【正文】 6 本市管道清淤技術現狀 唐山是北方重要的工業(yè)城市，水資源的利用量和排放量都非常大。要實現這些功能，機器人必須擁有的“器官”包括：靈活的移動載體、多種清掃和清洗作業(yè)工具、通信系 統(tǒng)和操作盒以及一些輔助設備和設施。它是由步進電動機來驅動的 ，而步進電動機是由 PLC來控制的?？刂瞥绦蛑饕獮榱藢崿F排水管道清淤機器人前進 /返回方向控制、脈沖寬度調制調速。 關鍵詞： 可編程控制器；步進電機；驅動器 Abstract 2 Abstract The this article main introduction settles silt robot’s the development condition at present and by using PLC to control the robot it make the robot independently to plete the task. We went to the Tangshan pipe work center for investigation, the staff there warmly has received us, and introduced to us the silting up type in the drainage channel, the present city drainage channel clear silt method and question. Also by the library and the work, I checked some reference related step motor controls. I have determined this paper the content, the research plan and the research goal: The robot interior has three stepping motor, there is a step motor in the ground. PLC controls four motor to controls the robot. This article in detail introduced how PLC control motor’s direction, speed, electric current and the programming technology, including PLC and the driver’s selection, step motor and the driver’s connection and the control program and so on. The clear silt robot development’s significance lies in: May realize the cleanup drainage channel。設計要求利用 S7200PLC對步進電機進行控制，其中包括：步進電機和其驅動器的選擇；步進電機與其驅動器的連接； PLC對步進電機和直流電機方向、速度控制，從而可以實現對排水管道清淤機器人前進 /返回控制，變速控制，以提高清淤機器人的工作效率。縱觀國外管道清洗機器人，其結構大同小異，性能水平也沒太大的差別： 1. 大多采用輪式或雙履帶式移動機構，管道適應性并不強； 2. 配有高速旋轉的清掃機構，用來把管內的灰塵打落、清除。因此，研究唐山的排水管道結構和管道清淤方式具有很重要的意義。全部采用整體式結構，它的結構小巧，可靠性高，運行速度快，有豐富的指令集，只有強大的多種集成功能和實時特性，配有豐富的功能擴展模塊，在各行各業(yè)中的應用迅速得到推廣，在規(guī)模不太大的控制領域是較為理想的控制器。 2 清淤機器人控制系統(tǒng)分析 9 1）模塊數 量。 2）模擬量擴展模塊 模擬量擴展模塊提供了模擬量輸入 /輸出的功能，直接與傳感器和執(zhí)行器相連，12 位的分辨率和多種輸入 /輸出范圍能夠不用外加放大器而與傳感器和執(zhí)行器直接相連，例如， EM235 模塊可直接與 PT100 熱電阻相連。 3. 脈沖輸出指令 其梯形圖表示如下： 圖 8 脈沖輸出指令 IN TONR PT IN TOF PT PLS EN ENO 2 清淤機器人控制系統(tǒng)分析 13 對于 S7200 系列的 CPU，如果 CPU 模塊上的輸出類型為 DC 型（晶體管輸出），那么在其 和 上可以產生高速脈沖串和脈沖寬度可調的波形，頻率可以達到 20kHz。 NETR 指令可以從遠程站 點上讀 16 個字節(jié)的數據。也就是說，轉子運動的速度主要取決于脈沖信號的頻率而轉子運動的 總位移量則取決于總的脈沖信號；誤差不長期積累。功率放大器的主要功用是根據電機或負載的需要，將環(huán)行分配器輸出的各相電信號進行放大。 7）比同樣尺寸的反應式步進電機所產生的功率大 20%左右。 下面為脈沖、方向信號時序圖： 3A 3B 3Astepright leftPU LE S ：DI R ：2 2 1脈寬定義：脈寬和脈沖間隔 2 . 5 u s ；占 空 比：可選用任意占空比的脈沖；輸入信號：采用光耦隔離；切換時間：轉動方向的切換時間 0 u s ；1Hold tim e 2 . 5 u s2 Se tu p ti me 0u s3A M in im um p ul se w id th 2. 5u s3B M in im um p ul se p au se 2. 5u s 圖 15 脈沖、方向信號時序圖 5. 控制信號連接 上位機的控制信號可以高電平有效，也可以低電平有效。剎車時 ， 將該腳置邏輯高電平 ， 并將 PWM信號輸入端 （ 腳 5） 置邏輯高電平 ， 腳 3的邏輯狀態(tài)決定于短路馬達所用器件。 6） 芯片過熱報警輸出和自動關斷。由于短路將產生大量熱量 ， 因此 ， 實際 使用時 ， LMD18200必須配備面積足夠大的散熱器 。 5. 如果需要急停時，按下急停按鈕，四臺電機全部停止。在編程時，用網絡讀寫指令 NETR 和 NETW 進行數據的傳遞。網絡讀寫指令的應用詳見前面 S7200指令介紹，通信程序見程序清單。由于 PWM 端口要接收高速脈沖，所以它必須接到 PLC 的 或 上， DIR 端口分別接到 或 。通過軟連接的方法把所需的功能塊圖3 基于 PLC 的清淤機器人控制系統(tǒng)設計 31 連接起來，用于實現系統(tǒng)的控制。 3. 允許輸。這種塊圖通常有若干個輸入端和若干個輸出端。其余由系統(tǒng)軟件自動完成。 輸入 /輸出接口是 PLC 主機與外部設備之間的連接電路。 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備類型。 3 基于 PLC 的清淤機器人控制系統(tǒng)設計 25 首先確定系統(tǒng)用 PLC是單機控制還是用 PLC形成網絡，由此計算 PLC的輸入輸出點數，并且在選購 PLC時要在實際需要點數的基礎上有一定的余量（ 10%）。 4） 充電泵電路 如圖 18所示 ， 開通高端的 DMOS管時 ， 每個器件的柵極電壓應比電流取樣電壓約高 8V。 3. 控制方式 LMD18200提供雙極性方式 （ 也稱反向鎖定控制）和單極性方式 （ 也稱方向脈寬控制 ） 兩種工作方式。 3腳呈邏輯低電平時 ， H橋中兩個低端晶體管導通。 注意：公共端不能與大地（殼體）接到一起。 9）電機每轉步數可依用戶要求分別設定為 500、 1000、 5000、 10000 步 /轉。當然還有一些對設備的基本要求，如體積小、結構 簡單、成本低、維修方便以及安全可靠等。起動停車，反轉及其他任何運行方式的改變，都在少數脈沖內完成，在一定的頻率范圍內運行時，任何運行方式都不會丟失一步。 NETW 指令可以向遠程站點上寫 16 個字節(jié)的數據。 脈沖寬度調制（ 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。數據類型有：字節(jié) （ B） 、字（ W） 、雙字 （ DW） 、實數 （ R） 。 CPU222 最多兩個擴展模塊。 2 清淤機器人控制系統(tǒng)分析 8 圖 3 S7200PLC的外型圖 S7200 系列 PLC 既可獨立運行，也可擴展相連成網絡，能實現復雜控制功能，可提供 4 個不同的基本型號的 8 種 PLC 供選用。井口直徑為 640mm，往下直徑越來越大，呈錐形。 國內的技術現狀 1 管道清淤機器人概述 5 我國 在 管道清淤機器人的研究應用還比較落后 ， 但也有一些單位在這一領域取得了可喜的進展。此外，它還能應用到其他相關領域。s labor intensity, safeguards worker39。 PLC 通過控制這四臺電機來達到控制機器人的目的。 PLC控制能力好，抗干擾能力強，其最大的優(yōu)點是編程語言簡單易學，這大大簡化了機器人的控制過程。但由于攜帶的蓄電池電能的限制 ， 還不能實現較遠的行走。水力清淤是利用管中的污水、城市自來水對排水管道進行沖洗，靠高壓水流把淤積物沖走。目前 PLC生產廠家很多，選擇西門子的 S7200PLC系列，這一系列產品能滿足多種多樣的自動化需求，由于具有緊湊的設計、良好的擴展性能、低廉的價格和強大的指令，使得 S7200PLC可以近乎完美的滿足小規(guī)模的控制要求。 9） EEPROM 卡可以存儲 CPU 程序，也可以將一個 CPU 中的程序送到另一個CPU 中。 3. 輸入 /輸出 I/O 擴展模塊 1）數字量擴展模塊 數字量擴展模塊為使用除了本機集成的數字量輸入 /輸出點外更多的輸入輸出提供了途徑。當達到預設時間時，定時器斷開輸出，并停止計時當前值。 在主程序的初次掃描時（ =1），調用初始化子程序。順便可以指出，如果脈沖信號發(fā)生器放在電機本身的軸上，就可以得到電樞不動的無刷直流電動機，它的轉速將由外加電壓的大小來決定。 步進電動機的驅動電源由環(huán)形分配器和功率放大器兩部分組成，環(huán)形分配器是每臺電機一個，而功率放大器則是每相一套。 4）驅動器的輸入電源是 220VAC，變化范圍是： 30%~+20%。如用該繼電器，要把他串聯(lián)到 CNC 的某輸入端。轉向時 ， 輸出驅動電流方向見表 3， 該腳控制輸出 1與輸出 2 （ 腳 10） 之間電流的方向 ， 從而控制馬達旋轉的方向。 3） 功率晶體管導通電阻 RDS為 0. 38。該電路檢測器件中的電流 ， 該電流接近 10A時 ， 迅速關斷功率器件。因為將行程開關安裝在工作管道的對面管口處，所以不用停車延時，使載體電機和收放電機直接停止工作。 1. PPI 通訊協(xié)議 PPI 協(xié)議是 S7200PLC 專用的一 個協(xié)議。 這次設計中，使用 PPI通訊協(xié)議。驅動器的 L 端和 N 端接供電電源，同時要串接一個 保險絲。 3. 功能塊圖（ FBD） 功能塊圖類似于普通邏輯功能圖，它沿用了半導體邏輯電路的邏輯框圖的表達方式。在左、右母線之間是由觸點、線圈或功能框組合的有序排列。STEP7Micro/win32，默認的編程語言是梯形圖語言，程序編制完成 后能自動轉化成語句表語言。 1. 梯形圖語言（ LAD） 梯形圖語言采用的圖形與實際的繼電接觸器控制系統(tǒng)的控制線路圖相似，簡單的 PLC 邏輯控制系統(tǒng)的梯形圖與有觸點的電氣原理圖幾乎沒有差別。檢測元件是指傳感器、按鈕、寄存器觸點、行程開關等，利用這些元件檢測來自現場的溫度、壓力、位置、電流、電壓等物理量即檢測元件信號；指令元件信號是指操作者在控制臺或鍵盤上發(fā)出的信號，如啟動、暫停、調整等。 ROFIBUS 上可以連接的設備包括從簡單的輸入或輸出設備到變頻調速器和可編程序控制。 80點以內的系統(tǒng)選用不需擴展模塊的 PLC單機，當系統(tǒng)較大時，就需擴展。 圖 18 內部充電泵電路 /自舉電路 5） 內部續(xù)流二極管 H橋中四個 DMOS管都有續(xù)流（保護）二極管 ， 高端續(xù)流二極管流過 6A的反向電流時 ， 反向恢復時間為 70ns， 反向恢復電流為 1A。如果控制器能提供 PWM和 DIR信號 ， 則使驅動器工作在單極性方式 ， 這樣構成的系統(tǒng)為全數字式 ， 避免了模擬電壓的溫漂和噪聲干擾等不利影響 。 5腳 ： PWM信號輸入端。 2 清淤機器人控制系統(tǒng)分析 20 表 3 控制信號接線方式 控制方式 高電 平有效接線 低電平有效接線 ON 正轉和反轉 PULSE+接正轉信號 DIR+接反轉信號 PULSE與 DIR短接為信號地 PULSE接正轉信號 DIR接反轉信號 PULSE+與 DIR+短接為公共端 OFF 脈沖和方向 PULSE+接脈沖信號 DIR+接方向信號 PULSE與 DIR短接為信號地 PULSE接脈沖信號 DIR接方向信號 PULSE+與 DIR+短接為公共端 直流電機驅動器的選擇 直