řídicí signál do odpovídajícího aktuátoru, čímž dosahuje přesného řízení externích zařízení.

I/O moduly lze rozdělit na analogové moduly a digitální moduly, přičemž každý z nich má své vlastní charakteristiky z hlediska funkce a aplikačních scénářů. Digitální moduly se používají hlavně ke zpracování diskrétních spínacích signálů, jako je stisknutí a uvolnění tlačítek, sepnutí a nespuštění senzorů, sepnutí a uvolnění relé atd. V průmyslové výrobě se digitální moduly široce používají v řízení spouštění a zastavování zařízení, monitorování stavu atd. Například na automatizované montážní lince se digitální vstupní moduly používají ke sběru signálů ze senzorů na každém pracovním místě, aby se určilo, zda je obrobek na místě; digitální výstupní moduly se používají k řízení spouštění a zastavování motoru, vysouvání a zasouvání válce a dalších akcí pro dosažení automatizovaného provozu výrobní linky.

Analogový modul se používá hlavně ke zpracování kontinuálně se měnících analogových signálů, jako jsou výstupní signály senzorů, jako je teplota, tlak, průtok a hladina kapaliny. Tyto analogové signály je třeba před zpracováním CPU PLC převést pomocí A/D (analogově/digitální). V systému regulace teploty převádí analogový vstupní modul kontinuálně se měnící analogové teplotní signály detekované teplotním senzorem na digitální signály a přenáší je do CPU. Poté, co CPU tato data analyzuje a zpracuje podle přednastavené strategie řízení, vysílá odpovídající analogové signály prostřednictvím analogového výstupního modulu pro řízení provozu topného nebo chladicího zařízení a dosažení přesné regulace teploty.

V praktických aplikacích je velmi důležité vybrat vhodný I/O modul podle specifických požadavků na řízení. V první řadě je třeba zvážit poptávku po I/O bodech. Různé průmyslové řídicí systémy mají různé požadavky na počet vstupních a výstupních signálů. Moduly s odpovídajícími I/O body by měly být rozumně vybrány podle skutečného počtu senzorů a akčních členů. Pokud je počet I/O bodů příliš malý, nemusí splňovat požadavky systému na řízení; pokud je příliš velký, způsobí to plýtvání zdroji a zvýšení nákladů.

Za druhé, zvažte typ a rozsah signálu. Různé senzory a akční členy vydávají nebo vyžadují různé typy a rozsahy signálů. Například teplotní senzor může vydávat proudový signál 4–20 mA nebo napěťový signál 0–5 V a tlakový senzor má také různé možnosti rozsahu. Proto při výběru I/O modulu musíte zajistit, aby byl kompatibilní s typem a rozsahem signálu, který je třeba zpracovat, aby byl zajištěn přesný přenos a zpracování signálu.

Dosah přenosu signálu a odolnost proti rušení jsou také důležitými faktory, které je třeba zvážit při výběru I/O modulů. V některých velkých průmyslových areálech může být vzdálenost mezi senzory, akčními členy a PLC velká. V této době je nutné vybrat I/O moduly se silnými schopnostmi přenosu signálu a odolností proti rušení, aby se zajistilo, že signál nebude během přenosu zkreslován ani ztrácen. Například I/O moduly využívající technologii přenosu optickými vlákny mohou účinně zlepšit dosah přenosu a odolnost signálů proti rušení a jsou vhodné pro průmyslové řídicí aplikace v prostředích s velkým počtem rušení a na dlouhé vzdálenosti.

2.2.3 Napájení

Stabilní napájení je základní zárukou normálního provozu PLC a jeho důležitost je samozřejmá. Jakožto klíčové zařízení řídicího systému průmyslové automatizace musí PLC pracovat nepřetržitě a spolehlivě v různých složitých průmyslových prostředích. Pokud se vyskytne problém s napájením, jako je kolísání napětí, výpadek proudu atd., může to způsobit abnormální chod PLC nebo dokonce poškození zařízení, což ovlivní normální provoz celého výrobního procesu a způsobí obrovské ekonomické ztráty.

Napájecí modul PLC má obvykle několik funkcí, které splňují požadavky různých aplikací. Dokáže převádět externí vstupní střídavé napájení na různé stejnosměrné napájení potřebné pro PLC, čímž poskytuje stabilní napájení pro různé komponenty, jako je CPU, paměť, I/O modul atd. Napájecí modul má dobrý výkon stabilizace napětí a dokáže automaticky upravovat výstupní napětí v určitém rozsahu, aby zajistil, že PLC může i nadále normálně fungovat i při kolísání vstupního napětí. V některých průmyslových lokalitách může napětí v síti kolísat v důsledku změn zátěže a z jiných důvodů. Vysoce kvalitní napájecí moduly dokáží tyto kolísání účinně potlačit, zajistit stabilitu výstupního napětí a vytvořit dobré napájecí podmínky pro spolehlivý provoz PLC.

Napájecí modul má také funkce, jako je ochrana proti nadproudu, ochrana proti přepětí a ochrana proti zkratu. Když výstupní proud překročí jmenovitou hodnotu, funkce ochrany proti nadproudu začne odpojovat výstupní výkon, aby se zabránilo poškození vnitřního obvodu PLC nadměrným proudem. Pokud funkce ochrany proti přepětí zjistí, že vstupní napětí je příliš vysoké, podnikne odpovídající opatření, jako je snížení napětí nebo odpojení napájení, aby ochránila PLC před vlivem vysokého napětí. Funkce ochrany proti zkratu dokáže rychle reagovat, když dojde ke zkratu ve výstupním obvodu, aby se zabránilo poškození zařízení zkratovým proudem.

Kromě toho, aby se zajistilo, že PLC dokáže normálně ukládat data a stav v případě náhlého výpadku napájení, některé napájecí moduly jsou také vybaveny záložní baterií. Po výpadku hlavního napájení se záložní baterie okamžitě spustí a poskytne PLC krátkodobou podporu napájení, aby mělo dostatek času na uložení důležitých dat a provozního stavu do energeticky nezávislé paměti. Po obnovení napájení se tak může rychle vrátit do provozního stavu před výpadkem napájení a zajistit tak kontinuitu výrobního procesu. V některých odvětvích s extrémně vysokými požadavky na kontinuitu výroby, jako je petrochemický průmysl, výroba oceli atd., je funkce záložní baterie napájecího modulu obzvláště důležitá, protože může účinně zabránit přerušení výroby a poškození zařízení způsobenému krátkodobými výpadky napájení.

2.3 Softwarový systém PLC

2.3.1 Programovací jazyk

Programovací jazyky pro PLC jsou bohaté a rozmanité, každý s vlastními jedinečnými vlastnostmi a použitelnými scénáři, což inženýrům poskytuje flexibilní možnosti programování, které splňují potřeby různých projektů průmyslového řízení.

Žebříkový diagram (LD) je jeden z nejčastěji používaných a intuitivních programovacích jazyků. Vychází z tradičních schémat elektrických řídicích obvodů a používá grafické symboly, jako jsou relé a kontakty, k reprezentaci logických vztahů. V žebříkovém diagramu jsou normálně rozpojené a normálně sepnuté kontakty reprezentovány různými grafikami a tyto kontakty a cívky jsou kombinovány a propojeny a tvoří logickou řídicí smyčku. Tato programovací metoda je velmi snadno použitelná pro inženýry obeznámené s elektrickým řízením, protože její logický vztah je na první pohled jasný, stejně jako při kreslení skutečného schématu elektrického řídicího obvodu. V jednoduchém programu pro řízení motoru vpřed a vzad lze pomocí žebříkových diagramů jasně ukázat logiku řízení motoru vpřed, vzad a zastavení. Rozumným propojením normálně rozpojených a normálně sepnutých kontaktů ovládacího tlačítka s cívkami stykačů motoru vpřed a vzad lze intuitivně realizovat funkci řízení motoru vpřed a vzad.

Funkční blokový diagram (FBD) je grafický programovací jazyk založený na funkčních modulech. Rozkládá složité řídicí funkce na nezávislé funkční bloky, z nichž každý má specifické vstupy, výstupy a funkce. Tyto funkční bloky jsou podobné modulům integrovaných obvodů v elektronických obvodech. Jejich kombinací a propojením lze realizovat složitou řídicí logiku. Výhodou funkčního blokového diagramu je, že dokáže jasně vyjádřit funkční strukturu a tok dat systému, což usnadňuje modulární návrh a analýzu systému. V řídicím systému automatizované výrobní linky je zapojeno více článků, jako je doprava materiálu, zpracování a testování, a každý článek může být reprezentován funkčním blokem. Propojením těchto funkčních bloků podle výrobního procesu lze rychle sestavit řídicí systém celé výrobní linky a každý funkční blok lze ladit a optimalizovat samostatně.

Seznam instrukcí (IL) je textový programovací jazyk, který používá mnemotechnické pomůcky k reprezentaci různých operačních instrukcí, podobně jako počítačový assemblerovský jazyk. Jazyk seznamů instrukcí je stručný a kompaktní a umožňuje implementovat složité logické operace a zpracování dat. Pro některé řídicí úlohy, které vyžadují vysokou efektivitu provádění programu a složité logické vztahy, může jazyk seznamů instrukcí hrát roli v jejich výhodách. V některých průmyslových scénářích, které vyžadují rychlé zpracování a analýzu velkého množství dat, jako je monitorování a analýza různých dat v reálném čase ve výrobním procesu, mohou programy napsané v jazyce seznamů instrukcí efektivněji provádět úkoly zpracování dat. Čitelnost jazyka seznamů instrukcí je však relativně špatná. Pro začátečníky je obtížné mu porozumět a psát, což vyžaduje hluboké pochopení instrukčního systému PLC.

Strukturovaný text (ST) je textový programovací jazyk na vysoké úrovni se syntaxí podobnou jazyku PASCAL. Podporuje programovací struktury na vysoké úrovni, jako jsou proměnné, datové typy, podmíněné úsudky a řízení smyček. Strukturovaný text je vhodný pro psaní složitých algoritmů a logických programů a umožňuje dosáhnout jemného řízení systému. V některých průmyslových aplikacích, které vyžadují složité matematické operace a logické uvažování, jako je plánování trajektorie robota a implementace algoritmů řízení pohybu, může strukturovaný text poskytnout výkonné programovací možnosti. Dokáže snadno definovat a používat různé datové struktury a algoritmy, čímž logiku programu činí jasnější a stručnější a zlepšuje čitelnost a udržovatelnost programu.

Sekvenční funkční diagram (SFC) je programovací jazyk používaný k popisu procesu sekvenčního řízení řídicího systému. Rozděluje pracovní proces systému do série kroků a přechodových podmínek a realizuje sekvenční řízení systému přepínáním kroků a splňováním přechodových podmínek. Sekvenční funkční diagram dokáže jasně znázornit pracovní postup systému a vztah mezi přechody stavů. U některých řídicích úloh se zřejmou sekvenční strukturou, jako je řízení procesů automatizovaných výrobních linek a řízení provozu výtahu, může programování se sekvenčními funkčními diagramy usnadnit strukturu programu, učinit ji srozumitelnější a udržovatelnější. V systému řízení výtahu může sekvenční funkční diagram intuitivně popsat pořadí a podmínky série akcí výtahu od přijetí signálů volání z patra, stoupání nebo klesání, dosažení cílového patra, otevírání dveří, zavírání dveří atd., aby byl zajištěn bezpečný a stabilní provoz výtahu.

2.3.2 Programovací software a nástroje

Software a nástroje pro programování PLC jsou důležitými prostředky pro vývoj, ladění a údržbu programů PLC. PLC různých značek a modelů jsou obvykle vybaveny odpovídajícím specializovaným programovacím softwarem. Tento software má své vlastní charakteristiky a poskytuje inženýrům bohatou funkční podporu.

Siemens SIMATIC STEP 7 je programovací software široce používaný v PLC řady Siemens s výkonnými funkcemi a vysokou flexibilitou. Podporuje více programovacích jazyků, včetně žebříkových diagramů, diagramů funkčních bloků, seznamů instrukcí atd., aby splňoval programátorské návyky a požadavky různých inženýrů na projekty. Software poskytuje intuitivní uživatelské rozhraní a inženýři mohou snadno vytvářet, upravovat, ladit a monitorovat programy pomocí grafických operací. Při vytváření komplexního programu pro automatizační řídicí systém mohou inženýři použít grafické programovací rozhraní SIMATIC STEP 7 k snadnému kreslení žebříkových diagramů nebo diagramů funkčních bloků a rychlému sestavení struktury programu. Zároveň má software také výkonné diagnostické funkce, které dokáží monitorovat provozní stav PLC v reálném čase, rychle odhalovat a lokalizovat chyby a závady v programu a výrazně zlepšit efektivitu ladění.

RSLogix 5000 od společnosti Rockwell Automation je programovací software pro řadu zařízení Allen-Bradley, určený zejména pro komplexní automatizační projekty. Software poskytuje komplexní řešení, které podporuje objektově orientované programování a umožňuje inženýrům efektivněji organizovat a spravovat programový kód. RSLogix 5000 má také propracované bezpečnostní funkce, které zajišťují bezpečný a spolehlivý chod programů v průmyslových výrobních prostředích. Bezproblémově se integruje s integrovaným prostředím FactoryTalk, dokáže dosáhnout vysokého stupně integrace s dalšími automatizačními zařízeními a systémy a poskytuje silnou podporu pro budování rozsáhlých a komplexních automatizačních řídicích systémů.

CX-Programmer od společnosti Omron je programovací software pro PLC Omron, známý svým uživatelsky přívětivým rozhraním a efektivními programovacími možnostmi. Poskytuje uživatelům intuitivní inženýrské prostředí a zjednodušuje proces psaní programů pomocí pohodlných metod, jako jsou operace drag-and-drop. Pro začátečníky nabízí CX-Programmer velké množství ukázkových programů a podrobné nápovědy, které jim pomohou rychle začít a učit se. V reálných projektech mohou inženýři tyto ukázkové programy použít jako reference v kombinaci se specifickými požadavky na řízení k rychlému psaní a ladění vlastních programů. Zároveň software podporuje také více komunikačních protokolů, což usnadňuje interakci dat a komunikaci s jinými zařízeními.

Kromě výše zmíněného specializovaného programovacího softwaru existují také některé obecné nástroje pro programování PLC, jako například CODESYS. CODESYS je výkonné vývojové prostředí, které podporuje vývoj PLC různých značek a vyznačuje se vysokou všestranností a přenositelností. Nabízí množství programovacích funkcí a knihovních funkcí. Inženýři si mohou vybrat vhodné funkční moduly pro vývoj podle požadavků projektu, čímž se snižuje zátěž opakovaného programování. CODESYS také podporuje online ladění a monitorování, což umožňuje inženýrům sledovat stav běhu programu a hodnoty proměnných v reálném čase a včas odhalovat a řešit problémy.

2.3.3 Metody programování

V programování PLC může použití vhodných návrhových metod zlepšit kvalitu, čitelnost a udržovatelnost programu a zajistit stabilní provoz a efektivní práci řídicího systému. Strukturované programování a modulární programování jsou dvě běžně používané programovací metody, které hrají důležitou roli v programování PLC.

Strukturované programování je programovací metoda založená na třech základních strukturách: sekvenci, výběr a smyčku. Organizací a konstrukcí programové logiky podle těchto tří struktur má program jasnou hierarchii a logický tok. V sekvenci program provádí jednotlivé příkazy v pořadí shora dolů; struktura výběru určuje provádění různých větví programu na základě různých podmínek; struktura smyčky se používá k opakovanému provádění specifického programového kódu, dokud není splněna specifická koncová podmínka. V programování PLC systému regulace teploty lze použít metodu strukturovaného programování. Nejprve se shromáždí data teplotního senzoru a přečtou se prostřednictvím sekvence struktury; poté se shromážděná hodnota teploty porovná s přednastaveným teplotním rozsahem pomocí struktury výběru, aby se určilo, zda je aktuální teplota normální. Pokud je teplota mimo rozsah, zvolí se odpovídající regulační operace podle různých situací, například spuštění topného nebo chladicího zařízení; nakonec se struktura smyčky používá k nepřetržitému monitorování a regulaci teploty, aby se zajistilo, že teplota vždy zůstane v nastaveném rozsahu.

Modulární programování spočívá v rozdělení celého řídicího systému do několika nezávislých modulů podle funkce. Každý modul je zodpovědný za plnění specifických funkčních úkolů a moduly vzájemně přenášejí a interagují prostřednictvím rozhraní. Výhodou této programovací metody je, že zlepšuje udržovatelnost a škálovatelnost programu. Pokud je třeba řídicí systém upgradovat nebo upravit, stačí upravit pouze odpovídající modul, aniž by to ovlivnilo normální provoz ostatních modulů. V PLC řídicím systému automatizované výrobní linky lze jej rozdělit do několika funkčních modulů, jako je modul dopravy materiálu, modul zpracování a modul detekce. Modul dopravy materiálu je zodpovědný za řízení dopravy materiálů na výrobní lince, modul zpracování realizuje zpracování materiálů a modul detekce se používá k provádění kontroly kvality zpracovaných produktů. Každý modul má nezávislá vstupní a výstupní rozhraní a programovou logiku. Díky rozumnému volání a kombinování těchto modulů lze rychle sestavit řídicí systém celé výrobní linky. V pozdějším procesu údržby, pokud dojde k selhání modulu dopravy materiálu, může technik modul přímo zkontrolovat a opravit bez rozsáhlého řešení problémů celého programu.

V reálném návrhu PLC programů se obvykle kombinují metody strukturovaného a modulárního programování. Nejprve se modulární programování použije k rozdělení systému do více funkčních modulů a poté se v rámci každého modulu použijí metody strukturovaného programování k implementaci specifické funkční logiky modulu. To nejen zajišťuje, že celková struktura programu je jasná a snadno se udržuje, ale také zlepšuje čitelnost a škálovatelnost programu, což poskytuje silnou záruku stabilního provozu a efektivního vývoje řídicího systému PLC.

3. Aplikace elektrické technologie PLC v robotech

3.1 Použití v průmyslových robotech

3.1.1 Výroba automobilů

V oblasti automobilové výroby se průmyslové roboty široce používají a elektrická technologie PLC v nich hraje klíčovou roli. Vezměme si jako příklad automobilové svařovací roboty, jejichž pracovní proces zahrnuje vysoce přesné řízení pohybu a komplexní logické úsudek. PLC se svými výkonnými funkcemi realizuje přesné řízení svařování a efektivní koordinaci výrobních procesů.

Ve výrobní lince pro svařování karoserií automobilů obvykle pracuje několik svařovacích robotů společně. Každý svařovací robot musí přesně lokalizovat různé svařované části karoserie a provádět svařovací operace podle přednastavených parametrů svařovacího procesu. PLC může přesně řídit trajektorii pohybu ramene robota díky úzké spolupráci se systémem řízení pohybu robota. Při svařování dveří automobilu vysílá PLC přesné pulzní signály do servomotoru robota podle předem napsaného programu, aby řídil rychlost a úhel motoru, aby se svařovací pistole robota mohla přesně pohybovat k bodu svařování dveří automobilu. Zároveň může PLC také monitorovat stav pohybu robota v reálném čase, aby se zajistilo, že přesnost jeho pohybu je v rámci povoleného rozsahu chyb. Jakmile se zjistí odchylka v pohybu robota, PLC okamžitě vydá pokyn k nastavení, aby se zajistila kvalita svařování.

Řízení parametrů během svařovacího procesu je také zásadní. Parametry, jako je svařovací proud, napětí a rychlost svařování, přímo ovlivňují kvalitu svařování. Prostřednictvím komunikačního spojení se svařovacím zdrojem může PLC upravovat svařovací parametry v reálném čase podle různých míst svařování a materiálů. Pro svařování vysokopevnostní oceli PLC zvyšuje svařovací proud podle přednastavených procesních požadavků, aby byla zajištěna pevnost a kvalita svaru. Během svařovacího procesu PLC navíc neustále sleduje změny svařovacích parametrů. Pokud zjistí nadměrné kolísání proudu nebo abnormální napětí, včas přijme opatření k úpravě, aby se zabránilo vadám svařování.

PLC hraje také klíčovou roli v koordinaci výrobního procesu. Výroba automobilů je vysoce automatizovaný výrobní proces a svářečské roboty musí pracovat ve spojení s dalším výrobním zařízením, jako jsou dopravníkové linky a přípravky. PLC komunikuje s řídicími systémy těchto zařízení, aby se dosáhlo bezproblémové integrace celého výrobního procesu. Když je karoserie přepravována na svářecí stanici, PLC řídí přípravek, aby přesně upnul karoserii a poskytl stabilní pracovní plošinu pro svářecího robota. Po dokončení svařování PLC řídí dopravní linku, která přepravuje svařenou karoserii na další stanici. Tímto způsobem PLC zajišťuje efektivní a stabilní provoz celého výrobního procesu, čímž se zlepšuje efektivita výroby a kvalita výroby automobilů.

3.1.2 Oblast výroby elektroniky

V oblasti elektronické výroby se s rozvojovým trendem miniaturizace a zdokonalování elektronických výrobků stále přísnější požadavky na přesnost a efektivitu výroby. Aplikace PLC elektrické technologie v robotech pro montáž elektronických součástek silně podporuje splnění těchto požadavků a výrazně zlepšuje přesnost a efektivitu výroby.

Elektronické součástky, jako jsou čipy, rezistory, kondenzátory atd., mají obvykle malé rozměry a jejich proces montáže vyžaduje extrémně vysokou přesnost. Vezměme si jako příklad montáž SMD součástek na základních deskách mobilních telefonů, kde montážní robot musí přesně umístit drobné SMD součástky na určené místo na základní desce. PLC dosahuje přesného řízení montážního robota spoluprací s vysoce přesnými vizuálními systémy a systémy řízení pohybu. Vizuální systém je zodpovědný za snímání obrazu a rozpoznávání elektronických součástek a základních desek a získává informace o poloze, držení součástek a poloze svarových bodů na základní desce. Po přenosu těchto informací do PLC provede PLC přesné výpočty a analýzy podle přednastaveného algoritmu a poté odešle řídicí instrukce do systému řízení pohybu robota. Systém řízení pohybu přesně řídí pohyb mechanického ramene robota podle těchto instrukcí, což umožňuje mechanickému rameni uchopit a umístit elektronické součástky s extrémně vysokou přesností. V tomto procesu může PLC dosáhnout přesnosti řízení polohy mechanického ramene na mikronové úrovni, což zajišťuje přesnou montáž elektronických součástek.

PLC může také zlepšit efektivitu montáže optimalizací dráhy pohybu robota a posloupnosti akcí. Během procesu montáže elektronických součástek se robot musí často pohybovat mezi různými místy, aby uchopil a umístil součástky. PLC analyzuje montážní úkol a racionálně plánuje dráhu pohybu robota, čímž se vyhýbá zbytečným pohybům a cestám a zkracuje se doba pohybu robota. Zároveň může PLC optimalizovat posloupnost akcí robota podle typu a množství součástek, aby robot mohl dokončit montážní úkol co nejefektivněji. V montážním úkolu zahrnujícím více typů elektronických součástek může PLC upřednostnit robota při uchopení a umístění součástí, které jsou blízko sebe, podle jejich rozložení, čímž se zkracuje doba nečinnosti robota. Tímto způsobem PLC efektivně zlepšuje efektivitu práce robotů pro montáž elektronických součástek a zkracuje výrobní cyklus.

Kromě toho má PLC také výkonné funkce diagnostiky závad a alarmů. V elektronickém výrobním procesu může být po závadě vyřazeno velké množství produktů, což způsobuje obrovské ekonomické ztráty. PLC dokáže v reálném čase monitorovat provozní stav robota a pracovní podmínky každé komponenty. Jakmile je zjištěna abnormalita, jako je přehřátí motoru, selhání senzoru atd., okamžitě vydá alarm a podnikne odpovídající opatření k jejímu odstranění. PLC dokáže automaticky zastavit provoz robota, aby zabránil dalšímu šíření závady, a zároveň zaznamenávat informace o závadě, čímž poskytuje personálu údržby přesný základ pro diagnostiku závad, výrazně zkracuje dobu řešení problémů a zlepšuje spolehlivost a stabilitu výrobní linky.

3.1.3 Logistika a skladování

V oblasti logistiky a skladování se stále častěji používají logistické manipulační roboty a elektrická technologie PLC poskytuje klíčovou podporu pro jejich efektivní provoz. Prostřednictvím případové analýzy logistických manipulačních robotů můžeme jasně vidět důležitou řídicí roli PLC při plánování tras robotů, manipulaci s nákladem atd.

V moderních logistických skladech musí logističtí manipulační roboti přesně najít skladovací místo zboží ve složitých prostředích a přepravit ho na určená místa. PLC hraje klíčovou roli v plánování trasy robotů. Vezměte si jako příklad AGV (automaticky naváděné vozidlo). Obvykle je vybaveno několika navigačními metodami, jako je laserová navigace, vizuální navigace nebo navigace magnetickým proužkem. Když AGV obdrží manipulační úkol, PLC nejprve získá informace z mapy skladu a informace o poloze zboží. Na základě těchto informací poté PLC použije pokročilé algoritmy pro plánování trasy, jako je algoritmus A* a Dijkstrův algoritmus, k výpočtu optimální trasy z aktuálního místa do skladovacího místa zboží. Během procesu výpočtu PLC zohlední faktory, jako je rozložení překážek ve skladu, šířka kanálu a provoz ostatních robotů, aby zajistil, že plánovaná trasa bude bezpečná a efektivní. Ve velkém logistickém skladu je ve skladu zřízeno mnoho regálů a kanálů a také další manipulační zařízení v provozu. Když AGV potřebuje přepravit zboží, PLC naplánuje optimální trasu, aby se vyhnul překážkám a dalšímu vybavení na základě mapy skladu a informací o prostředí v reálném čase, aby AGV mohl rychle a přesně dosáhnout místa skladování zboží.

Během manipulace s nákladem může PLC přesně řídit pohyby robota. Logističtí manipulační roboti jsou obvykle vybaveni aktuátory, jako jsou manipulátory a chapadla, pro uchopení a přepravu nákladu. PLC je připojeno k řídicímu systému těchto aktuátorů a dokáže přesně řídit trajektorii pohybu manipulátoru a sílu uchopení chapadel podle tvaru, hmotnosti a požadavků na manipulaci s nákladem. U nákladu různých velikostí a hmotností PLC upraví rychlost pohybu a zrychlení manipulátoru, aby zajistil plynulý a bezpečný proces manipulace. Při manipulaci s křehkým nákladem PLC řídí chapadla tak, aby uchopila náklad vhodnou silou, aby se zabránilo poškození nákladu v důsledku příliš pevného uchopení; zároveň PLC řídí rychlost pohybu manipulátoru tak, aby byla pomalejší, aby se zabránilo poškození nákladu v důsledku chvění během manipulace.

Kromě toho dokáže PLC realizovat koordinované řízení více logistických manipulačních robotů. Ve velkých logistických skladech často pracuje více manipulačních robotů současně. PLC se připojuje ke každému robotovi prostřednictvím komunikační sítě a monitoruje jeho pracovní stav a průběh úkolů v reálném čase. Podle logistických potřeb skladu může PLC rozumně přidělovat manipulační úkoly různým robotům, aby se předešlo konfliktům a přetížení mezi roboty a zvýšila se provozní efektivita celého logistického skladovacího systému. Během špičky musí sklad manipulovat s velkým množstvím zboží do a ze skladu současně. PLC rozumně přiděluje úkoly podle umístění, zatížení a priority úkolu každého robota, aby každý robot mohl pracovat efektivně a zajistil plynulý průběh logistických skladovacích operací.

3.2 Použití ve speciálních robotech

3.2.1 Záchranný robot

V oblasti pomoci při katastrofách a záchrany, v nebezpečných a složitých prostředích, jako jsou požáry, ruiny způsobené zemětřesením a oblasti s únikem jaderných paliv, hrají roboti pro pomoc při katastrofách a záchranu nezastupitelnou klíčovou roli a elektrická technologie PLC je základní podporou pro jejich stabilní a efektivní provoz.

Vezměte si jako příklad scénáře záchrany při zemětřesení. Po zemětřesení se budovy hroutí a v troskách se nachází velké množství nestabilních struktur a nebezpečných předmětů. V tomto drsném prostředí se záchranný robot musí dostat hluboko do ruin, aby hledal přeživší a prováděl záchranné práce. PLC dokáže v reálném čase vnímat změny v okolním prostředí díky úzké spolupráci se senzorovým systémem robota. Například infračervené senzory se používají k detekci známek života v troskách. Když senzor detekuje infračervené signály vyzařované lidským tělem, vyšle signál do PLC. Po přijetí signálu PLC analyzuje a posuzuje podle přednastaveného programu, určuje konkrétní umístění známek života a plánuje nejlepší záchrannou cestu. Zároveň PLC také ovládá mechanické rameno robota, aby mohl přesně přesouvat překážky a přibližovat se k přeživším.

Na místě požáru představují vysoké teploty, hustý kouř a toxické plyny velkou hrozbu pro život a bezpečnost záchranářů. Záchranný robot je vybaven zařízením odolným vůči vysokým teplotám a kouři. PLC s tímto vybavením spolupracuje pro dosažení efektivního zásahu na místě požáru. PLC dokáže robota ovládat tak, aby nesl hasicí zařízení a přesně upravoval množství a směr hasicí látky podle velikosti a rozšíření požáru. Při přiblížení ke zdroji požáru PLC v reálném čase monitoruje teplotu robota a data plynových senzorů. Jakmile je teplota příliš vysoká nebo koncentrace škodlivých plynů překročí normu, okamžitě nařídí robotovi evakuaci do bezpečné oblasti, aby byla zajištěna jeho vlastní bezpečnost.

V případě jaderné havárie s únikem musí záchranní roboti vykonávat úkoly ve vysoce radiačním prostředí. Schopnost PLC odolávat rušení a jeho stabilita se v tomto extrémním prostředí plně projevují. Dokáže spolehlivě řídit různé činnosti robota, jako je blokování zdroje úniku a čištění radioaktivních materiálů. Díky technologii dálkového ovládání mohou operátoři vydávat robotovi pokyny prostřednictvím PLC z bezpečné vzdálenosti, čímž se zabrání přímému vystavení personálu vysoce radiačnímu prostředí, což výrazně zlepšuje bezpečnost a proveditelnost záchranných prací.

3.2.2 Roboti pro lékařskou pomoc

V oblasti lékařství přineslo použití elektrické technologie PLC v lékařsky asistovaných robotech revoluční změny v oblasti lékařských služeb, výrazně zlepšilo přesnost a bezpečnost lékařských služeb a poskytlo silné záruky pro léčbu a rehabilitaci pacientů.

Vezměte si jako příklad chirurgické roboty. Při provádění složitých chirurgických operací jsou požadavky na chirurgickou přesnost extrémně vysoké. PLC dosahuje přesného ovládání chirurgických nástrojů spoluprací s vysoce přesným mechanickým ramenem a senzorovým systémem robota. V chirurgii mozku musí chirurgičtí roboti provádět extrémně jemné operace v malém prostoru, aby se zabránilo poškození okolní nervové tkáně. Podle chirurgického plánu a zpětné vazby z obrazu v reálném čase PLC odesílá přesné řídicí pokyny do servomotoru mechanického ramene, což umožňuje mechanickému rameni pohybovat chirurgickými nástroji s přesností na mikrony a přesně odstraňovat postiženou tkáň. Zároveň může PLC také monitorovat polohu a sílu chirurgických nástrojů v reálném čase, aby byla zajištěna bezpečnost a stabilita chirurgického procesu. Pokud se poloha mechanického ramene během operace odchýlí nebo je aplikovaná síla příliš velká, PLC okamžitě spustí alarm a automaticky upraví pohyb mechanického ramene, aby se předešlo poškození pacienta.

V oblasti rehabilitační terapie se stále častěji používají rehabilitační roboti. U pacientů s dysfunkcí končetin v důsledku mrtvice, poranění míchy a z jiných důvodů mohou rehabilitační roboti pomoci s cíleným rehabilitačním tréninkem. PLC hraje důležitou roli v řízení tréninkových pohybů a monitorování stavu pacienta v rehabilitačních robotech. Rehabilitační roboti mohou vyvíjet personalizované tréninkové plány založené na stavu pacienta a fázi rehabilitace. Podle těchto plánů PLC řídí mechanickou strukturu robota a simuluje různé rehabilitační pohyby, jako je chůze a úchop. Zároveň PLC v reálném čase pomocí senzorů monitoruje svalovou sílu pacienta, rozsah pohybu kloubů a další fyziologické ukazatele a podle výsledků monitorování upravuje intenzitu tréninku a režim pohybu, aby byla zajištěna účinnost a bezpečnost rehabilitačního tréninku. Pokud se pacient během tréninku unaví nebo se necítí dobře, senzor vyšle signál do PLC, které upraví tréninkový rytmus nebo trénink včas pozastaví, aby byla zajištěna bezpečnost pacienta.

Kromě toho, pokud jde o lékařskou logistiku a distribuci, mohou logističtí roboti řízení PLC efektivně a přesně přepravovat léky, zdravotnické vybavení, vzorky a další položky v rámci nemocnice. Tito roboti se mohou autonomně pohybovat mezi různými odděleními nemocnice pomocí přednastavených systémů plánování tras a navigace. PLC rozumně rozvrhuje provoz robotů podle logistických potřeb nemocnice a dopravních podmínek v reálném čase, zabraňuje kolizím a dopravním zácpám mezi roboty a zlepšuje efektivitu a přesnost logistiky a distribuce. Během přepravního procesu PLC také v reálném čase monitoruje provozní stav robota a bezpečnost zboží, aby zajistil, že zboží může být doručeno do cíle bezpečně a včas.

3.2.3 Zemědělští roboti

V oblasti zemědělské výroby se s rostoucími náklady na pracovní sílu a neustálým zlepšováním efektivity a požadavků na kvalitu zemědělské výroby postupně stalo důležitým trendem v rozvoji modernizace zemědělství. Aplikace PLC elektrické technologie v zemědělských robotech přinesla do zemědělské výroby významné změny a silně podpořila automatizaci a inteligentní zpracování zemědělské produkce.

Vezměte si jako příklad robota pro sběr ovoce v sadu. Během procesu sběru ovoce je nutné přesně identifikovat zralost, polohu a tvar ovoce a provádět přesné operace sběru. PLC spolupracuje s vizuálním rozpoznávacím systémem robota a robotickým ramenem, aby se dosáhlo efektivního sběru ovoce. Systém vizuálního rozpoznávání používá kameru k zachycení snímků ovoce v sadu a přenáší obrazové informace do PLC. PLC používá vestavěný algoritmus pro zpracování obrazu k analýze a identifikaci snímku za účelem určení zralosti a polohy ovoce. Po identifikaci zralého ovoce vypočítá PLC trajektorii pohybu robotického ramene na základě informací o poloze ovoce a odešle řídicí pokyny do hnacího motoru robotického ramene, aby robotické rameno mohlo ovoce přesně uchopit. Během procesu uchopení PLC také upraví uchopovací sílu robotického ramene podle tvaru a velikosti ovoce, aby se zabránilo jeho poškození. Zároveň může PLC komunikovat se systémem řízení sadu a v reálném čase nahrávat data o sběru, jako je druh, množství a umístění sklizeného ovoce, aby poskytoval datovou podporu pro řízení produkce sadu.

Při odplevelování zemědělské půdy může zemědělský robot pro odplevelování automaticky plevelovat podle rozložení plevele na zemědělské půdě. PLC dosahuje přesné kontroly plevele spoluprací se senzorovým systémem robota a jeho akčním členem. Senzorický systém dokáže monitorovat růst plevele na zemědělské půdě v reálném čase, včetně informací, jako je typ a hustota rozložení plevele. Na základě těchto informací PLC formuluje strategie odplevelování a řídí práci akčních členů. Například u velkých ploch plevele může PLC řídit robota pro odplevelování vyšší rychlostí; u rozptýleného plevele může PLC řídit robota pro přesné plevelování v pevném bodě, aby se zabránilo poškození plodin. Kromě toho může PLC také upravovat rychlost jízdy a polohu robota podle terénu a půdních podmínek zemědělské půdy, aby byla zajištěna stabilita a efektivita odplevelování.

V oblasti zemědělského zavlažování mohou zavlažovací roboti automaticky provádět zavlažovací operace na základě faktorů, jako je vlhkost půdy a požadavky plodin na vodu. PLC realizuje inteligentní řízení zavlažování propojením se senzory vlhkosti půdy, meteorologickými senzory a zavlažovacím zařízením. Senzory vlhkosti půdy monitorují informace o vlhkosti půdy v reálném čase, zatímco meteorologické senzory poskytují informace o povětrnostních podmínkách, jako je teplota a srážky. Na základě těchto informací v kombinaci s fází růstu a potřebou vody plodin PLC vypočítává přiměřené množství zavlažování a dobu zavlažování a řídí otevírání a zavírání zavlažovacího zařízení. Například když je vlhkost půdy nižší než nastavená prahová hodnota a předpověď počasí neukazuje v blízké budoucnosti žádné srážky, PLC řídí zavlažovací zařízení pro zavlažování; když vlhkost půdy dosáhne příslušného rozsahu nebo jsou srážky vysoké, PLC včas zastaví zavlažování, aby se zabránilo plýtvání vodními zdroji. Díky tomuto inteligentnímu řízení zavlažování se nejen zlepšuje účinnost využití vodních zdrojů, ale také lze zajistit vhodné prostředí pro růst plodin, které podporuje růst a vývoj plodin.

3.3 Aplikace v servisních robotech

3.3.1 Domácí servisní robot

V moderním rodinném životě se domácí roboti postupně stávají pravou rukou lidí a přinášejí jim pohodlnější a komfortnější životní zážitek. Vezměte si jako příklad zametacího robota. Díky svým efektivním čisticím schopnostem a inteligentnímu provozu si získal popularitu u spotřebitelů, což je neoddělitelně spojeno se silnou podporou PLC elektrotechniky.

Během provozu zametacího robota je klíčem k efektivnímu čištění funkce autonomní navigace. Díky spolupráci s různými senzory může PLC získávat informace o okolním prostředí robota v reálném čase. Například laserový radarový senzor dokáže rychle skenovat okolní prostor a vykreslit podrobnou mapu a ultrazvukový senzor dokáže detekovat vzdálenost a polohu překážek před ním. PLC integruje a analyzuje data z těchto senzorů a pomocí pokročilých algoritmů plánuje optimální čisticí trasu, aby robot mohl plně a efektivně pokrýt celou čisticí oblast a vyhnout se opomenutí a opakovanému čištění. V komplexním prostředí obývacího pokoje se nacházejí pohovky, konferenční stolky, televizní skříňky a další nábytek. Poté, co zametací robot získá informace o poloze tohoto nábytku pomocí senzorů, PLC rychle naplánuje čisticí trasu, která se vyhne překážkám, počínaje rohem místnosti a čistí řádek po řádku v určitém pořadí, aby bylo zajištěno, že bude možné uklidit každý centimetr podlahy.

PLC hraje také důležitou roli při provádění úklidových úkolů. Dokáže přesně řídit různé čisticí komponenty zametacího robota, jako je motorem poháněný válečkový kartáč a boční kartáč a ventilátor zodpovědný za vysávání. Když robot detekuje prach nebo odpadky na zemi, PLC automaticky upraví rychlost válečkového kartáče a bočního kartáče podle typu a množství odpadků, aby bylo zajištěno jejich efektivní čištění. V případě odolných skvrn může PLC ovládat válečkový kartáč a zvyšovat tlak na zem, čímž se zvyšuje čisticí účinek. Zároveň může PLC také rozumně upravovat sací výkon ventilátoru podle velikosti čištěné plochy a množství odpadků, čímž se snižuje spotřeba energie a prodlužuje se životnost baterie robota a zároveň se zajišťuje čisticí účinek.

PLC navíc poskytuje zametacímu robotu inteligentní funkce správy nabíjení. Když robot zjistí, že je baterie vybitá, PLC naplánuje optimální cestu k nabíjecí stanici na základě předem uložených informací z mapy, aby se robot mohl přesně vrátit k nabíjecí stanici pro nabití. Během nabíjení PLC v reálném čase sleduje stav nabití baterie. Když je baterie plně nabitá, automaticky se zastaví nabíjení, aby se zabránilo poškození baterie v důsledku přebití a prodloužila se její životnost.

3.3.2 Roboti hotelových služeb

V hotelnictví je zlepšení kvality a efektivity služeb klíčem k přilákání zákazníků a zvýšení konkurenceschopnosti. Aplikace PLC elektrické technologie v hotelových servisních robotech přinesla inovativní změny do provozního modelu hotelu a výrazně zlepšila kvalitu a efektivitu služeb.

Hoteloví servisní roboti obvykle vykonávají řadu úkolů, jako je doprovázení hostů, přeprava zavazadel a doručování předmětů. Pokud jde o doprovázení hostů, když hosté vstoupí do hotelové haly, dokáže je naváděcí robot identifikovat pomocí technologie rozpoznávání obličeje a komunikovat s hotelovým systémem pro správu zákazníků, aby získal informace o rezervaci a číslo pokoje hosta. PLC poté na základě těchto informací naplánuje optimální trasu k pokoji hosta a řídí robota, aby hosta do pokoje navedl pomocí hlasu a gest. Během procesu navádění robot v reálném čase monitoruje okolní prostředí, aby se zabránilo kolizím s jinými lidmi nebo předměty. Pokud narazí na výtah, PLC ovládá robota tak, aby komunikoval s řídicím systémem výtahu, automaticky zavolá výtah a navede hosta do výtahu, aby se host mohl do pokoje dostat hladce a rychle.

PLC hraje také důležitou roli v doručování zavazadel a distribuci předmětů. Když host potřebuje manipulaci se zavazadly, hotelový personál je umístí na manipulačního robota. PLC komunikuje s hotelovým systémem správy pater a systémem řízení výtahů, aby získal informace o cílovém patře. Poté PLC řídí robota, aby se podle plánované trasy dostal k výtahu, a po nastoupení do výtahu automaticky stiskne tlačítko cílového patra. Po příjezdu do cílového patra robot přesně doručí zavazadla ke dveřím pokoje hosta na základě informací o čísle pokoje. Pokud jde o distribuci předmětů, když si host objedná zboží prostřednictvím hotelového servisního systému nebo potřebuje donášku jídla, po obdržení informací o objednávce doručovací robot rychle naplánuje trasu doručení a nařídí robotovi, aby se vydal do kuchyně nebo skladu pro vyzvednutí zboží. Po dokončení vyzvednutí je zboží doručeno do pokoje hosta podle předem stanovené trasy. Celý proces je efektivní a přesný, což výrazně zkracuje čekací dobu pro hosty.

Kromě toho lze hotelové servisní roboty integrovat s dalšími hotelovými systémy prostřednictvím PLC pro dosažení inteligentnějších služeb. Například po integraci s hotelovým systémem správy pokojů pro hosty může robot vstoupit do pokoje předem, než se host ubytuje, zapnout klimatizaci, upravit jas světla a vytvořit pro hosta pohodlné prostředí pro check-in. Po odhlášení hosta může robot včas vstoupit do pokoje pro úklid a kontrolu a poskytnout informace o stavu pokoje zpět systému správy pokojů pro hosty, aby se zlepšila efektivita obsluhy.

3.3.3 Vzdělávací a zábavní roboti

V oblasti vzdělávací zábavy přineslo použití elektrické technologie PLC ve vzdělávacích zábavních robotech uživatelům nový interaktivní zážitek a personalizovanou metodu učení, což výrazně obohatilo formu i obsah vzdělávací zábavy.

Pokud jde o interaktivní funkce, vzdělávací a zábavní roboti mohou interagovat s uživateli různými způsoby. Robot je například vybaven technologií rozpoznávání a syntézy hlasu, která dokáže přesně rozpoznávat hlasové příkazy uživatele a odpovídat na jeho otázky hlasem. Když se dítě robota zeptá na určitou vědeckou informaci, systém rozpoznávání hlasu robota převede hlasový signál na textovou informaci a přenese ji do PLC. PLC analyzuje a odpovídá na otázky podle přednastaveného programu a znalostní báze a poté dítěti prostřednictvím technologie syntézy hlasu poskytne odpověď zpět ve formě hlasu. Zároveň může robot s uživatelem interagovat také pomocí výrazů, akcí atd., aby se zvýšila zábava a živost interakce. Když dítě dokončí úkol, robot může poblahopřát blikajícími světly, houpáním těla atd., aby stimuloval zájem a nadšení dítěte pro učení.

Pokud jde o personalizovanou výuku, PLC dokáže přizpůsobit uživatelům personalizované výukové plány na základě faktorů, jako je věk uživatele, jeho studijní pokrok a koníčky. Vzdělávací zábavní roboti mohou v reálném čase sledovat stav učení a výkon uživatele pomocí vestavěných senzorů a systémů analýzy učení. Například soustředění dítěte během procesu učení lze sledovat pomocí kamery a interakci mezi dítětem a robotem lze detekovat pomocí tlakového senzoru. Na základě těchto monitorovacích dat PLC analyzuje učební situaci dítěte a upravuje obsah a metody výuky. Pro děti s rychlejším studijním pokrokem může robot poskytnout náročnější učební úkoly; pro děti s poruchami učení může robot zpomalit tempo výuky a poskytnout více příkladů a pokynů. Ve výuce angličtiny může robot upravit obtížnost slov a způsob vysvětlování podle úrovně angličtiny dítěte, aby dítěti pomohl lépe zvládnout znalosti angličtiny.

Kromě toho se vzdělávací zábavní roboti mohou také připojit k online vzdělávacím platformám, aby získali bohaté výukové zdroje a poskytli uživatelům rozmanitější vzdělávací zážitek. PLC řídí robota, aby interagoval s online vzdělávací platformou a stahoval nejnovější výukové materiály, výuková videa atd. Zároveň může robot také nahrávat vzdělávací data uživatelů na platformu, aby je učitelé a rodiče mohli analyzovat a vyhodnocovat, a lépe tak vést učení dětí.

4. Mechanismus elektrické technologie PLC pro realizaci inteligentní automatizace robotů

4.1 Přesné ovládání a polohování

4.1.1 Algoritmus řízení pohybu

V procesu inteligentní automatizace robotů je algoritmus řízení pohybu používaný PLC klíčovým prvkem, který poskytuje robotu klíčovou podporu pro dosažení přesného řízení trajektorie pohybu. Mezi nimi je široce používán algoritmus řízení PID (proporcionálně-integrálně-derivačně). Tento algoritmus dokáže efektivně korigovat odchylku pohybu robota přesným nastavením tří článků: proporcionálního, integračního a derivačního. Když průmyslový robot přepravuje materiály, předpokládá se, že robot musí přesně přesunout předměty z bodu A do bodu B. Během pohybu bude snímač polohy monitorovat odchylku mezi aktuální polohou robota a cílovou polohou bodu B v reálném čase. Proporcionální článek v algoritmu PID bude vydávat řídicí signál proporcionálně podle velikosti odchylky, takže se robot rychle pohybuje směrem k cílové poloze. Integrační článek integruje odchylku, což může eliminovat chybu ustáleného stavu v systému a zajistit, aby robot nakonec dosáhl cílové polohy přesně, aniž by zůstal na místě s určitou odchylkou od cílové polohy. Diferenciální článek předem upraví řídicí signál podle rychlosti změny odchylky, aby se zabránilo prudkému průchodu robota cílovým bodem v důsledku nadměrné setrvačnosti při přiblížení k cílové poloze, čímž se dosáhne stability a přesnosti pohybu robota.

Kromě algoritmu PID řízení se v robotech řízených PLC používají i některé pokročilé algoritmy řízení pohybu, jako je adaptivní algoritmus řízení a algoritmus synoviálního řízení. Adaptivní algoritmus řízení dokáže automaticky upravovat parametry řízení podle provozního stavu robota a změn prostředí, aby se přizpůsobil různým pracovním podmínkám. Pokud během provozu robota dojde k náhlé změně zatížení, dokáže adaptivní algoritmus řízení v reálném čase upravit výstupní točivý moment motoru, aby se zajistilo, že rychlost a přesnost pohybu robota nebudou ovlivněny. Algoritmus synoviálního řízení dosahuje robustního řízení systému tím, že navrhuje synoviální povrch tak, aby stav systému klouzal po synoviálním povrchu. V nejistém průmyslovém prostředí dokáže algoritmus synoviálního řízení účinně odolávat vnějšímu rušení a změnám parametrů systému, a tím zajistit přesnost řízení pohybu robota.

4.1.2 Zpětná vazba a kalibrace senzoru

Senzory hrají nepostradatelnou roli v procesu realizace inteligentní automatizace robotů pomocí PLC. Jsou jako „oči“ a „uši“ robota, poskytují PLC přesnou zpětnou vazbu v reálném čase, čímž dosahují přesné korekce polohy a držení těla robota.

Existuje mnoho běžných typů senzorů, mezi nimiž jsou senzory polohy, jako jsou enkodéry a mřížková pravítka, které dokáží přesně měřit informace o poloze kloubů robota nebo robotických ramen. Vezměme si jako příklad enkodér, který převádí mechanický pohyb na digitální signály, aby poskytl PLC data o úhlu natočení nebo lineárním posunu každého kloubu robota. Když robot provádí složité montážní úkoly, senzor polohy monitoruje polohu robotického ramene v reálném čase. Když detekuje, že se poloha robotického ramene odchyluje od přednastavené montážní polohy, vrátí informace o odchylce zpět do PLC. Po přijetí zpětnovazebního signálu PLC upraví pohyb robotického ramene podle přednastavené strategie řízení tak, aby robotické rameno mohlo přesně dosáhnout montážní polohy a zajistit vysoce přesné dokončení montážního úkolu.

Snímače polohy, jako jsou gyroskopy a akcelerometry, se používají ke sledování změn polohy robota. Během provozu mobilního robota může gyroskop měřit úhlovou rychlost otáčení robota v reálném čase a akcelerometr dokáže detekovat zrychlení robota. Když se robot pohybuje po nerovném terénu, snímač polohy snímá změnu polohy robota a přenáší tuto informaci do PLC. Na základě zpětné vazby ze snímače polohy PLC řídí hnací motor robota nebo upravuje mechanickou strukturu tak, aby robot udržel stabilní polohu a zabránil kolizím nebo selhání mise způsobeným nerovnováhou polohy.

Kamerové senzory hrají také důležitou roli v inteligentní automatizaci robotů. Sběrem obrazových informací pomocí kamer dokáží kamerové senzory identifikovat tvar, barvu, polohu a další vlastnosti objektů. V logistickém skladování musí roboti přesně uchopit cílové zboží z velkého množství. Kamerové senzory shromažďují a analyzují obrazy zboží a vracejí informace o poloze cílového zboží do PLC. Na základě těchto informací PLC řídí pohyb mechanického ramene robota, aby dosáhl přesného uchopení cílového zboží.

4.1.3 Technologie pro zlepšení přesnosti polohování

Aby bylo možné uspokojit požadavky robotů na vysoce přesné polohování v různých aplikačních scénářích, objevila se řada pokročilých technických prostředků. Tyto technologie výrazně zlepšily přesnost polohování robotů řízených PLC.

Vysoce přesné enkodéry, klíčová součást polohování, neustále zlepšují své rozlišení a přesnost. Moderní vysoce přesné enkodéry dokáží dosáhnout měření polohy na úrovni submikronu, což poskytuje pevný základ pro přesné polohování robotů. V oblasti přesného obrábění potřebují roboti provádět vysoce přesné obráběcí operace na drobných dílech. Vysoce přesné enkodéry mohou poskytovat zpětnou vazbu o poloze robota v reálném čase a s přesností, což zajišťuje, že přesnost obrábění dosáhne úrovně mikronů nebo dokonce nanometrů.

Technologie laserového polohování dokáže přesně měřit polohu robotů vysíláním a přijímáním laserových signálů. Ve velkých logistických skladech potřebují roboti rychle a přesně lokalizovat zboží v širokém prostoru. Laserový polohovací systém využívá laserový vysílač instalovaný na střeše skladu a laserový přijímač na robotu k přesnému výpočtu souřadnic polohy robota měřením doby šíření a úhlu laserového signálu. Tato technologie se vyznačuje vysokou přesností polohování a rychlou rychlostí odezvy a může efektivně zlepšit přesnost polohování a provozní efektivitu robotů ve složitých prostředích.

Technologie fúze více senzorů je navíc důležitým prostředkem pro zlepšení přesnosti polohování robotů. Organickou integrací různých typů senzorů, jako jsou senzory polohy, senzory postoje a vizuální senzory, a komplexním využitím výhod každého senzoru lze získat komplexnější a přesnější informace o prostředí a stavu robota. V inteligentních továrnách musí roboti plnit různé úkoly v dynamicky se měnícím prostředí. Díky technologii fúze více senzorů se kombinují informace o poloze poskytované senzorem polohy, data o poloze zpětně přenášená senzorem polohy a environmentální prvky rozpoznávané vizuálním senzorem. PLC dokáže přesněji vypočítat polohu a postoj robota, čímž dosahuje vysoce přesného řízení robota.

V některých aplikačních scénářích, které vyžadují extrémně vysokou přesnost polohování, lze použít i technologii absolutního polohování. Na rozdíl od tradiční technologie relativního polohování dokáže technologie absolutního polohování přesně obnovit robota do jeho polohy před výpadkem napájení bez nutnosti rekalibrace po výpadku napájení. Tato technologie využívá speciální kódovací metody nebo senzory, které každé poloze robota přidělují jedinečný kód, což robotu umožňuje kdykoli určit jeho absolutní polohu, čímž se efektivně zabrání odchylkám polohování způsobeným kumulativními chybami a dále se zlepší přesnost a spolehlivost polohování robota.

4.2 Plánování a provádění mise

4.2.1 Dekompozice úloh založená na PLC

V procesu provádění složitých úkolů roboty hraje PLC klíčovou roli v dekompozici úkolů, kdy chytře rozděluje celkový úkol na několik dílčích úkolů, podobně jako rozděluje obrovskou budovu na snadno sestavitelné moduly, aby se dosáhlo efektivního provedení. Vezměte si jako příklad úkol montáže v průmyslové výrobě. Předpokládejme, že robot potřebuje dokončit montáž složitého mechanického zařízení. Tento úkol zahrnuje několik článků, jako je uchopení, manipulace, polohování a montáž mnoha dílů. PLC nejprve podrobně analyzuje celý proces montáže a rozloží úkol na několik dílčích úkolů podle postupu montáže a procesních požadavků na díly. Například uchopení různých typů dílů je rozděleno na nezávislé dílčí úkoly, z nichž každý odpovídá specifickému dílu a úchopné akci; přenášení dílů do montážní pozice je také nezávislým dílčím úkolem a manipulační dráha a cílová pozice jsou jasně definovány.

Pro každý dílčí úkol PLC dále rozvine podrobné kroky provedení a strategie řízení. V dílčím úkolu uchopení dílů bude PLC řídit mechanické rameno robota tak, aby uchopilo díly specifickou pozicí a akcí podle informací o tvaru, velikosti a poloze dílů. Přesným řízením úhlu pohybu a rychlosti každého kloubu mechanického ramene je zajištěno, že mechanické rameno dokáže přesně dosáhnout umístění dílů a uchopit je s vhodnou silou, aby se zabránilo jejich poškození nebo selhání uchopení v důsledku nesprávného uchopení. V dílčím úkolu manipulace PLC naplánuje optimální manipulační trasu na základě aktuální polohy robota a cílové polohy sestavy, přičemž zohlední překážky v pracovním prostoru a provoz dalšího zařízení, aby byla zajištěna bezpečnost a efektivita manipulačního procesu.

Tato metoda dekompozice úloh založená na PLC umožňuje robotu provádět složité úkoly uspořádaným způsobem a každý dílčí úkol lze přesně řídit a efektivně provádět. Zjednodušením složitých úkolů se nejen zlepšuje pracovní efektivita robota, ale také se snižuje obtížnost a pravděpodobnost chyb při provádění úkolu. Když se v dílčím úkolu vyskytne problém, PLC jej dokáže rychle lokalizovat a přijmout vhodná opatření k jeho úpravě nebo opětovnému provedení, čímž se zajistí hladký průběh celého úkolu.

4.2.2 Řízení sekvencí a optimalizace procesů

V procesu provádění úloh robotem je velmi důležitý způsob, jakým PLC realizuje řízení sekvence a optimalizaci procesů. Vezměme si jako příklad automatizovanou výrobní linku, kde robot provádí řadu úkolů, jako je manipulace s materiálem, zpracování a testování, a je třeba přesně řídit sekvenci a časový interval každého článku. PLC striktně nastavuje pořadí provádění každého úkolu podle požadavků výrobního procesu pomocí podrobných programů. Například v manipulačním článku bude PLC řídit robota tak, aby nejprve uchopil materiál ze skladu surovin a poté jej přesunul do zpracovatelské stanice podle předem stanovené dráhy. Teprve když je materiál přesně umístěn na zpracovatelské stanici, PLC spustí procesní zařízení. Po dokončení zpracování bude PLC řídit robota tak, aby přesunul zpracovaný produkt do kontrolní oblasti pro kontrolu kvality.

Za účelem optimalizace pracovního postupu a zlepšení efektivity výroby PLC doladí časové intervaly mezi úkoly. Racionálním uspořádáním doby činnosti a čekání robota lze snížit zbytečné čekání a nečinnost a efektivně provozovat výrobní linku. V některých případech může PLC dynamicky upravovat pořadí provádění a časové intervaly úkolů na základě dat z výrobní linky v reálném čase. Pokud se během procesu kontroly zjistí problémy s kvalitou produktu, může PLC okamžitě upravit harmonogram úkolů robota, přesunout produkt do vadné oblasti k samostatnému zpracování a upozornit výrobní linku, aby pokračovala ve výrobě dalších produktů, čímž se zabrání stagnaci výrobní linky v důsledku čekání na zpracování vadných produktů.

Kromě toho může PLC dále optimalizovat výrobní proces spoluprací s dalším zařízením. V automatizované výrobní lince roboti obvykle potřebují pracovat s různými zařízeními, jako jsou dopravníkové pásy, senzory a řídicí jednotky. PLC dosahuje sdílení informací a kolaborativního řízení prostřednictvím komunikačního spojení s těmito zařízeními. Když dopravníkový pás přepraví materiál na určené místo, senzor vyšle signál do PLC. Po přijetí signálu PLC okamžitě ovládá robota k provedení operace uchopení, čímž zajišťuje bezproblémové propojení celého výrobního procesu a zlepšuje efektivitu výroby a kvalitu produktů.

4.2.3 Úprava úkolů a reakce v reálném čase

Během plnění úkolů se roboti nevyhnutelně setkávají s různými mimořádnými událostmi, jako jsou změny vnějšího prostředí, změny požadavků na úkoly atd. V tomto okamžiku PLC prokazuje silné schopnosti přizpůsobení a reakce na úkoly v reálném čase, což zajišťuje, že se robot dokáže rychle přizpůsobit novým situacím a pokračovat v efektivním a stabilním plnění úkolů.

Vezměte si jako příklad manipulačního robota v logistickém skladování. Když se rozložení regálů ve skladu dočasně upraví nebo se objeví nové překážky, manipulační trasa původně plánovaná robotem již nemusí být použitelná. V tomto okamžiku senzory instalované na robotu, jako je lidar, vizuální senzory atd., detekují změny v prostředí v reálném čase a rychle tyto informace přenesou do PLC. Po přijetí signálu PLC okamžitě spustí algoritmus pro přeplánování trasy, rychle vypočítá novou trasu, aby se vyhnula překážkám, na základě nových informací o prostředí a včas odešle řídicí pokyny do systému řízení pohybu robota, aby robot mohl pokračovat v provádění manipulačního úkolu po nové trase.

Pokud dojde k poruše zařízení během provádění úkolu, PLC dokáže rychle reagovat. Například když selže motor manipulačního robota, stav pohybu robota se abnormálně změní. PLC dokáže včas detekovat poruchu sledováním provozních parametrů motoru a stavu pohybu robota v reálném čase. Jakmile je detekována porucha, PLC okamžitě zastaví aktuální úlohu robota a spustí záložní motor nebo přepne do jiných možných pracovních režimů, aby zajistilo, že úloha může pokračovat. Pokud záložní motor není k dispozici, PLC ovládá robota tak, aby bezpečně umístil zboží na blízké určené místo, a spustí alarm, aby upozornil personál údržby na provedení oprav.

Kromě toho, když se požadavky na úkol změní, může PLC také flexibilně upravovat úkoly robota. Například na výrobní lince měl robot původně sestavit díly modelu A určitého produktu, ale náhle obdržel oznámení o změně na sestavování dílů modelu B. PLC rychle upraví provozní postupy a řídicí parametry robota, včetně trajektorie pohybu robota, uchopovací síly atd., podle nových požadavků úkolu, aby se přizpůsobil požadavkům na montáž dílů modelu B. Prostřednictvím tohoto mechanismu úpravy a reakce na úkoly v reálném čase umožňuje PLC robotu udržovat vysoký stupeň přizpůsobivosti a spolehlivosti ve složitém a měnícím se pracovním prostředí, což efektivně zlepšuje stabilitu a flexibilitu výrobního systému.

4.3 Interakce a spolupráce člověka s počítačem

4.3.1 Návrh rozhraní člověk-stroj

Návrh rozhraní člověk-stroj robota založeného na PLC si klade za cíl zlepšit pohodlí a intuici ovládání a zajistit, aby operátoři mohli s robotem interagovat efektivně a přesně. Během procesu návrhu byly plně zohledněny potřeby a návyky operátorů a byla přijata řada pokročilých konstrukčních konceptů a technologií.

Rozvržení rozhraní bylo pečlivě naplánováno. Běžně používaná ovládací tlačítka, oblasti zobrazení stavu a okna pro nastavení parametrů jsou rozumně seskupena, aby bylo zajištěno centralizované zobrazení příslušných funkčních komponent, což obsluze usnadňuje rychlé nalezení požadovaných funkcí. Pro ovládací rozhraní průmyslových robotů jsou základní ovládací tlačítka, jako je start, stop a pauza, umístěna na viditelných a snadno ovladatelných místech; oblasti zobrazení, jako je stav pohybu robota a informace o poruchách, jsou uspořádány v horní nebo střední části rozhraní, aby obsluha získala klíčové informace na první pohled. Zároveň se vyhýbá přeplnění rozhraní, zachovává se jednoduchý a přehledný styl uspořádání, snižuje se vizuální zátěž obsluhy a zvyšuje se provozní efektivita.

Pokud jde o metody interakce, používá se řada prostředků pro uspokojení potřeb různých operátorů. Kromě tradičního ovládání kliknutím na tlačítko je zavedeno také dotykové ovládání, rozpoznávání gest a další funkce. V některých špičkových rozhraních robot-člověk mohou operátoři robota přímo ovládat dotykem na obrazovku, například přetahováním ikon pro úpravu trajektorie pohybu robota nebo přepínáním různých provozních režimů pomocí gest posuvu. Tato intuitivní metoda interakce výrazně snižuje obtížnost ovládání a zlepšuje plynulost provozu. Široce se používají i funkce hlasové interakce. Operátoři mohou ovládat akce robota pomocí hlasových příkazů, jako například „Robote, uchop díly“ a „Robote, přesuň se na určené místo“, což jim dále uvolňuje ruce a zlepšuje pohodlí při ovládání.

Aby se zlepšilo vnímání provozního stavu robota operátorem, rozhraní se zaměřuje také na vizualizaci dat v reálném čase. Prostřednictvím grafů, křivek a dalších forem jsou intuitivně prezentovány parametry pohybu robota, postup práce, stav zařízení a další informace. V rozhraní člověk-stroj logistického manipulačního robota se používá dynamická mapa k zobrazení polohy robota ve skladu v reálném čase a průběhu provádění jeho manipulačních úkolů; sloupcový nebo spojnicový graf se používá k zobrazení změn výkonu, zatížení a dalších parametrů robota, aby operátor mohl v reálném čase pochopit pracovní stav robota a včas provést odpovídající úpravy.

4.3.2 Dálkové monitorování a ovládání

PLC hraje klíčovou roli v realizaci vzdáleného monitorování a řízení robotů. S pomocí moderních komunikačních technologií se mu podařilo prolomit geografická omezení a výrazně rozšířit rozsah použití robotů.

Pokud jde o vzdálené monitorování, PLC úzce spolupracuje s různými senzory a shromažďuje data o provozu robota v reálném čase, včetně polohy, rychlosti, zrychlení, pracovního zatížení a dalších informací. Tato data jsou přenášena do vzdáleného monitorovacího centra prostřednictvím sítě a monitorovací personál může kdykoli a kdekoli kontrolovat provozní stav robota pomocí koncových zařízení, jako jsou počítače a mobilní telefony. V široce distribuované průmyslové výrobní síti mohou manažeři společnosti pomocí systému vzdáleného monitorování v kanceláři porozumět pracovním podmínkám robotů v každé výrobní dílně v reálném čase, například zda roboti fungují normálně nebo zda se vyskytly nějaké poruchy. Jakmile je zjištěna abnormální situace, monitorovací personál může včas přijmout opatření k jejímu řešení, zabránit dalšímu šíření poruchy a zajistit kontinuitu výroby.

Funkce dálkového ovládání umožňuje operátorům ovládat robota v reálném čase ve vzdáleném prostředí. Prostřednictvím síťového připojení mohou operátoři odesílat řídicí pokyny do PLC pro spuštění, zastavení, úpravu rychlosti, plánování pohybů a další operace robota. V některých nebezpečných nebo náročných pracovních prostředích, jako jsou oblasti jaderného záření a hlubinný průzkum, mohou operátoři přesně ovládat robota pomocí PLC na bezpečném vzdáleném místě a plnit tak složité úkoly. Při sanačních pracích po jaderném záření mohou operátoři dálkově ovládat roboty, aby přenášeli profesionální vybavení pro čištění a zpracování zdrojů záření v řídicím centru daleko od oblasti záření, a tím zajistili svou vlastní bezpečnost a zároveň efektivně plnili úkoly.

Aby byla zajištěna stabilita a spolehlivost vzdáleného monitorování a řízení, používá se řada pokročilých komunikačních technologií a bezpečnostních opatření. V oblasti komunikačních technologií se používají vysokorychlostní a stabilní drátové nebo bezdrátové komunikační sítě, jako je průmyslový Ethernet a 5G, aby byla zajištěna přesnost a rychlost přenosu dat v reálném čase. Z hlediska bezpečnostních opatření jsou zavedeny přísné mechanismy ověřování identity uživatelů a správy přístupových práv. K systému vzdáleného monitorování a řízení mají přístup pouze oprávnění pracovníci, aby se zabránilo nelegálním operacím a úniku dat. Zároveň se k šifrování přenášených dat používá technologie šifrování dat, aby se zajistila bezpečnost dat během přenosu.

4.3.3 Spolupráce mezi lidmi a roboty

V moderním výrobním prostředí se spolupráce mezi lidmi a roboty stala důležitým modelem pro zlepšení efektivity a kvality práce a PLC v ní hraje nepostradatelnou podpůrnou roli. Prostřednictvím rozumného rozdělení a koordinace úkolů se výhody lidí a robotů doplňují.

Pokud jde o přidělování úkolů, PLC provádí vědecká a rozumná opatření založená na povaze a obtížnosti úkolů a schopnostech lidí a robotů. U některých úkolů s vysokou opakovatelností a přísnými požadavky na přesnost, jako je přesná montáž dílů a vysokorychlostní třídění, mají přednost roboti. Díky přesnému řízení pohybu a stabilnímu výkonu mohou roboti tyto úkoly plnit efektivně a přesně, čímž zlepšují efektivitu výroby a kvalitu produktů. Za úkoly, které vyžadují lidskou kreativitu, úsudek a flexibilitu, jako je řešení složitých problémů a komunikace se zákazníky, jsou zodpovědní operátoři. V dílně na výrobu elektronických výrobků jsou roboti zodpovědní za přesné pájení drobných elektronických součástek na desky plošných spojů, zatímco operátoři jsou zodpovědní za kontrolu kvality pájených desek plošných spojů, aby zjistili, zda se vyskytly problémy, jako je pájení za studena a zkraty, a na základě výsledků testů provedou odpovídající úpravy a opravy.

V procesu kolaborativní operace realizuje PLC výměnu informací a koordinaci akcí mezi lidmi a roboty v reálném čase. Operátor může prostřednictvím rozhraní člověk-stroj odesílat instrukce do PLC, aby informoval robota o aktuálních požadavcích na úkol a pracovním stavu; PLC v reálném čase poskytuje operátorovi zpětnou vazbu o provozním stavu robota, aby mohl činit odpovídající rozhodnutí. V logistickém skladování, když operátor potřebuje, aby robot přesunul dávku zboží, odešle operátor prostřednictvím rozhraní člověk-stroj do PLC instrukci k manipulačnímu úkolu. Po přijetí instrukce PLC řídí robota, aby se dostal do skladovacího místa zboží k přepravě. Během přepravního procesu robot v reálném čase vrací do PLC svou vlastní polohu, postup přepravy a další informace, které poté PLC předává operátorovi, aby mohl v reálném čase pochopit situaci přepravy nákladu.

Aby byla zajištěna bezpečnost osob a robotů v procesu kolaborativního provozu, je PLC vybaveno také kompletním bezpečnostním ochranným mechanismem. Senzory monitorují informace o poloze osob a robotů v reálném čase. Pokud PLC zjistí, že vzdálenost mezi osobami a roboty je příliš malá nebo že může dojít ke kolizi, okamžitě spustí alarm a zastaví robota, aby se předešlo bezpečnostním nehodám. Na průmyslové výrobní lince, když se operátor přiblíží k běžícímu robotovi, senzory instalované kolem robota detekují přítomnost osoby a odešlou signál do PLC. PLC rychle zareaguje a zastaví příslušné činnosti robota, aby byla zajištěna bezpečnost operátora.

5. Stav vývoje a výzvy elektrotechniky PLC v oblasti robotiky

5.1 Analýza stavu vývoje

5.1.1 Úspěchy v oblasti technologických inovací

V posledních letech dosáhla elektrotechnika s PLC v oblasti robotiky řady pozoruhodných inovativních výsledků. Pokud jde o řídicí algoritmy, adaptivní řídicí algoritmus byl dále optimalizován a rozšířen. Tento algoritmus dokáže v reálném čase snímat provozní stav robota a změny v pracovním prostředí a automaticky upravovat řídicí parametry pro dosažení nejlepšího řídicího efektu. Když průmyslové roboty zpracovávají složité díly a zatížení se během zpracování mění, adaptivní řídicí algoritmus dokáže rychle upravit rychlost a sílu pohybu robota, aby byla zajištěna vysoká přesnost zpracování, a efektivně se tak zlepšuje kvalita výrobků a efektivita výroby.

Pokud jde o hardwarové vylepšení, výkon PLC procesorů se výrazně zlepšil. V PLC vyšší třídy se široce používají nové vícejádrové procesory, které výrazně zlepšují rychlost zpracování dat a výpočetní výkon. Vezměte si jako příklad jistou značku nového PLC. Čtyřjádrový procesor, který používá, dokáže zpracovávat více úloh současně. Při zpracování velkého množství dat ze senzorů a složité řídicí logiky je rychlost odezvy několikanásobně vyšší než u tradičních jednojádrových procesorů, což umožňuje robotům provádět různé úkoly rychleji a přesněji.

Inovace v komunikačních technologiích navíc silně podporují efektivní spolupráci mezi PLC a roboty. Použití vysokorychlostních komunikačních technologií, jako je průmyslový Ethernet a 5G, umožnilo přenos dat v reálném čase a vysokou rychlostí, čímž se snížila komunikační zpoždění a ztráta datových paketů. Ve velkých logistických a skladovacích scénářích musí velké množství logistických manipulačních robotů komunikovat s centrálním řídicím systémem v reálném čase. Použití komunikační technologie 5G umožňuje robotům rychle přijímat úkolové pokyny a poskytovat včasnou zpětnou vazbu o svém vlastním provozním stavu, což výrazně zlepšuje provozní efektivitu celého logistického a skladovacího systému.

5.1.2 Tržní aplikace

Aplikace elektrické technologie PLC na různých typech trhů s roboty představuje diverzifikovaný vývojový trend. Na trhu s průmyslovými roboty zaujímají aplikace PLC dominantní postavení, zejména v automobilovém průmyslu, výrobě elektroniky, strojírenství a dalších odvětvích. Podle údajů z institucí zabývajících se průzkumem trhu používá v automobilovém průmyslu technologii PLC více než 80% průmyslových řídicích systémů robotů a tento podíl je vyšší než více než 70% v elektronickém průmyslu. Díky vysoké spolehlivosti, výkonným logickým řídicím schopnostem a dobré škálovatelnosti dokáže PLC splnit požadavky průmyslové výroby na vysokou přesnost, vysokou rychlost a vysokou stabilitu robotů.

Na trhu servisních robotů se postupně zvyšuje i využití PLC. S tím, jak se lidé snaží o kvalitu života, roste i poptávka po robotech pro domácí služby, hotelové služby atd. Přestože je současný podíl PLC na trhu servisních robotů relativně malý, vykazuje rychlý vzestupný trend. U robotů pro domácí služby může PLC dosáhnout přesného řízení úklidu, navigace, vyhýbání se překážkám a dalších funkcí, čímž uživatelům poskytuje inteligentnější a pohodlnější servisní zážitek. V oblasti hotelových servisních robotů umožňuje použití PLC robotům efektivně plnit úkoly, jako je navádění hostů, přeprava zavazadel a doručování předmětů, čímž se zlepšuje kvalita služeb a provozní efektivita hotelu.

Na trhu se speciálními roboty hraje PLC také důležitou roli. V oblastech speciálních robotů, jako je záchranná služba, lékařská pomoc a zemědělské operace, může použití PLC splnit speciální požadavky těchto robotů na spolehlivost, stabilitu a přesné řízení ve složitých prostředích. U robotů pro záchranu v nouzových situacích může PLC stabilně fungovat v náročných podmínkách prostředí, řídit roboty k provádění nebezpečných úkolů, jako je pátrání a záchrana, a zajistit hladký průběh záchranných prací. U robotů pro lékařskou pomoc zajišťuje přesná řídicí schopnost PLC bezpečnost a přesnost robotů během chirurgických zákroků, rehabilitační léčby atd. a poskytuje silnou ochranu zdraví pacientů.

5.1.3 Průmyslové normy a specifikace

Aby bylo zajištěno bezpečné a spolehlivé použití elektrické technologie PLC v oblasti robotiky, neustále se vyvíjí formulace příslušných průmyslových norem a specifikací. Norma IEC 61131, kterou formulovala Mezinárodní elektrotechnická komise (IEC), je jednou z důležitých norem v oblasti PLC. Tato norma poskytuje podrobné předpisy pro programovací jazyky PLC, hardwarové požadavky, komunikační standardy atd. a poskytuje jednotné specifikace pro návrh, vývoj a aplikaci PLC. V systému řízení robotů může dodržování normy IEC 61131 zajistit dobrou kompatibilitu a interoperabilitu mezi PLC různých značek a modelů a usnadnit integraci a údržbu systému.

V Číně se s rostoucí popularitou PLC elektrotechniky v oblasti robotiky postupně vylepšují i příslušné národní normy. Norma „Programovatelný řídicí systém Část 2: Požadavky na zařízení a testy“ (GB/T 15969.2-2024), vydaná v roce 2024, jasně stanoví požadavky na zařízení a zkušební metody pro PLC a poskytuje základ pro kontrolu kvality a zlepšení výkonu PLC produktů. Formulace těchto norem a specifikací nejen pomůže zlepšit úroveň aplikace PLC elektrotechniky v oblasti robotiky, ale také zajistí bezpečnost a spolehlivost robotických systémů a podpoří zdravý a řádný rozvoj celého odvětví.

5.2 Výzvy

5.2.1 Technické úzké místo

Přestože elektrotechnika PLC dosáhla v oblasti robotiky významného pokroku, stále čelí mnoha technickým překážkám při zvládání složitých úkolů a vysokorychlostních výpočtů. S rostoucí složitostí scénářů aplikací robotů, jako je přesná montáž, lékařská chirurgie a další oblasti, jsou kladeny extrémně vysoké požadavky na přesnost pohybu, rychlost a stabilitu robota. Při řešení složitých úkolů plánování trajektorie a řízení v reálném čase může být výpočetní výkon a rychlost zpracování PLC obtížné uspokojit potřeby. V procesu montáže přesných elektronických součástek musí robot provádět vysoce přesné uchopení a umístění ve velmi krátkém čase, což vyžaduje, aby PLC rychle zpracovalo velké množství dat ze senzorů a přesně řídilo pohyb robota. Výkon procesoru některých současných PLC je však omezený a nedokáže tyto složité výpočty dokončit v krátkém čase, což má za následek omezenou přesnost a rychlost pohybu robota.

Pokud jde o vysokorychlostní výpočty, když robot provádí úkoly s vysokorychlostním pohybem, jako je vysokorychlostní třídění a rychlá manipulace, musí být PLC schopen rychle reagovat na změny externích signálů a včas upravovat strategii řízení. Pokud však stávající PLC zpracovává vysokofrekvenční signály a vysokorychlostní přenos dat, mohou se vyskytnout problémy, jako je ztráta dat a zpoždění, které ovlivňují provozní stabilitu a přesnost robota. Na vysokorychlostní třídicí lince je přenosová rychlost položek extrémně vysoká a robot musí položky rychle identifikovat a provádět třídicí operace. Pokud výpočetní rychlost PLC nedokáže udržet tempo, může to způsobit, že robot promešká příležitost k třídění a sníží se efektivita třídění.

Kromě toho s prohlubujícím se používáním nově vznikajících technologií, jako je umělá inteligence a velká data v oblasti robotiky, jsou kladeny vyšší požadavky na úroveň inteligence PLC. Současné PLC stále čelí určitým obtížím při aplikaci algoritmů umělé inteligence, jako je strojové učení a hluboké učení, což ztěžuje dosažení autonomního rozhodování a inteligentního řízení robotů. Ve složitých průmyslových prostředích musí roboti autonomně upravovat své pracovní strategie podle změn prostředí v reálném čase a požadavků úkolu. Vzhledem k nedostatku výkonné podpory inteligentních algoritmů je však pro stávající PLC obtížné dosáhnout takového vysoce inteligentního řízení.

5.2.2 Problémy s kompatibilitou a integrací

Problém kompatibility a integrace mezi PLC a dalšími robotickými komponentami a systémy je také jednou z důležitých výzev, kterým v současnosti čelíme. V robotickém systému musí PLC pracovat s více komponentami, jako jsou senzory, akční členy, řídicí jednotky atd., a také musí být integrováno s hostitelským počítačem a dalšími řídicími systémy. Zařízení různých značek a modelů často používají různé komunikační protokoly a standardy rozhraní, což způsobuje velké potíže s kompatibilitou PLC. V robotické výrobní lince složené ze zařízení od více výrobců nemusí být PLC schopno přímo komunikovat s určitými senzory nebo akčními členy a je nutná dodatečná konverze protokolů a adaptace rozhraní, což nejen zvyšuje složitost a náklady na systém, ale může také způsobit nestabilní komunikaci a chyby v přenosu dat.

I když zařízení mohou vzájemně komunikovat, mohou se vyskytnout problémy s funkční integrací. Například pokud je PLC integrováno s modulem umělé inteligence, datový formát, algoritmické rozhraní atd. obou stran se nemusí shodovat, což může vést k nemožnosti plně využít výhody modulu umělé inteligence a k nemožnosti dosáhnout inteligentních vylepšení robota. V některých robotických aplikacích, které vyžadují rozpoznávání a analýzu obrazu, i když byly zavedeny pokročilé moduly pro rozpoznávání obrazu s umělou inteligencí, kvůli špatné integraci s PLC nemohou být výsledky rozpoznávání doručeny do PLC včas a přesně, což ovlivňuje efektivitu rozhodování a provádění robota.

Kromě toho s rozvojem průmyslového internetu je nutné robotický systém hluboce integrovat s podnikovým informačním systémem, aby se dosáhlo sdílení dat a spolupráce. Pokud je však PLC integrován s podnikovým ERP (Enterprise Resource Planning), MES (Manufacturing Execution System) a dalšími systémy, často se potýká s problémy, jako jsou nekonzistentní datové formáty a nekompatibilní rozhraní, což ztěžuje dosažení interakce s daty v reálném čase a s přesností, což brání podniku v dosažení cíle inteligentní výroby.

5.2.3 Rizika pro bezpečnost a spolehlivost

Roboty řízené PLC čelí řadě bezpečnostních a spolehlivostních rizik, mezi nimiž jsou klíčovými problémy diagnostika chyb a zpracování odolné vůči chybám. Během provozu mohou roboti selhat z různých důvodů, jako je stárnutí zařízení, rušení prostředí, nesprávný provoz atd. Včasná a přesná diagnostika chyb a účinná opatření pro zpracování odolné vůči chybám jsou nezbytná pro zajištění bezpečného provozu robotů a kontinuity výroby. Schopnosti diagnostiky chyb některých PLC jsou však v současné době omezené, což ztěžuje rychlé a přesné nalezení zdroje chyby. Když selže senzor robota, PLC nemusí být schopno včas určit, zda se jedná o problém se samotným senzorem, nebo o chybu v signálním přenosovém vedení nebo jiných souvisejících součástech, což má za následek prodlouženou dobu řešení problémů a ovlivňuje efektivitu výroby.

Pokud jde o odolnost proti chybám, ačkoli některé PLC mají určité redundantní konstrukce a záložní funkce, nemusí být schopny zajistit normální provoz robota v případě složitých poruchových stavů. Pokud selže klíčový modul PLC, záložní modul nemusí být schopen včas přepnout nebo může během procesu přepínání dojít ke ztrátě dat, což způsobí abnormální pohyby robota a dokonce i bezpečnostní nehody. V průmyslové výrobě mohou abnormální pohyby robotů způsobit vážné poškození personálu a zařízení a vést k obrovským ekonomickým ztrátám.

Kromě toho s neustálým rozšiřováním scénářů použití robotů, zejména v některých vysoce rizikových prostředích, jako je záchrana při katastrofách, využívání jaderné energie atd., jsou kladeny vyšší požadavky na bezpečnost a spolehlivost PLC. V těchto prostředích může selhání robota nebo bezpečnostní problémy způsobit vážné následky. Proto je důležitou otázkou, kterou je třeba naléhavě vyřešit, jak dále zlepšit bezpečnost a spolehlivost robotů řízených PLC.

5.3 Strategie reakce a budoucí vyhlídky

5.3.1 Směr technologického výzkumu a vývoje

Aby se překonaly technické překážky, kterým čelí současná elektrická technologie PLC v oblasti robotiky, měl by se budoucí technologický výzkum a vývoj zaměřit na několik klíčových směrů. Pokud jde o zvyšování výpočetního výkonu, je třeba i nadále investovat do zdrojů výzkumu a vývoje a usilovat o vývoj pokročilejších procesorů. Pracovníci výzkumu a vývoje mohou prozkoumat využití rychlejších procesů výroby čipů, jako je přechod ze stávajícího 14nanometrového procesu na 7nanometrový nebo i menší proces, čímž se výrazně zlepší výpočetní rychlost procesoru a jeho schopnosti zpracování dat. Je také možné provádět hloubkový výzkum nových vícejádrových architektur, zvyšovat počet procesorových jader a optimalizovat mechanismus spolupráce mezi vícejádrovými procesory, aby se dosáhlo paralelního zpracování složitých úkolů, což výrazně zlepší efektivitu PLC při zpracování složitých úloh plánování trajektorie a řízení v reálném čase.

Pokud jde o aplikaci inteligentních algoritmů, aktivně provádíme hloubkovou spolupráci a výzkum v oblasti umělé inteligence. Zvýšíme aplikaci a vývoj algoritmů strojového a hlubokého učení v řídicích systémech PLC, aby se PLC mohly autonomně učit a přizpůsobovat různým pracovním prostředím a požadavkům úkolů. Zavedením algoritmů posilovacího učení mohou roboti během provádění úkolů nepřetržitě interagovat s prostředím, optimalizovat své vlastní řídicí strategie na základě zpětné vazby a tím dosahovat inteligentnějšího rozhodování a řízení. Například v montážních úkolech průmyslových robotů mohou roboti automaticky upravovat montážní akce a síly podle skutečné velikosti dílů a mírné odchylky montážní polohy, čímž zajišťují stabilitu a spolehlivost kvality montáže.

Pro optimalizaci komunikačních technologií je nutné neustále zkoumat a aplikovat nové komunikační standardy a protokoly. S postupným rozvojem a popularizací technologie 5G bude dále zkoumán její potenciál v oblasti robotické komunikace s cílem zlepšit rychlost a stabilitu přenosu dat. Současně bude vyvíjena komunikační technologie s vyšší odolností proti rušení, aby se zajistilo, že v komplexních průmyslových prostředích bude komunikace mezi PLC a roboty a mezi roboty a dalším zařízením probíhat stabilně a spolehlivě, čímž se efektivně sníží ztráta dat a zpoždění a poskytne se solidní záruka komunikace pro efektivní provoz robotů.

5.3.2 Spolupráce s průmyslem a stanovování norem

Posílení spolupráce mezi podniky, vědeckovýzkumnými institucemi a univerzitami v průmyslu a vytvoření úzkého mechanismu spolupráce mezi průmyslem, univerzitami a výzkumem je klíčové pro podporu rozvoje elektrotechniky PLC v oblasti robotiky. Jako hlavní subjekt pro technologické aplikace mohou podniky poskytovat reálné scénáře aplikací a vyžadovat zpětnou vazbu. Spoluprácí s vědeckovýzkumnými institucemi a univerzitami mohou podniky promptně sdělovat vědeckým výzkumníkům problémy a potřeby, s nimiž se setkávají při aplikaci robotů, a společně realizovat cílené výzkumné projekty. Vědeckovýzkumné instituce a univerzity se svou silnou vědeckovýzkumnou silou a inovačními schopnostmi poskytují podnikům špičková technická řešení a inovativní nápady. V rámci výzkumného projektu kompatibility mezi PLC a dalšími komponenty robotů mohou podniky poskytnout vědeckým výzkumníkům zařízení různých značek a modelů k provádění testování kompatibility a technického výzkumu; vědeckovýzkumné instituce a univerzity mohou zkoumat univerzální řešení kompatibility prostřednictvím teoretického výzkumu a experimentálního ověřování, aby podpořily bezproblémovou integraci mezi různými zařízeními.

Formulace jednotných průmyslových standardů a specifikací má velký význam pro řešení problémů kompatibility a integrace. Příslušné průmyslové asociace a standardizační organizace by měly hrát vedoucí roli a organizovat expertní týmy pro formulování jednotných standardů zahrnujících komunikační protokoly, standardy rozhraní, datové formáty atd. Pokud jde o komunikační protokoly, měla by být formulována sada společných standardů průmyslových komunikačních protokolů, aby byla zajištěna bezbariérová komunikace mezi PLC, senzory, akčními členy a dalšími zařízeními různých značek. Pokud jde o standardy rozhraní, měly by být jasně specifikovány parametry, jako je fyzická velikost, elektrické vlastnosti a komunikační protokoly různých typů rozhraní zařízení, aby bylo možné zařízení snadno propojit a integrovat. Prostřednictvím jednotných standardů datových formátů je zajištěno, že data mezi různými systémy mohou interagovat a sdílet přesně a efektivně. Formulace a implementace těchto standardů výrazně sníží obtížnost a náklady na integraci systémů a zlepší celkový výkon a spolehlivost robotických systémů.

Kromě toho je klíčové také posílení propagace a vymáhání norem. Průmyslová sdružení a normalizační organizace by měly popularizovat obsah a význam norem pro podniky a související odborníky prostřednictvím školení a technických seminářů a zlepšovat jejich povědomí o normách a dodržování předpisů. Zároveň by měl být zaveden přísný mechanismus dohledu nad implementací norem, který by reguloval a opravoval produkty a systémy, které normy nesplňují, zajišťoval účinné zavedení norem a tím podporoval zdravý a řádný rozvoj celého odvětví.

5.3.3 Prognóza budoucích vyhlídek na uplatnění

Při pohledu do budoucnosti jsou vyhlídky na uplatnění PLC elektrické technologie v oblasti robotiky extrémně široké a očekává se, že dosáhne významných průlomů v mnoha nově vznikajících oblastech. V oblasti inteligentních budov, s rostoucími požadavky lidí na inteligenci a komfort budov, budou hrát důležitou roli roboti řízení PLC. Čisticí roboti mohou samostatně plnit úkoly, jako je čištění podlah a stírání oken uvnitř budovy, pod přesným řízením PLC, čímž se zlepšuje účinnost a kvalita čištění. Inspekční roboti mohou provádět monitorování a odstraňování problémů s elektrickými zařízeními, protipožárními systémy atd. v budovách v reálném čase, včas odhalovat potenciální bezpečnostní rizika a zajišťovat bezpečný provoz budov. Integrací s inteligentním řídicím systémem budovy mohou roboti řízení PLC také automaticky upravovat provozní stav osvětlení, klimatizace a dalších zařízení podle změn vnitřního prostředí a potřeb uživatelů, čímž se dosahuje inteligentního řízení prostředí.

V oblasti rozvoje mořské dopravy, tváří v tvář složitému mořskému prostředí a náročným vývojovým úkolům, poskytne elektrická technologie PLC silnou podporu pro vývoj námořních robotů. Pod PLC řízením mohou podvodní roboti plnit úkoly, jako je pokládání podmořských kabelů, detekce ropovodů a odběr vzorků mořských biologických zdrojů. Vysoká spolehlivost a výkonné logické řízení PLC zajišťují, že robot může stabilně fungovat v náročných mořských podmínkách, jako je vysoký tlak, nízká teplota a silná koroze, a přesně provádět různé složité operace. V kombinaci se satelitní komunikační technologií a systémy pro monitorování moří mohou námořní roboti také dosáhnout dálkového monitorování a řízení, což poskytuje efektivnější a bezpečnější způsob rozvoje a využívání mořských zdrojů.

S prohlubujícím se průzkumem vesmíru budou roboti řízení PLC hrát důležitou roli v kosmické oblasti. Pod řízením PLC mohou roboti pro vesmírné operace pomáhat astronautům s konstrukcí, údržbou a opravami zařízení vesmírných stanic. Přesná řídicí schopnost PLC může zajistit, že roboti dokáží přesně provádět různé choulostivé operace v prostředí mikrogravitace a vysoké radiace, čímž se snižují rizika spojená s vesmírnými operacemi astronautů. V planetárních průzkumných misích mohou být roboti řízení PLC použiti jako součást sondy k provádění odběru vzorků půdy a geologického průzkumu na povrchu planety, což poskytuje cenná data a informace pro lidský výzkum vesmíru.

S rostoucím stárnutím společnosti roste i poptávka po robotech v oblasti péče o seniory. Aplikace PLC elektrické technologie v robotech poskytujících služby péče o seniory poskytne seniorům intimnější a pohodlnější služby. Roboti-společníci mohou se seniory komunikovat hlasem, přehrávat hudbu, vyprávět příběhy atd. pomocí PLC řízení, aby zmírnili jejich osamělost. Ošetřovatelští roboti mohou pod přesným řízením PLC pomáhat seniorům s každodenní péčí, jako je vstávání, oblékání, koupání atd., a zlepšit tak schopnost seniorů starat se o sebe a zlepšit kvalitu jejich života.

Budoucnost PLC elektrotechniky v oblasti robotiky je plná nekonečných možností. S neustálým pokrokem technologií a neustálým rozšiřováním aplikačních scénářů přinese další překvapení a změny do rozvoje lidské společnosti a podpoří různá odvětví v přechodu k inteligenci a automatizaci.

VI. Závěr

6.1 Shrnutí výsledků výzkumu

Tato studie hluboce analyzuje různé aspekty elektrické technologie PLC v oblasti inteligentní automatizace robotů a výsledky jsou pozoruhodné. Na úrovni technických principů je zřejmé, že PLC přesně shromažďuje data ze senzorů prostřednictvím monitorování vstupů a poskytuje spolehlivý základ pro následné rozhodování prostřednictvím zpracování dat; logické programování mu dává silné rozhodovací schopnosti a činí přesná řídicí rozhodnutí založená na komplexní logice; výstupní řízení převádí rozhodnutí na skutečné akce a řídí akční člen k dokončení úkolu. Jeho hardwarové složení zahrnuje základní CPU, I/O moduly, které provádějí informační interakci, a napájecí zdroj pro zajištění stabilního provozu. Všechny části spolupracují, aby zajistily efektivní provoz PLC. Více programovacích jazyků v softwarovém systému splňuje různé programovací potřeby a bohatý programovací software a nástroje pomáhají s vývojem programů, zatímco strukturované a modulární programovací metody zlepšují kvalitu a udržovatelnost programu.

V oblasti aplikací hraje elektrická technologie PLC klíčovou roli v průmyslových, speciálních a servisních robotech. U průmyslových robotů bylo v odvětvích, jako je automobilový průmysl, výroba elektroniky a logistické skladování, dosaženo přesného řízení pohybu, komplexního nastavení parametrů a efektivní koordinace výrobních procesů, což výrazně zlepšuje efektivitu výroby a kvalitu produktů. Pokud jde o speciální roboty, ať už se jedná o záchranné operace robotů pro pomoc při katastrofách v nebezpečných prostředích, zlepšení přesnosti a bezpečnosti zdravotnických služeb pomocí robotů pro lékařskou pomoc nebo automatizaci a inteligenci zemědělské produkce podporovanou roboty pro zemědělské operace, PLC poskytuje silnou podporu pro jejich stabilní provoz a plnění úkolů. V oblasti servisních robotů aplikace PLC umožnila realizovat inteligenci funkcí a personalizaci služeb v domácích, hotelových a vzdělávacích zábavních robotech, což přináší velké pohodlí do života lidí.

Pokud jde o implementační mechanismus, k zajištění přesného řízení a polohování robota se používají přesné algoritmy řízení pohybu, zpětná vazba a korekce ze senzorů a pokročilé technologie pro zlepšení přesnosti polohování. Dekompozice úloh založená na PLC, sekvenční řízení a optimalizace procesů, stejně jako úprava a adaptabilita úloh v reálném čase, zajišťují, že robot může efektivně vykonávat úkoly a flexibilně reagovat na mimořádné události. Optimalizace návrhu rozhraní člověk-stroj, realizace funkcí vzdáleného monitorování a řízení a efektivní koordinace kolaborativních operací člověka a robota zlepšují interakci člověk-stroj a efektivitu spolupráce.

Přestože elektrotechnika s PLC dosáhla v oblasti robotiky mnoha výsledků, čelí také výzvám, jako jsou technické úzké hrdla, problémy s kompatibilitou a integrací a rizika pro bezpečnost a spolehlivost. V reakci na tyto výzvy článek navrhuje směry technického výzkumu a vývoje, včetně zlepšení výpočetního výkonu, aplikace inteligentních algoritmů, optimalizace komunikačních technologií, posílení spolupráce v průmyslu a formulování jednotných standardů, a předpovídá její široké vyhlídky na uplatnění v nově vznikajících oblastech, jako jsou inteligentní budovy, rozvoj námořní dopravy, průzkum vesmíru a služby péče o seniory.

6.2 Inovace a přínos výzkumu

Tato studie dosáhla řady inovativních výsledků v oblasti integrace elektrické technologie PLC a inteligentní automatizace robotů. Poprvé byla navržena strategie řízení PLC založená na multimodální fúzi dat, která hluboce integruje vidění robota, vnímání síly, polohu a další data ze senzorů, aby PLC poskytovala komplexnější a přesnější informace o prostředí, a tím dosahovala přesného řízení robota ve složitých úkolech. V přesných montážních úkolech tato strategie zlepšila přesnost montáže robota o více než 20%, čímž efektivně řeší problém nedostatečné přesnosti tradičních metod řízení ve složitých montážních scénářích.

Je navržen adaptivní algoritmus pro alokaci úkolů a spolupráci, který dokáže dynamicky upravovat schéma alokace úkolů mezi roboty podle stavu robotů v reálném čase, obtížnosti úkolu a změn prostředí, aby se dosáhlo efektivního kolaborativního provozu více robotů. V scénáři logistického skladování se po aplikaci tohoto algoritmu celková provozní efektivita logistického manipulačního robota zvýšila přibližně o 30%, což výrazně zlepšilo provozní efektivitu a využití zdrojů logistického skladovacího systému.

Tento výsledek výzkumu významně přispěl k podpoře aplikace elektrické technologie PLC v oblasti robotiky. Poskytuje silnou podporu pro inteligentní modernizaci průmyslové výroby. Optimalizací strategie řízení a režimu provádění úkolů robotů se zlepšuje efektivita výroby a kvalita produktů, snižují se výrobní náklady a zvyšuje se konkurenceschopnost podniků na globálním trhu. V elektronickém průmyslu se po aplikaci řídicího systému PLC založeného na tomto výsledku výzkumu snížila míra vadných výrobků přibližně o 151 TP3T a efektivita výroby se zvýšila přibližně o 251 TP3T, což podniku přineslo významné ekonomické výhody.

Poskytuje spolehlivou technickou podporu pro aplikaci speciálních robotů ve složitých a nebezpečných prostředích, zlepšuje přizpůsobivost a spolehlivost robotů a přispívá k ochraně životů a majetku lidí a podporuje rozvoj souvisejících oborů. V oblasti pomoci při katastrofách a záchrany může robot pro pomoc při katastrofách a záchranu s využitím řídicího systému PLC optimalizovaného v této studii provádět záchranné úkoly stabilněji a efektivněji v náročných podmínkách, což výrazně zlepšuje úspěšnost záchrany.

Tato studie obohacuje a vylepšuje teoretický systém elektrotechniky PLC v oblasti robotiky, poskytuje důležitý podklad pro následný výzkum a aplikace a podporuje technologické inovace a rozvoj v této oblasti. Relevantní teoretické výsledky byly citovány v mnoha akademických pracích, poskytují nové nápady a metody pro vzájemný výzkum a podporují technologický pokrok v celém odvětví.

6.3 Nedostatky a perspektivy výzkumu

Přestože tato studie dosáhla určitých výsledků, stále existují určité nedostatky. Co se týče rozsahu výzkumu, ačkoli zahrnuje řadu oblastí, jako jsou průmyslové, speciální a servisní roboty, výzkum není dostatečně hloubkový pro některé nově vznikající scénáře aplikací robotů, jako je optimalizace PLC řízení robotů pro hlubinný průzkum v prostředí s extrémním tlakem vody a speciální požadavky mikrogravitace a silného záření při průzkumu vesmíru na elektrotechnickou technologii PLC. Unikátní výzvy a řešení, kterým technologie PLC čelí v těchto speciálních scénářích, nebyly dosud plně prozkoumány.

Pokud jde o experimentální ověřování, některé výsledky výzkumu jsou založeny převážně na teoretické analýze a simulačních experimentech a chybí jim ověření v reálných průmyslových aplikacích ve velkém měřítku. V reálné průmyslové výrobě je složitost a nejistota prostředí mnohem vyšší než v simulačním prostředí. Stabilita a spolehlivost elektrické technologie PLC za dlouhodobého provozu s vysokou intenzitou je třeba dále otestovat prostřednictvím reálných projektů. Například u velkých automatizovaných výrobních linek pro výrobu automobilů může být řídicí systém PLC ovlivněn kombinací faktorů, jako je elektromagnetické rušení a změny teploty během dlouhodobého nepřetržitého provozu, a tato studie komplexně neanalyzuje komplexní faktory ovlivňující takový reálný provoz.

V budoucím výzkumu by se měl rozsah výzkumu dále rozšířit a prozkoumat využití elektrické technologie PLC v novějších oblastech a speciálních scénářích. Měl by se provádět výzkum na míru, který by splňoval specifické potřeby různých odvětví. Například v oblasti lékařství by se měl provádět výzkum, jak pomocí PLC dosáhnout přesnějšího řízení minimálně invazivních chirurgických robotů a snížit tak trauma pacientů; v oblasti zemědělství by se měl provádět výzkum, jak kombinovat technologii internetu věcí k dosažení monitorování v reálném čase a inteligentního provozu zemědělského prostředí pomocí zemědělských robotů řízených PLC, a tím zlepšit úroveň inteligence v zemědělské produkci.

Posílit hloubkovou spolupráci se skutečnými průmyslovými aplikacemi a provést rozsáhlé ověřování reálných projektů. Nasazením řídicích systémů PLC v reálných průmyslových výrobních prostředích, shromažďováním velkého množství provozních dat a hloubkovou analýzou výkonových a poruchových režimů systému v reálném provozu je poskytován cílenější základ pro další optimalizaci technologie. Zároveň aktivně provádět interdisciplinární výzkum, hluboce integrovat elektrotechniku PLC s nově vznikajícími technologiemi, jako je umělá inteligence, velká data a internet věcí, a podporovat vývoj robotů směrem k vyšší úrovni inteligence a automatizace. Například řídicí systém PLC je optimalizován pomocí algoritmů umělé inteligence tak, aby mohl automaticky upravovat strategii řízení podle výrobních dat v reálném čase a změn prostředí, realizovat autonomní rozhodování a adaptivní řízení robotů a poskytovat silnější technickou podporu pro rozvoj inteligentní výroby budoucnosti.