PLC的漿液下移動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)

1、PLC的漿液下移動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)摘要：結(jié)合漿液下移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的功能要求及 PLC的特點(diǎn)，構(gòu)建 了槳液下移動(dòng)機(jī)器人的控制系統(tǒng)。為提高該機(jī)器人系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益和實(shí)用性， 簡化機(jī)器人控制系統(tǒng)，以西門子 PLC為主控制器構(gòu)成整個(gè)機(jī)器人的控制網(wǎng)絡(luò)。 對網(wǎng)絡(luò)通信，電機(jī)控制的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了探討，并完成了整個(gè)控制系統(tǒng)的軟件 程序設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)對于研究以 PLC控制移動(dòng)機(jī)器人的相關(guān)技術(shù)具有指導(dǎo) 意義。目前，在移動(dòng)機(jī)器人控制技術(shù)和 PLC應(yīng)用方面有很多人已經(jīng)做了相關(guān)的研 究工作。本文研究的機(jī)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(shí)間的存貯而沉淀，在按照規(guī)劃的軌跡移動(dòng)時(shí)完成攪拌水煤漿功能

2、?；?于超聲波傳感器和電子羅盤的實(shí)時(shí)測量位姿信息，查模糊控制表，控制電機(jī)， 使機(jī)器人能及時(shí)、連續(xù)、平穩(wěn)、按規(guī)劃軌跡運(yùn)行。采用西門子S7-200系列PLC作為主控制器來實(shí)現(xiàn)對漿液下移動(dòng)機(jī)器人的控制。1 控制系統(tǒng)基本構(gòu)成在移動(dòng)機(jī)器人的應(yīng)用中，精確的位姿是跟蹤控制首要解決的問題。為此， 本機(jī)器人的定位采用了超聲波網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)，導(dǎo)航采用了電子羅盤。整個(gè)控制 網(wǎng)絡(luò)如圖 1 所示。圖 1 機(jī)器人控制網(wǎng)絡(luò)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(gè)從站進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。PLC把各個(gè)從站得到的信息經(jīng)過加工 處理后，得到最終的控制命令傳給電機(jī)，控制機(jī)器人進(jìn)行準(zhǔn)確的行走

3、。 TD200 可對PLC的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的修改，達(dá)到實(shí)時(shí)控制的需要。1 號單片機(jī)、 2 號單片機(jī)、 3 號單片機(jī)記錄發(fā)射超聲波信號在介質(zhì)中的傳播 時(shí)間，乘以超聲波的傳播速度，可以計(jì)算出相應(yīng)的距離，通過定位算法便可對 機(jī)器人進(jìn)行定位。超聲波在介質(zhì)中的傳播速度隨溫度變化，有著特定函數(shù)關(guān) 系，因此可以借助溫度傳感器對超聲波的速度進(jìn)行修正。電子羅盤可獲得小車 的姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)小車的導(dǎo)航。操作員通過無線通信的方式達(dá)到對機(jī)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(jī)器人能得到更理想的控制效果。當(dāng)主控制系統(tǒng)控制 失效，機(jī)器人出現(xiàn)意外情況，通過定位系統(tǒng)測量發(fā)現(xiàn)機(jī)器人偏離規(guī)劃軌道，此 時(shí)，利用無線控制

4、可使機(jī)器人及時(shí)回到規(guī)劃軌道。2 網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)到點(diǎn)接口 （PPI）、多點(diǎn)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(shí)現(xiàn)用戶定義的通信協(xié)議，連接多種智能設(shè)備。CPL處于STOP模式時(shí)，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(shè)備的通信。只有當(dāng)CPU處于RUN莫式時(shí)，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(shè)置為自 由端口模式。處于該模式時(shí)，不能與編程設(shè)備通信。SMB3C其他位還可以設(shè)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(jī)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(yīng)商 Modicon 公司制定的一種工業(yè)通訊協(xié)議，現(xiàn)在已經(jīng)被許多工控廠商所 支持，廣泛應(yīng)用于智能儀表、總線控制等領(lǐng)域。其物理層遵循RS-485標(biāo)準(zhǔn)，RS-485總線具有信號傳輸速率快、傳輸距離更遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，其接 口可以有多個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接收器，很容易實(shí)現(xiàn) PLC與多臺(tái)智能設(shè)備之間的通信。2.2 網(wǎng)絡(luò)通信的關(guān)鍵技術(shù)在接收信息時(shí)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(dāng)接收緩沖區(qū)SMB沖接收到一個(gè)字符便產(chǎn)生一次中斷，能在中斷中對所接收 到的字符進(jìn)行適時(shí)處理，如果不正確，能及時(shí)進(jìn)行第二次或更多次的發(fā)射和接 收一直到達(dá)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(jìn)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(gè)字符接收完，執(zhí)行中斷事件才能對所接收到的字符進(jìn)行處 理，如果不正確，到這時(shí)才能重新發(fā)射和接收，這與上一種方法相比浪費(fèi)了時(shí) 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(huì)簡潔些， 但是從適時(shí)的角度我們選擇了接收字符中斷。PLC是主站，1號

7、單片機(jī)、2號單片機(jī)、3號單片機(jī)、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(dāng)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(yīng)信 息時(shí)，建立起的地址輪詢表是 3IH，32H, 33H, 34H, 35H, 36耳主站按照這個(gè) 地址輪詢表所建立起的地址同各從站進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。當(dāng)某一個(gè)從站出現(xiàn)故障， 如 2 號單片機(jī)同主站不能進(jìn)行通信，建立起的地址輪詢表是31H， 3H， 34H，35H, 36Ho主站按照這個(gè)地址輪詢表同各從站進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，并及時(shí)報(bào)警要求 查找故障。但是這時(shí)并不影響對小車的控制，因?yàn)橥ㄟ^1號

8、單片機(jī)、 3號單片機(jī)仍然能對小車進(jìn)行定位，僅僅是定位的精度不十分精確。整個(gè)控制過程沒有 間斷而是連續(xù)的進(jìn)行。我們可以根據(jù)報(bào)警信息，查出有故障的單片機(jī)。當(dāng)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(jīng)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(jī)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(chǎn)生高 速脈沖，用來驅(qū)動(dòng)負(fù)載實(shí)現(xiàn)精確控制。PLC主機(jī)最多可提供2個(gè)高速脈沖輸出端，即Q0.0或Q0.1。每個(gè)高速脈沖發(fā)生器對應(yīng)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(jī)中通過脈沖輸出指令（PLS ）檢 查為脈沖輸出（Q0.0或Q0.1）設(shè)置的特殊存貯器位（SM）,然后啟動(dòng)由特殊存儲(chǔ)器 位定義的脈沖操作。脈沖由 Q0.0或Q0.1輸出控制電機(jī)。如何控制電