PLC的漿液下移動機器人控制系統(tǒng)

1、PLC的漿液下移動機器人控制系統(tǒng)摘要：結合漿液下移動機器人系統(tǒng)的功能要求及 PLC的特點，構建 了槳液下移動機器人的控制系統(tǒng)。為提高該機器人系統(tǒng)的經濟效益和實用性， 簡化機器人控制系統(tǒng)，以西門子 PLC為主控制器構成整個機器人的控制網絡。 對網絡通信，電機控制的關鍵技術進行了探討，并完成了整個控制系統(tǒng)的軟件 程序設計。該系統(tǒng)的實現(xiàn)對于研究以 PLC控制移動機器人的相關技術具有指導 意義。目前，在移動機器人控制技術和 PLC應用方面有很多人已經做了相關的研 究工作。本文研究的機器人（小車）工作在大約40 m深的漿液下，為防止水煤漿 由于長時間的存貯而沉淀，在按照規(guī)劃的軌跡移動時完成攪拌水煤漿功能

2、?；?于超聲波傳感器和電子羅盤的實時測量位姿信息，查模糊控制表，控制電機， 使機器人能及時、連續(xù)、平穩(wěn)、按規(guī)劃軌跡運行。采用西門子S7-200系列PLC作為主控制器來實現(xiàn)對漿液下移動機器人的控制。1 控制系統(tǒng)基本構成在移動機器人的應用中，精確的位姿是跟蹤控制首要解決的問題。為此， 本機器人的定位采用了超聲波網絡定位系統(tǒng)，導航采用了電子羅盤。整個控制 網絡如圖 1 所示。圖 1 機器人控制網絡PLC系統(tǒng)為控制系統(tǒng)的核心，做主站管理各從站，起到總的控制作用，通 過RS-485總線同各個從站進行數(shù)據(jù)傳遞。PLC把各個從站得到的信息經過加工 處理后，得到最終的控制命令傳給電機，控制機器人進行準確的行走

3、。 TD200 可對PLC的參數(shù)進行實時的修改，達到實時控制的需要。1 號單片機、 2 號單片機、 3 號單片機記錄發(fā)射超聲波信號在介質中的傳播 時間，乘以超聲波的傳播速度，可以計算出相應的距離，通過定位算法便可對 機器人進行定位。超聲波在介質中的傳播速度隨溫度變化，有著特定函數(shù)關 系，因此可以借助溫度傳感器對超聲波的速度進行修正。電子羅盤可獲得小車 的姿態(tài)，實現(xiàn)小車的導航。操作員通過無線通信的方式達到對機器人的無線控制。無線控制是對有線 控制的一種輔助措施，使機器人能得到更理想的控制效果。當主控制系統(tǒng)控制 失效，機器人出現(xiàn)意外情況，通過定位系統(tǒng)測量發(fā)現(xiàn)機器人偏離規(guī)劃軌道，此 時，利用無線控制

4、可使機器人及時回到規(guī)劃軌道。2 網絡通信2.1 通信協(xié)議的選擇S7-200 PLC支持多種通信息協(xié)議，如點到點接口 （PPI）、多點接口（MPI）、 PROFIBU及用戶自定義協(xié)議等。通過使用接收中斷、發(fā)送中斷、字符中斷、發(fā)送指令 （XMT）和接收指令 （RCV），自由端口通信可以控制S7-200 CPU通信口的操作模式。利用自由端口 模式，可以實現(xiàn)用戶定義的通信協(xié)議，連接多種智能設備。CPL處于STOP模式時，自由端口模式被禁止，CPU重新建立使用其他協(xié)議 的通信，例如與編程設備的通信。只有當CPU處于RUN莫式時，才能使用自由端口模式。通過向SMB30端口 0）的協(xié)議選擇域置1可以將通信端

5、口設置為自 由端口模式。處于該模式時，不能與編程設備通信。SMB3C其他位還可以設置端口 0 通信的波特率和奇偶校檢等參數(shù)。在此，我們所研究的機器人采用了自 由端口模式。通信協(xié)議我們采用 Medbus協(xié)議。Modbus協(xié)議是美國可編程控制 器供應商 Modicon 公司制定的一種工業(yè)通訊協(xié)議，現(xiàn)在已經被許多工控廠商所 支持，廣泛應用于智能儀表、總線控制等領域。其物理層遵循RS-485標準，RS-485總線具有信號傳輸速率快、傳輸距離更遠、抗干擾能力強等優(yōu)點，其接 口可以有多個驅動器和接收器，很容易實現(xiàn) PLC與多臺智能設備之間的通信。2.2 網絡通信的關鍵技術在接收信息時我們采用了接收中斷而沒

6、用接收指令 （RCV）。接收字符中斷是 每當接收緩沖區(qū)SMB沖接收到一個字符便產生一次中斷，能在中斷中對所接收 到的字符進行適時處理，如果不正確，能及時進行第二次或更多次的發(fā)射和接 收一直到達成功，并不影響字符和字符間的接收工作。更確切的說對字符的處 理是在接收字符之間的間隙進行的。但是 RCV指令一次性的接收完對方發(fā)射的 所有信息，最后一個字符接收完，執(zhí)行中斷事件才能對所接收到的字符進行處 理，如果不正確，到這時才能重新發(fā)射和接收，這與上一種方法相比浪費了時 間。兩種方法所用到的全局變量 VB是一樣的，用接收指令RCV程序會簡潔些， 但是從適時的角度我們選擇了接收字符中斷。PLC是主站，1號

7、單片機、2號單片機、3號單片機、無線通信模塊、溫度 傳感器、電子羅盤都作為從站，地址依次是 3lH， 32H， 33H， 34H， 35H， 36H。 當各從站都沒有出現(xiàn)故障，且主站同各從站通信，從站都能給與正確的回應信 息時，建立起的地址輪詢表是 3IH，32H, 33H, 34H, 35H, 36耳主站按照這個 地址輪詢表所建立起的地址同各從站進行數(shù)據(jù)通信。當某一個從站出現(xiàn)故障， 如 2 號單片機同主站不能進行通信，建立起的地址輪詢表是31H， 3H， 34H，35H, 36Ho主站按照這個地址輪詢表同各從站進行數(shù)據(jù)通信，并及時報警要求 查找故障。但是這時并不影響對小車的控制，因為通過1號

8、單片機、 3號單片機仍然能對小車進行定位，僅僅是定位的精度不十分精確。整個控制過程沒有 間斷而是連續(xù)的進行。我們可以根據(jù)報警信息，查出有故障的單片機。當查好后我們可以通過 TD200或無線通信模塊向主站告訴故障已經解除。要求主站重新建立地址輪詢 表，建立地址信息。按照重新建立的地址輪詢表發(fā)射數(shù)據(jù)信息。3 電機控制西門子S7-200系列PLC的高速脈沖輸出功能是指在 PLC某些輸出端產生高 速脈沖，用來驅動負載實現(xiàn)精確控制。PLC主機最多可提供2個高速脈沖輸出端，即Q0.0或Q0.1。每個高速脈沖發(fā)生器對應一定數(shù)量的特殊寄存器，包括 控制字節(jié)寄存器，狀態(tài)字節(jié)寄存器和參數(shù)數(shù)值寄存器，它們用以控制高速脈沖 輸出形式，反映輸出狀態(tài)和參數(shù)值。PLC控制電機中通過脈沖輸出指令（PLS ）檢 查為脈沖輸出（Q0.0或Q0.1）設置的特殊存貯器位（SM）,然后啟動由特殊存儲器 位定義的脈沖操作。脈沖由 Q0.0或Q0.1輸出控制電機。如何控制電