【正文】 接到ROFIBUS 上，從而與一個(gè)大型的控制系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。 2. MPI 通訊協(xié)議 MPI 協(xié)議可以是主 /主協(xié)議或主 /從協(xié)議，協(xié)議如何操作取決于設(shè)備類(lèi)型。 PPI 是一個(gè)主 /從協(xié)議，任這個(gè)協(xié)議中，主站（ PLC、編程器或操作單元）給從站（網(wǎng)絡(luò)中的所有 PLC 都可作為從站）發(fā)出申請(qǐng)，從站進(jìn)行響應(yīng)、從站不初始化信息，但是當(dāng)主站發(fā)出申請(qǐng)或查詢時(shí)，從站才響應(yīng)。 由于選擇了兩臺(tái) PLC，所以就必須進(jìn)行兩臺(tái) PLC之間的網(wǎng)絡(luò)通信。不同公司的產(chǎn)品，對(duì)系統(tǒng)總點(diǎn)數(shù)及擴(kuò)展模塊的數(shù)量都有限制。 3 基于 PLC 的清淤機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 25 首先確定系統(tǒng)用 PLC是單機(jī)控制還是用 PLC形成網(wǎng)絡(luò)，由此計(jì)算 PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，并且在選購(gòu) PLC時(shí)要在實(shí)際需要點(diǎn)數(shù)的基礎(chǔ)上有一定的余量（ 10%）。此時(shí)，報(bào)警器開(kāi)始報(bào)警。當(dāng)清淤機(jī)器人不能向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，光電編碼器停止輸出脈沖給高速計(jì)數(shù)器，利用高速計(jì)數(shù)功能當(dāng)檢測(cè)到當(dāng)前值等于上一時(shí)間段的值時(shí)，說(shuō)明清淤機(jī)器人遇障并停止工作。同樣條件下 ， 低端續(xù)流二極管的反向恢復(fù)時(shí)間為 100ns， 反向恢復(fù)電流為 4A。 4） 充電泵電路 如圖 18所示 ， 開(kāi)通高端的 DMOS管時(shí) ， 每個(gè)器件的柵極電壓應(yīng)比電流取樣電壓約高 8V。器件關(guān)斷后 ， 保護(hù)電路周期性的重新試圖開(kāi)通功率器件。 2 清淤機(jī)器人控制系統(tǒng)分析 23 2） 溫度報(bào)警標(biāo)志 該端 （ 9腳 ） 為 OC門(mén)輸出 ， 該端通常接到系統(tǒng)控制器的中斷輸入 ， 以便過(guò)熱時(shí)對(duì)系統(tǒng)采取適當(dāng)措施。 4. 驅(qū)動(dòng)器電路設(shè)計(jì) 圖 17為所設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)器電路原理圖 ： 圖 17 驅(qū)動(dòng)器電路原理圖 5. 基本工作原理 1） 電流取樣 每輸出 1A電流 ， 腳 8輸出 377nA的取樣電流。 3. 控制方式 LMD18200提供雙極性方式 （ 也稱(chēng)反向鎖定控制）和單極性方式 （ 也稱(chēng)方向脈寬控制 ） 兩種工作方式。 2 清淤機(jī)器人控制系統(tǒng)分析 22 4） TTL和 CMOS兼容的控制信號(hào)輸入 。提供溫度報(bào)警信號(hào) ， 芯片結(jié)溫達(dá) 145℃時(shí) ， 該端變?yōu)榈碗娖?， 結(jié)溫達(dá) 170℃時(shí) ， 芯片關(guān)斷。 PWM信號(hào)與驅(qū)動(dòng)電流方向的關(guān)系見(jiàn)表 3， 該端與 3腳（ DIRECTION） 如何使用 ， 決定于 PWM信號(hào)類(lèi)型。 3腳呈邏輯低電平時(shí) ， H橋中兩個(gè)低端晶體管導(dǎo)通。 4腳 ： 剎車(chē)輸入端。 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖如下： 圖 16 LMD182020 內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖 1. 各引腳的功能 2 清淤機(jī)器人控制系統(tǒng)分析 21 11腳 ： 橋臂 2的自舉輸入電容連接端 ， 在腳 1與腳 腳 10與腳 11之間應(yīng)接入 10nF的自舉電容。 LMD18200 是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司推出的專(zhuān)用于直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的 H 橋組件，同一芯片上集成有 CMOS控制電路和 DMOS 功率器件。 注意：公共端不能與大地（殼體）接到一起。當(dāng)驅(qū)動(dòng)器正常工作時(shí)繼電器閉合，外部 24VDC 通過(guò)繼電器輸入到 CNC 輸入端，否則外部 24VDC 無(wú)法輸入到 CNC 輸入端。 READDY: 輸入報(bào)警信號(hào)。 DIR：方向信號(hào)輸入端，如“ DIR”為低電平，電機(jī)按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)；2 清淤機(jī)器人控制系統(tǒng)分析 19 “ DIR”為高電平電機(jī)按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。 9）電機(jī)每轉(zhuǎn)步數(shù)可依用戶要求分別設(shè)定為 500、 1000、 5000、 10000 步 /轉(zhuǎn)。 5）電機(jī)和驅(qū)動(dòng) 器間僅用 3 根線，減少連線出錯(cuò)的可能性。 1. 電氣參數(shù)如下表 表 2 WD3007 的 電氣參數(shù) 輸入電壓 單相 220V 輸入（ 30%~+20%）；頻率： 45~66Hz 輸入電流 小于 安培 輸出電壓 3 325VAC 輸出電流 ~ 功 耗 功耗： 80W；內(nèi)部保險(xiǎn)： 溫 度 工作溫度小于 50℃；存放溫度 40℃ ~70℃ 濕 度 不能結(jié)露，不能有水珠 氣 體 禁止有可燃?xì)怏w和大量導(dǎo)電灰塵 2. WD3007 的主要特點(diǎn)： 1）交流伺服工作原理，交流伺服運(yùn)行特性，三相正弦電流驅(qū)動(dòng)輸出。 驅(qū)動(dòng)器 WD3007 主要驅(qū)動(dòng) 2Nm12Nm 三相混合式步進(jìn)電機(jī)，因此它用來(lái)驅(qū)動(dòng)載體步進(jìn)電機(jī)和調(diào)節(jié)壓緊步進(jìn)電機(jī)。當(dāng)然還有一些對(duì)設(shè)備的基本要求，如體積小、結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單、成本低、維修方便以及安全可靠等。 環(huán)行分配器主要使電機(jī)各相繞組按一定的順序和時(shí)間導(dǎo)通并根據(jù)輸入指令使電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，實(shí)際上就是用以確定電機(jī)的工作方式。變換器的基本構(gòu)成形式由機(jī)械變換器發(fā)展到電子變換器。所以，發(fā)展推廣步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就與驅(qū)動(dòng)電源的研究開(kāi)發(fā)分不開(kāi)。起動(dòng)停車(chē)，反轉(zhuǎn)及其他任何運(yùn)行方式的改變，都在少數(shù)脈沖內(nèi)完成，在一定的頻率范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)，任何運(yùn)行方式都不會(huì)丟失一步。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，但大部分情況下是作為控制電動(dòng)機(jī)用的。分配回路和功率放大等環(huán)節(jié)在一路組成步 進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)器。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸入是脈沖信號(hào)，從它繞組內(nèi)的電流來(lái)看，既不是通常的正弦交流，也不是恒定的直流，而是脈沖的電流，所以有時(shí)也叫做脈沖馬達(dá)。 NETW 指令可以向遠(yuǎn)程站點(diǎn)上寫(xiě) 16 個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。如下圖所示： 圖 9 調(diào)用初始化子程序 在子程序 SBR0 中，進(jìn)行 PWM 操作的初始化，如下圖： SBR0 EN 2 清淤機(jī)器人控制系統(tǒng)分析 14 MOVB EN ENO 16DB IN OUT SMB77 MOVB EN ENO 1000 IN OUT SMB78 MOVB EN ENO VB0 IN OUT SMW80 PLS EN ENO 0 圖 10 PWM 初始化 4. 通信指令 多臺(tái) S7200CPU 利用 PPI 協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊時(shí)，可以利用網(wǎng)絡(luò)讀寫(xiě)指令實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送的功能。s 或 2ms65535ms；脈寬值保存在 SMW70（或 SMW80）中，脈寬值的變化范圍是 0ms65535 ms 或 0ms65535ms。 PWM 功能提供占空比可調(diào)的脈沖輸出。 脈沖寬度調(diào)制（ PWM）功能提供連續(xù)、可變占空比脈沖輸出，用戶控制周期和脈沖寬度。當(dāng)輸入斷開(kāi)的時(shí)間小于預(yù)設(shè)時(shí)間時(shí)，定時(shí)器仍保持接通。 2）有記憶接通延時(shí)定時(shí)器（ TONR） IN TON PT 2 清淤機(jī)器人控制系統(tǒng)分析 12 Txxx 圖 6 有記憶接通延時(shí)定時(shí)器 對(duì)于有記憶接通延時(shí)定時(shí)器，當(dāng)使能輸入端 IN 接通時(shí)，定時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)使能輸入端斷開(kāi)時(shí)，該定時(shí)器保持當(dāng)前值不變；當(dāng)位能輸入端 再接通時(shí)，則定時(shí)器從原保持值開(kāi)始再往上加，當(dāng)定時(shí)器的當(dāng)前值大于等于預(yù)設(shè)值時(shí)，定時(shí)器的狀態(tài)位置1（但定時(shí)器繼續(xù)計(jì)時(shí)，一直計(jì)到最大位 32767），以后即使輸入端再斷開(kāi)，定時(shí)器也不會(huì)復(fù)位，若要定時(shí)器復(fù)位必須用復(fù)位指令（ R）清除其當(dāng)前值。字節(jié)、字、雙字和實(shí)數(shù)的傳送指令是把輸人數(shù)據(jù)（ IN）傳送到輸出端（ OUT），在傳送過(guò)程中不改變數(shù)據(jù)的大小。數(shù)據(jù)類(lèi)型有：字節(jié) （ B） 、字（ W） 、雙字 （ DW） 、實(shí)數(shù) （ R） 。用戶可分別對(duì) PLC 及任何擴(kuò)展模塊的混合體進(jìn)行組態(tài)以滿足應(yīng)用的實(shí)際要求，同時(shí)節(jié)約不必要的投資費(fèi)用。 3）模擬量映像寄存器 大小，模擬量 I/O 允許的邏輯空間。每個(gè) CPU 允許的數(shù)字量 I/O 的邏輯空間為 128 個(gè)輸入和 128 個(gè)輸出。 CPU222 最多兩個(gè)擴(kuò)展模塊。 10）通過(guò)可選的插入式電池盒可延長(zhǎng) RAM 中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間。 6）通過(guò)擴(kuò)展模塊可增加 CPU 的 I/O 點(diǎn)數(shù)（ CPU 22l 不可擴(kuò)展）。 2）輸入和輸出是系統(tǒng)的控制點(diǎn)，輸入部分從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（例如傳感器或開(kāi)關(guān)）中采集信號(hào)，輸出部分則控制泵、電機(jī)以及工業(yè)過(guò)程中的其他設(shè)備。 2 清淤機(jī)器人控制系統(tǒng)分析 8 圖 3 S7200PLC的外型圖 S7200 系列 PLC 既可獨(dú)立運(yùn)行，也可擴(kuò)展相連成網(wǎng)絡(luò)，能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能，可提供 4 個(gè)不同的基本型號(hào)的 8 種 PLC 供選用。此外，豐富的 PLC類(lèi)型和電壓等級(jí)使其在解決用戶的自動(dòng)化問(wèn)題時(shí)，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。 當(dāng)調(diào)用返回子程序時(shí)， M1反轉(zhuǎn)， M4正轉(zhuǎn)，若回到原井口，行程開(kāi)關(guān)動(dòng)作并報(bào)警， M M M4停止， M3反轉(zhuǎn)，直到壓緊力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 回到原始位置， M3停止。當(dāng)淤泥比較多時(shí)，采用吸污車(chē)直接把淤泥吸出來(lái)。井口直徑為 640mm，往下直徑越來(lái)越大，呈錐形。機(jī)械清淤法是在管段的首尾兩井上各設(shè)絞車(chē)，如圖 2，車(chē)上系住鋼絲繩，用絞車(chē)來(lái)回拉動(dòng)清管工具二三次，管內(nèi)淤泥即可刮下無(wú)遺，清除效果好。本體模塊的顯著特點(diǎn)是采用積木式變寬結(jié)構(gòu)以滿足機(jī)器人適用于不同管徑的管 道作業(yè)；收放線裝置模塊實(shí)現(xiàn)電纜收放；控制模塊設(shè)計(jì)兩套控制系統(tǒng)：一是手動(dòng)控制系統(tǒng)，另一是微機(jī)控制系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)行走電機(jī)速度控制和位置控制，在結(jié)構(gòu)上必須構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，為此采用了光電增量式編碼器作為反饋信號(hào)傳感器。 國(guó)內(nèi)的技術(shù)現(xiàn)狀 1 管道清淤機(jī)器人概述 5 我國(guó) 在 管道清淤機(jī)器人的研究應(yīng)用還比較落后 ， 但也有一些單位在這一領(lǐng)域取得了可喜的進(jìn)展。 圖 1 管內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人樣機(jī) 管道清淤機(jī)器人應(yīng)具備清掃管道、噴射清洗氣霧和傳感器檢測(cè)管道內(nèi)狀況的功能。彎管的管內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人樣機(jī) ， 如下圖。該機(jī)構(gòu)由 2個(gè)行走輪及 4個(gè)支撐腿組成 ，腿由電機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng) ， 以適應(yīng)不同管徑的變化。此外，它還能應(yīng)用到其他相關(guān)領(lǐng)域。 清淤機(jī)器人具體到本課題中就是我們說(shuō)的“小車(chē)”。 管道清淤機(jī)器人是在機(jī)器人技術(shù)上發(fā)展而來(lái)的，其機(jī)器人載體采用了常用的輪式行走機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而且驅(qū)動(dòng)力大，多選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)。但排水管道很容易被一些油或雜物等堵塞，為提高管道的壽命、防止堵塞等 事故的發(fā)生，因此必須對(duì) 管道系統(tǒng)經(jīng)常性的管理養(yǎng)護(hù)和 對(duì)管道進(jìn)行有效的檢測(cè)和 清通。s labor intensity, safeguards worker39。本文詳細(xì)介紹了 PLC 對(duì)電機(jī)的方向、速度、電流的控制方法和編程技術(shù) ， 包括 PLC 和驅(qū)動(dòng)器的選型，步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的連接和控制程序的編寫(xiě)等。 我們到唐山市區(qū)管網(wǎng)管理所進(jìn)行實(shí)地考察，那里的工作人員熱情地接待了我們，并給我們介紹了排水管道中淤積物的種類(lèi)、目前城市排水管道的清淤方法以及需要解決的問(wèn)題。 摘 要 １ 摘 要 本文主要介紹了清淤機(jī)器人目前的發(fā)展?fàn)顩r以及通過(guò)利用 PLC 來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制，從而使機(jī)器人自主地完成清淤任務(wù)。 PLC 通過(guò)控制這四臺(tái)電機(jī)來(lái)達(dá)到控制機(jī)器人的目的。 Improves working conditions currently dredging the pipeline, reduces worker39。 driver 1 管道清淤機(jī)器人概述 3 1 管道清淤機(jī)器人概述 課題綜述 目前，城市的給水排水系統(tǒng)是通過(guò)地下管道來(lái)實(shí)現(xiàn)的。管道清淤機(jī)器人應(yīng)具備清掃管道、噴射清洗氣霧和傳感器檢測(cè)管道內(nèi)狀況 的功能。 PLC控制能力好，抗干擾能力強(qiáng)，其最大的優(yōu)點(diǎn)是編程語(yǔ)言簡(jiǎn)單易學(xué)，這大大簡(jiǎn)化了機(jī)器人的控制過(guò)程。 管道清淤機(jī)器人研制的根本意義在于：可以實(shí)現(xiàn)排水管道的疏通清理工作；改善當(dāng)前疏通管道時(shí)工人的工作環(huán)境、降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、保障工人的人身安全、提高排水管道清理的效率。 早在 1978年法國(guó)研制了一種輪腿式管內(nèi)機(jī)器1 管道清淤機(jī)器人概述 4 人行走機(jī)構(gòu) ， 成功地實(shí)現(xiàn)了管內(nèi)自主行走。東京理科大學(xué)福田敏男等研制的可以通過(guò)90176。但由于攜帶的蓄電池電能的限制 ， 還不能實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)的行走。由于管道有矩形管和圓管之分，所以可更換相應(yīng)的清洗矩形管和圓管的清潔刷； 3. 裝有 CCD攝像頭及照明燈，用于探測(cè)管道內(nèi)的狀況，這在人所不能到達(dá)的管道內(nèi)部是必不可少的； 4. 由于管道機(jī)器人還不可能達(dá)到完全自主清潔，故采用線控方式，由操作人員在管道外進(jìn)行操作。 PLC對(duì)電機(jī)控制的實(shí)現(xiàn)是以PLC的高速計(jì)數(shù)功能和脈寬調(diào)制方式（ PWM）的輸出功能為基礎(chǔ)的。 還有天津大學(xué)研究了一種管道機(jī)器人，該機(jī)器人系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，主要包括三個(gè)組成部分：移動(dòng)機(jī)器人本體模塊、收放線裝置模塊、控制系統(tǒng)模塊。水力清淤是利用管中的污水、城市自來(lái)水對(duì)排水管道進(jìn)行沖洗，靠高壓水流把淤積物沖走。 從管網(wǎng)所得到的結(jié)果表明：唐山市的排水管道的內(nèi)徑從 3003000mm之間不等，主排水管大多為 300600mm，支管多為 300mm。管道高壓清洗車(chē)有一個(gè)高壓噴頭，它是圓錐狀的，圓錐外側(cè)能?chē)姵龈邏核?，同時(shí)噴頭不停的振動(dòng)，振動(dòng)的力量相當(dāng)大，足以清洗掉管道內(nèi)的一大部分淤積物，然后靠高壓水流把淤積物沖走，這種方法非常實(shí)用，效果也很好。不管手動(dòng)返回還是自動(dòng)返回都需調(diào)用返回子程序。目前 PLC生產(chǎn)廠家很多，選擇西門(mén)子的 S7200PLC系列，這一系列產(chǎn)品能滿足多種多樣的自動(dòng)化需求，由于具有緊湊的設(shè)計(jì)、良好的擴(kuò)展性能、低廉的價(jià)格和強(qiáng)大的指令，使得 S7200PLC可以近乎完美的滿足小規(guī)模的控制要求。